9.4. Головні типи теплових насосів

Практичне застосування дістали теплові насо­си двох типів:

парокомпресійні (ПТНУ), де робочим тілом є різні фреони і стиснення здійснюється механічним шляхом за допомогою компресора;

абсорбційні (АТНУ), де робочим тілом є розчин, складений, як правило, з двох компонентів. Ці компоненти мають різні температури кипіння за однакового тиску. Один компонент є робочим аґентом, а другий — абсорбентом (поглиначем). Схема АТНУ організована таким чином, що в одному з елементів (генераторі) відбувається випаровування аґента, а в іншому (абсорбері) — його поглинання. За аналогією з ПТНУ абсорбер відіграє роль усмоктувальної сторони компресора, а генератор — нагнітальної. Як робочі середови­ща найчастіше застосовують водні розчини аміаку і бромис­того літію, причому в першому розчині аміак, а в другому вода є робочими аґентами.

У світовій практиці найбільш поширеними є парокомп­ресійні ТНУ. Це пояснюється, з одного боку, їхньою більшою енергетичною ефективністю в порівнянні з АТНУ, з друго­го — характерним для розвинених країн практично необмеже­ним постачанням електроенергії, яка з ПТНУ йде на привод електродвигуна компресора. Зарубіжні ПТНУ є компактними і високотехнологічними аґреґатами.

Робочі середовища АТНУ — водні розчини аміаку або бромистого літію — менш дефіцитні й зручніші в експлуатації завдяки своїй меншій текучості; розчин бромистого літію еко­логічно безпечний. Для виготовлення теплообмінного устатку­вання АТНУ використовують порівняно недорогі ґатунки сталі.

Простота конструкції та виробництва вигідно відрізняють АТНУ від ПТНУ, де потрібне прецизійне виготовлення і скла­дання компресорів; використовуються складні спеціалізовані технології для конденсаторів і випарників, куди витрачають

переважно мідні й алюмінієві сплави. З цим також пов'язана ви­сока надійність АТНУ та малі витрати на їхнє обслуговування.

Теплонасосні схеми можуть бути центральними, централь­но-місцевими, автономними.

Центральні системи. Одержання тепла, холоду, нагрівання, зволоження й осушення повітря відбувається централізовано, повітря розподіляють по вентиляційних каналах. Перевага — застосування великих установок, вентиляторів та іншого устат­кування знижує капіталовкладення. Вади — складне впрова­дження пристрою у вже споруджені будівлі; доконечна потреба в підведенні гріючої й охолоджувальної води; дорожчання сис­теми реґулювання за необхідності підтримувати різний мікро­клімат в окремих приміщеннях будівлі.

Центрально-місцеві системи. Тепло і холод виробляються цен­тралізовано, потім подаються до приміщень, де в місцевих кон­диціонерах відбувається обробка повітря. Їхня назва пов'язана з прагненням створити установку, що поєднала б достоїнства центральної й автономної системи.

Автономні системи. Обробка повітря, вироблення тепла і холоду здійснюється децентралізовано. Завдяки цьому досягають вели­кої гнучкості в роботі, не потрібно підводити енергоносіїв, мож­ливим є використання як нових, так і наявних будівель. Завважені достоїнства визначають і ґандж системи: високу питому вартість, відносно великий шум у кондиційованих приміщеннях.

За принципом дії застосовують три основні типи ТН (як і хо­лодильних машин): термоелектричні, повітряні (газові) й паро­ві. Парові теплонасосні установки підрозділяють на абсорбційні та парокомпресійні.

Абсорбційні теплові насоси. їхня дія заснована на використанні абсорбції водяної пари робочої рідини, що відбувається за допо­могою розчину. Найефективнішими вони є тоді, коли темпера­тура відпрацьованого теплоносія становить 100 °С і вище. У цих ТН, як правило, застосовують дві речовини: робочий аґент і абсорбент. Найперспективнішим робочим аґентом є вода, аб­сорбентом — циклічний їдкий натр NaOH, їдкий калій KOH, хлористий кальцій CaCl2, бромистий літій LiBr; усі вони погли­нають і виділяють воду.

