9.3. Напрями використання і класифікація

Великі теплонасосні установки (ТНУ) і тепло-насосні станції (ТНС) сприяють розв'язанню проблем щодо економії палива й енергії, заміщенню органічного палива ядерною енергією, прискоренню електрифікації та підви­щенню ефективності тепло- й холодопостачання промислових підприємств і комунально-побутової сфери. Крім того, їхнє застосування може зробити істотний внесок у стабілізацію екологічної обстановки.

Розрахунки показують, що за умов упровадження ТНУ в системи теплопостачання можна досягти економії в 20-70%. В екологічному аспекті позитивна сторона ТНУ полягає, по-перше, у відсутності процесу горіння і супутного забруднення атмосфери; по-друге, в утилізації теплових відходів виробництв, що є важливим напрямом захисту біосфери від теплового за­бруднення.

Інші переваги ТНУ:

виняткова універсальність стосовно продуктивності (від кількох кВт до десятка МВт), щодо виду використовуваної первинної енергії та низькопотенційної теплоти;

широка сфера застосування: опалення, гаряче водопостачан­ня і кондиціювання, одночасне охолодження одних об'єктів і нагрівання інших, використання в технологічних процесах ректифікації, опріснення, сушіння;

скорочення витрат на транспортування палива:

зниження капіталовкладень у теплові мережі;

зниження трудовитрат на експлуатацію тепловиробних об'єктів за рахунок практично цілковитої автоматизації

тну:

ТНУ сприяють одночасному розв'язанню трьох найважли­віших проблем: енергозбереження, охорони довкілля, економії і поліпшення умов праці теплоенергетичних виробництв.

Відтак, теплові насоси — джерела тепла, що реалізують про-ґресивну технологію, забезпечують якісно новий рівень розви­тку систем теплопостачання і подальшу оптимізацію паливно-енергетичного комплексу взагалі.

Теплонасосна станція є джерелом централізованого тепло­постачання, що складається з ТНУ, пікової водогрійной котель­ні і теплових акумуляторів, які дають змогу ТНУ працювати за примусовим графіком енергоспоживання в провальні або поза-пікові годинни графіка навантаження енергосистеми.

Як було показано раніше, економія палива під час екс­плуатації ТНУ, порівняно з безпосереднім його спалюванням у печах і котлах, у процесі вироблення теплоти невисоких тем­ператур досягається завдяки раціональнішому використанню енергії. Можливість вибору термодинамічного циклу (на від­міну від традиційного способу одержання тепла в котлах) дає змогу управляти верхнім рівнем температур таким чином, що він лише на кілька градусів перевищує температуру нагріву те­плоносія. Як наслідок, на здійснення роботи циклу витрачають лише невелику кількість енергії, визначеної кількістю роботи, яку може виконувати система під час свого зворотного врівно­важення з довкіллям.

Такі достоїнства ТН роблять їх досить вигідними для використання в найрізноманітніших низькотемпературних системах енергопостачання, насамперед у системах тепло- і хо-лодопостачання.

Особливо слід відзначити широкий спектр можливих сфер використання ТН, можливості розвитку ТН з теплоносієм "вода-вода", "вода-повітря" для обігрівання будівель з опалю­вальними системами на рідкому нафтовому паливі; застосуван­ня теплових насосів спільно з використанням сонячної енергії для забезпечення житлових приміщень побутовою гарячою водою; ТН із приводом від дизель-електричного або теплового двигуна; використання ТН з електричним приводом тощо.

Залежно від типу теплових джерел (зовнішнє і вентиляційне повітря, земля, камінь, стічні води, промислове скидне тепло, підземні води, озерна і морська вода, накопичене сонячне тепло, теплота конденсації та ін.) теплові насоси можуть бути класифі­ковані таким чином:

Теплові насоси, що використовують тепло, нагромаджене в зо­внішньому повітрі. Повітря є джерелом тепла, на яке не впливають жодні місцеві умови (за винятком холодного періоду року). Отже, ТН, що послуговуються теплом зовнішнього повітря, ма­ють істотно більшу потенційну можливість для застосування в житловому секторі порівнянно з іншими типами, хоча з повітря вдається видобути дещо меншу кількість тепла, ніж з більшості інших джерел.

Зменшення температури повітря з 10 до 0 °С спричиняє до збільшення потреби в обігріві житлових приміщень майже на 100%, при цьому можливість одержати тепло за допомогою ТН падає приблизно на 40%. Оскільки повітря має невелику густину і низьку теплоємність, доводиться прокачувати його у великій кількості через теплопоглинальний колектор. Реалізація ТН за низької температури (до —20 °С) потребує значних витрат енергії для приводу компресора. Тому, як правило, при температурі ниж­че —10 °С ТН вимикають і вмикають резервну пікову опалюваль­ну систему. Утворення льоду на випарнику за температури випа­ровування менше 0 °С (при температурі повітря менше 5 °С) також є вадою таких ТН, оскільки знижує їхню ефективність.

Незважаючи на це, простота установки ТН, що викорис­товують тепло зовнішнього повітря, а також конкурентоспро­можність визначили їхнє широке застосування для опалення індивідуальних будинків.

Теплові насоси, які використовують тепло, накопичене в озерній воді. Використання озерної води як джерела тепла дає змогу за­стосувати ефект природного сезонного нагромадження літнього тепла в озерах і водотоках. Оскільки температура озерної води відносно стабільна й поволі знижується до точки замерзання, можна створити ТН з хорошими економічними показниками і з оптимальним розміщенням елементів системи видобування води для опалення з шару, що зберігає оптимальну температуру протягом усього року.

