Тепловой насос
Тепловой насос – машина, преобразующая низкопотенциальную энергию воздуха, грунта, воды в высокопотенциальную энергию, пригодную для использования в системах отопления, вентиляции, горячего водоснабжения с минимальными затратами электроэнергии на привод компрессора.
Принцип работы теплового насоса аналогичен принципу работы обыкновенного бытового холодильника. В холодильнике тепло отбирается от продуктов внутри него и через конденсатор (решетка на задней стенке холодильника) отдается окружающему воздуху в помещении, т.е. охлаждает продукты и греет помещение. То же происходит и в тепловом насосе, только мощность теплового насоса значительно выше, чем холодильника.
Таким образом, на 1 кВт электроэнергии можем получить до 3, а в некоторых случаях и до 6-7 кВт тепловой энергии.
Рассмотрим более подробно как работает тепловой насос:
1. Теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному, например, в землю нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.
2. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом. Хладагент, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газ. Это происходит при низком давлении и низкой температуре.
3. Из испарителя газообразный хладагент попадает, в компрессор, где он сжимается, его температура повышается.
4. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник (конденсатор). В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.
5. При прохождении хладагента через редукционный клапан (сбросной клапан) - давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.
Кроме того, тепловой насос, в отличие от бытового холодильника, может работать, так сказать, в двух направлениях: зимой – на тепло, летом – на холод, и одновременно приготавливать горячую воду круглогодично.
Как было сказано выше, источником низкопотенциального тепла для теплового насоса могут выступать наружный воздух (уличный воздух), вытяжной воздух систем вентиляции, в некоторых случаях внутренний воздух помещений, вода рек, озёр, грунтовые воды, сточные воды канализационных систем, систем охлаждения, грунт.
Таким образом все тепловые насосы разделяют по типу используемого низкопотенциального источника тепла: воздух-вода, вода-вода, грунт-вода. Отбирая тепло от источника низкопотенциального тепла, вышеперечисленные виды тепловых насосов отдают полезное тепло через фреоновый контур воде, которая циркулирует по системе теплоснабжения (охлаждения) и передает тепло (холод) посредством нагревательных (охладительных) приборов в помещение.
Существую тепловые насосы которые через фреоновый контур передают полезное тепло непосредственно воздуху в помещении. И они подразделяются на воздух-воздух, вода-воздух, грунт-воздух. Наиболее распространенными являются воздух-воздух. Например, всем знакомые бытовые кондиционеры с функцией нагрева.
В отличие от тепловых насосов для систем отопления, кондиционирования есть ряд тепловых насосов для нагрева воды в бассейнах, для подогрева воды в системе горячего водоснабжения. Принцип работы таких тепловых насосов аналогичен обыкновенным. Отличием является лишь то, что они подогнаны под конкретные задачи, не имеют лишних функций, и, как правило, стоимость таких агрегатов ниже.
Каждый из видов тепловых насосов имеет свои преимущества и недостатки. И далеко не всегда есть возможность использовать любой из них. Поэтому подбор теплового насоса необходимо доверять профессионалам, чтобы получить максимальную эффективность и долговечность работы системы.
Экономика.
Напомним, что тепловой насос осуществляет преобразование низкотемпературной тепловой энергии природных источников, таких как воздух, вода естественных водоёмов или почвенные воды, энергии грунта или низкотемпературных вторичных энергоресурсов в энергию более высокого температурного потенциала, пригодную для использования. При этом, оказывается, что на единицу произведенного тепла, около 2/3 энергии берётся из окружающей среды бесплатно и только 1/3 приходится на электрическую энергию.
То есть, правильно спроектированный и грамотно эксплуатируемый парокомпрессионный тепловой насос позволяет на каждый киловатт·час затраченной электрической энергии передать тепловому потребителю 3 и более киловатт·часов тепловой энергии (в некоторых случаях этот показатель может достигать 6-7).
| Установки |
Газовый котел |
Электрокотел |
Тепловой насос |
| Топливо |
Природный газ |
электроэнергия |
электроэнергия |
| Единица измерения |
м3 |
кВт*час |
кВт*час |
| Стоимость за единицу, грн* |
0,95* |
0,24* |
0,24* |
Затраты топлива для получения 1 кВт*час тепловой энергии |
0,13 |
1 |
0,33 |
Затраты на 1 кВт*час полученной тепловой энергии, грн |
0,125 |
0,24 |
0,08 |
Ориентировочный расход тепловой энергии за 1 отопительный сезон для жилого помещения площадью 100 м2, кВт*час |
20540 |
||
Затраты за отопительный сезон, грн |
2568 |
4930 |
1643 |
* ожидаемый прогноз тарифов на энергоносители для населения Украины к началу 2009 года. Для промышленности тарифы отличаются. Для детального расчета затрат и составления техникоэкономического обоснования просим обращаться к нашим специалистам.
Обзор мирового рынка.
Наряду с высокой энергетической эффективностью, к достоинствам тепловых насосов следует также отнести экологическую чистоту, надежность работы, комбинированное производство теплоты и холода в единой установке, универсальность по тепловой мощности, универсальность по виду используемой низкопотенциальной энергии, полную автоматизацию режима работы, пожаробезопасность.
В мире теплонасосные технологии успешно развиваются, и это развитие, в связи с неуклонным ростом стоимости органического топлива, приобрело колоссальные темпы.
На сегодняшний день в мире уже работают десятки миллионов единиц теплонасосного оборудования в различных отраслях.
В результате реализации политики перехода на нетрадиционные источники энергии, в системе теплоснабжения Швеции, доля невозобновляемых источников энергии в 2005 году составила лишь 17,8%, а к 2015 году, по заявлению министра энергетики, органическое топливо полностью будет исключено из применения в системах отопления и горячего водоснабжения. Большая роль в этом принадлежит производству коммунального тепла с использованием парокомпрессионных тепловых насосов.
Например, в Австрии по статистическим данным 105000 теплонасосных станций, находящихся в эксплуатации, обеспечивают ежегодно экономию в коммунальной энергетике 116000 тонн дизельного топлива. По прогнозам Международного Энергетического Комитета к 2020 году 75% отопительных установок в системах теплоснабжения развитых стран мира будут работать, используя энергосберегающую теплонасосную технологию.
Разве это не показатель надежности и перспективности данного направления? В Украине темпы по внедрению теплонасосных установок значительно ниже. Мы только начинаем развиваться в этом направлении. Количество работающих единиц теплонасосного оборудования в Украине на сегодня исчисляется единицами. Такая отсталость в развитии по сравнению с европейскими странами объясняется тем, что цена на газ для населения Украины была и пока остается во много раз ниже, чем для населения стран Европы.
Но уже ясно, что в самое ближайшее время мы достигнем европейского уровня цен на газ. Рост цен на электроэнергию тоже неизбежен, но динамика роста цен на электроэнергию будет заметно ниже, по сравнению с газом, поскольку доля атомных электростанций в общей выработке электроэнергии будет неуклонно увеличиваться, и это очевидно.