За рахунок тепла, підведеного від зовнішнього джерела, в генераторі відбувається випаровування розчину абсорбенту. Водяна пара, що виділяється при цьому, надходить до кон­денсатора. Утворенний конденсат дроселює в реґулювальному вентилі й потрапляє у випарник, де на його випаровування підводиться тепло від довкілля. З випарника пара надходить до абсорбера і поглинається розчином абсорбенту. Тепло абсорб­ції, що при цьому виділяється, відводиться охолоджувальною водою, а збагачений розчин абсорбенту подається в генератор. Після виділення пари абсорбенту розчин у генераторі стає слабким і крізь другий реґулювальний вентиль надходить для збагачення в абсорбері.

У ФРН у 80-х роки було проведено економічний аналіз щодо застосування абсорбційних теплових насосів індивідуального призначення. Їхнє використання дало змогу на 30% скоротити ви­трату палива порівняно з опалюванням газомазутової котельні.

Ціна устаткування АТНУ коливалася в межах від 0,7 до 1,0 тис. марок на 1 кВт проектної потужності. При цьому ка­піталовкладення на моновалентну схему (опалення тільки за рахунок ТНУ) і бівалентную схему (ТНУ й газовий котел у піко­вому режимі) були практично однакові. Нині термін окупності теплових насосів не перевищує 10 років, а їхнє розрахункове фізичне спрацювання становить 20 і більше років.

Відносною вадою АТНУ є їхні габарити, що в 1,5-2 більші, ніж у ПТНУ. Одначе при цьому питома споживана потужність знижується в 5 і більше разів. У разі ж використання безнасо-сної схеми й обігріву генератора скидною теплотою практично зникає потреба в якісній первинній енергії — електриці, газі, рідкому паливі.

Перевагою абсорбційних ТНУ є незначний тиск. Ганджем — спричинювана абсорбентом сильна корозія звичних конструк­ційних матеріалів. Застосування спеціальних матеріалів, поза сумнівом, позначається на їхній вартості.

Характерною особливістю АТНУ є те, що єдиним джерелом первинної енергії виступає теплота. Енергетичною характерис­тикою АТНУ слугує коефіцієнт трансформації, що вірогідно є відношенням тепло- або холодопродуктивності до кількості

теплоти, підведеної від гріючого джерела. У наш час технічно досяжне значення коефіцієнта трансформації лежить у межах 20...60%. Це означає, що така частка низькопотенційної тепло­ти, яку звичайно втрачають, перетвориться на придатну для використання.

Звідси випливає, що пріоритет у використанні АТНУ має широке коло технологічних процесів, які супроводжує виді­лення скидної теплоти — тобто утилізація низькопотенційних теплових ВЕР. Чимало теплоти скидають житлово-комунальні господарства, а отже її використання створить можливість звес­ти до мінімуму потреби первинної енергії на опалення і гаряче водопостачання.

Парокомпресійні теплові насоси. Такі насоси здійснюють різно­вид теплонасосних циклів з робочим тілом у вигляді вологої пари. Парокомпресійний цикл забезпечує ізотермічні процеси підведення і відведення тепла, та, по суті, не відрізняється від загальновідомого холодильного циклу. Робоче тіло з конденса­тора потрапляє в регенеративний теплообмінник і, дроселюючи в реґулювальному вентилі, надходить до випарника, де від­бувається його випаровування. Водяна пара, що утворилася при цьому, через теплообмінник відсмоктується за допомогою компресора. У компресорі відбувається стиснення пари (під­вищення тиску і температури). Стиснута пара надходить до конденсатора, де й конденсується, віддаючи тепло споживачеві. Далі цикл повторюється і здійснюється безперервна циркуляція робочого тіла в циклі теплонасосної установки. У теплообмін­нику має місце теплообмін між парою і рідиною, що рухаються одна одній назустріч. Як наслідок, рідина переохолоджується, а пара перегрівається.

Найпоширенішими є системи парокомпресійних теплових насосів типу "повітря-повітря" і "вода-вода", а найприйнят-нішими робочими аґентами — фреон-12, 22 і 12В1. При цьому фреон-12 і -22 можна використовувати в системах цілорічного кондиціювання повітря, а фреон-12В1 — у системах гарячого водопостачання. Ці речовини нешкідливі, незаймисті, вибухо-безпечні, вони також характеризуються помірним тиском кон­денсації у сфері робочих температур експлуатації.


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