Розробка і застосування ТН такого ґатунку для забезпечення теплом усіх типів житлових приміщень мають свої специфічні особливості й потребують конкретного розгляду.

Теплові насоси, що використовують тепло стічних вод. Стічні води, як і зовнішнє повітря, є низькотемпературним джерелом тепла, особливо зручним для використання ТН. Стічні води з температурою влітку близько 20 °С і взимку рідко менше 8 °С, як правило, є в усіх міських забудовах. Як джерело тепла їх можна використовувати і необробленими, й очищеними. Після очищення стічні воді звичайно мають вищу температуру і дають змогу скоротити відстань між ТН і місцем їхнього викорис­тання. Проте їхнє застосування часто спричинює засмічення трубопроводів і блокування теплообмінних поверхонь.

Такі ТН доцільно розміщувати поблизу очисних споруд або у великих будівлях, що мають вагому кількість порівняно чис­тих стічних вод.

Економічні показники перетворення тепла є схвальними, однак загальні можливості ТНУ цього типу оцінити поки що досить складно.

Теплові насоси, які використовують тепло вентиляційного по­вітря. ТН для рекуперації тепла з повітря, що викидається вентиляційними системами і має температуру близько 20 °С, яка дещо змінюється протягом року, створює можливість мати вищий коефіцієнт перетворення тепла в зіставленні з іншими

джерелами низькотемпературного тепла. Вони можуть бути встановлені в багатоквартирних, індивідуальних будинках та інших спорудах із механічною системою вентиляції.

Очевидно, що вентиляційне повітря є порівняно обмеженим джерелом тепла, а збільшення вентиляційних потоків неминуче викликає зростання потреби в опаленні.

Крім того, використання ТН названого типу, призначених для забезпечення гарячого водопостачання, показало, що ці системи неекономічні, оскільки їх використовують упродовж близько 50% часу. І нарешті, велика частина витрат у таких системах пов'язана з прокладенням трубопроводів у будівлях і будівельними роботами, а це удоцільнює вибір ТН, які реку-перують тепло, що викидається з повітря і використовують його для опалення.

Теплові насоси, що використовують тепло поверхневих шарів землі. Механізм нагромадження тепла в землі аналогічний механізму накопичення тепла в озерах. Шари землі є стабільними акуму­ляторами сонячного тепла, нагромадженого в літній період, і вочевидь є великим джерелом низькотемпературного тепла, яке може бути використане взимку.

Тепло поверхневих шарів може бути використано як джерело тепла для індивідуальних і багатоквартирних будинків, а також опалювальних котелень потужністю до 1 МВт. Придатність для теплопостачання залежить від типу ґрунту і вмісту в ньому води. Постійна і відносно висока температура землі дає змогу дібрати тепловий насос, здатний забезпечити всі енергетичні потреби добре ізольованого індивідуального будинку. Попри відносну дорожнечу, вони успішно застосовуються в секторі індивіду­альних будинків. Принципово можливим і перспективним є їхнє застосування для великих будівель (наприклад, шкіл), що володіють достатньою площею землі, а надто ж якщо скоротити площу землі, потрібну для ТН.

Теплові насоси, які використовують тепло підземних вод і скельних порід. Напрям використання такий самий, як і ТН, розглянутих вище. Температура підземних вод на глибині 15-20 м є звичайно постійною, хоча вона коливається залежно від кліматичних умов конкретних районів. Для видобування тепла з підземних

вод використовують пересічні методи буріння свердловин діа­метром 10—20 см, завглибшки 50—150 м. Як і під час використан­ня озерної води, застосовують два істотно незбіжні принципи збору тепла. В одному випадку замкнута трубопровідна система опускається в свердловину. У такому колекторі циркулює те­плоносій, що добуває тепло з підземної води і переносить його у випарник теплового насоса. Охолоджений розчин-теплоносій потім закачують назад через систему свердловин. Для невелико­го теплового насоса потужністю близько 10 кВт (для індивіду­ального будинку) потрібно 1-2 м3/г підземної води (залежно від температури).

В іншому варіанті підземну воду закачують безпосередньо у випарник і після охолоджування скидають у спеціальну свердловину, розташовану досить далеко від місця забору, щоб запобігти охолодженню джерела підземної води.

Теоретично такі системи мають більші потенційні можливос­ті проти ТН, що використовують тепло поверхневих шарів землі. Якщо застосування останніх обмежене наявністю відповідних земельних ділянок, то використання тепла підземних вод визна­чається саме їхньою наявністю і ризиком порушити екологічний баланс підземної води, а також її недостатнім об'ємом.

Можливості використання ТН на підземних водах обмежено територіями, де температура підземної води на глибині 10 м менша 4,5 °С.

Використання інших джерел тепла. Не зупиняючись на засто-сувані геотермальних вод, відзначимо можливість створення ТН, що використовують скидне тепло технологічних процесів. Цей напрям розвитку ТНУ в деяких випадках може виявитися надзвичайно ефективним (термін окупності — 1-3 роки). Проте всі ці питання вимагають окремого опрацьовування, починаю­чи з узгодження інтересів підприємств і місцевих органів водо­постачання.


Авторы: 239 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я

Книги: 268 А Б В Г Д Е З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Э Ю Я