Статья Авт. В.Н. Коростылёв, Л.П. Бойченко О значимости результатов наблюдений в процессе функционирования современных тепловых насосов

О значимости результатов наблюдений в процессе функционирования современных тепловых насосов
В.Н.Коростылёв, Л.П. Бойченко
На основании ФГОС третьего поколения первоочередная задача в обучении СПО по изучаемым дисциплинам заключается в формировании у студентов профессиональных компетенций, чтобы выпускник не только знал, понимал, но и умел делать, при этом находил бы отличительные особенности и мог устранить недостатки и сформулировать пути совершенствования в режимах работы эксплуатируемого оборудования.
Тепловые насосы являются надёжной альтернативой традиционным источникам тепловой энергии – котлам и прямому электрическому отоплению, а в некоторых случаях, например при отсутствии подведенных газовых сетей и недостаточных мощностях в электрических сетях, единственным надежным современным источником тепловой энергии. Очень часто стоимость подводки газовых сетей сопоставима со стоимостью теплового насоса и работ по его установке.
По сравнению с котлами тепловые насосы отличаются тем, что используют бесплатные и возобновляемые источники энергии: окружающий и отходящий воздух систем вентиляции, грунт, воду подземных источников и открытых незамерзающих водоемов, сточные и сбросовые воды технологических процессов. Они имеют отношение полученной энергии к затраченной порядка 3-7, что недоступно никакому котлу, не требуют подвода газовых сетей или создания топливохранилищ, не загрязняют атмосферу, поскольку не создают никаких выбросов, взрывобезопасны, для их работы необходимо только электричество, которое, во-первых, дорожает, не так сильно, как газ или дизельное топливо (например, с 1996 г. по 2004 г. стоимость электроэнергии выросла в 3 раза, стоимость дизельного топлива в 6 раз, стоимость газа в 30 раз), а во-вторых, использование индивидуальных солнечных, ветровых или небольших гидроэлектростанций позволяет создать полностью автономную систему.
Кроме того, срок службы тепловых насосов значительно превосходит срок службы котлов. Если срок службы котла составляет 10 – 15 лет, то срок службы теплового насоса 20-50 лет.
По сравнению с прямым электрическим обогревом, тепловые насосы потребляют в 3-7 раз меньше электричества для выработки такого же количества тепловой. К тому же тепловые насосы могут использоваться как для отопления в холодный период года, так и для охлаждения в жаркий. Очень эффективно комбинирование теплового насоса с солнечным коллектором Viessmann, который используется для получения горячей воды летом, в то время как первичный контур теплового насоса получает достаточное время для регенерации. Кроме того, солнечный коллектор может быть использован и в качестве регенератора и для накопления тепловой энергии в грунте вокруг труб теплового насоса.
По прогнозам Международного Агентства по Энергетике к 2025 г. 75% систем отопления будет работать на геотермальных (использующих тепло грунта и подземных вод) тепловых насосах.
Тепловые насосы могут использоваться как основные источники энергии, так и дополнительные для утилизации тепла сточных вод, канализации, воздуха вентиляции и технологических процессов. Они могут применяться для отопления, приготовления горячей воды, для сушки различных материалов, для охлаждения помещений и т.п.
Принцип действия теплового насоса - прост. Практически в каждом доме есть «тепловой» насос – это обычный холодильник, который отбирает тепло продуктов и передает его окружающему воздуху через теплообменник, расположенный сзади холодильника. Более точно принцип действия теплового насоса заключается в следующем: хладогент (фреон) нагревается в испарителе до -5…25 С от тепла земли, воздуха, воды, закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором и при росте давления температура фреона поднимается до 35-65о С. Эта теплота передается через теплообменник конденсатора воде отопительного контура, которая нагревается до 35 – 55оС, и фреон конденсируется. Дроссельный клапан сбрасывает давление, перепуская хладогент в испаритель. Цикл повторяется. Чем выше температура первичного источника, тем больше мощность теплового насоса.
Проектирование теплового пункта и подбор сопутствующего оборудования с тепловым насосом аналогично проектированию его с котлом, с учетом того, что необходимо дополнительно установить в систему отопления бак-резервуар объемом 10 – 20 л на 1 кВт мощности на подаче. А при проектировании теплового пункта в случае применения насосов типа воздух-вода и на обратной линии в случае насосов типа вода-вода, грунт-вода, возможно подключение через трехходовой смесительный клапан дополнительного источника энергии, при его установке на обратной линии. При установке бака-резервуара на подающей линии электронагреватель может быть встроен в него. Бак водонагреватель для получения горячей воды должен быть установлен дополнительно. Кроме того следует помнить, что максимальная температура получаемой горячей воды составляет 550 С, что применимо в случае систем напольного, настенного и низкотемпературного радиаторного отопления и естественно приготовления горячей воды.
Необходимо знать используемые источники низко-потенциального тепла:
наружный воздух: от -15 до + 15 С;
отводимый воздух: 15-25 С;
подпочвенная вода: 4 – 10 С;
озерная вода: 0 – 10 С;
речная вода: 0 – 10 С;
поверхностный грунт: 0 – 10 С;
глубокий (>20 м) грунт: 10 С;
грунтовые воды: >10 C.
Интересно знать примеры использования тепловых насосов в Москве и Московской области:
в микрорайоне Никулино-2 построена тепло-насосная установка горячего водоснабжения 17 - этажного жилого дома, которая в качестве источника тепла использовала низко-потенциальное тепло грунта (сделано восемь скважин по периметру здания глубиной от 32 до 35 м каждая) и тепло удаляемого вентиляционного воздуха;
в г. Зеленограде введена в эксплуатацию экспериментальная автоматизированная тепло-насосная установка мощностью 2 000 кВт (теплота утилизации 1700 кВт), утилизирующая теплоту неочищенных сточных вод, предназначенная для подогрева водопроводной воды до 300 С перед котлами районной тепловой станции №3 г. Зеленограда. Неочищенные сточные воды с температурой 200 подаются в теплообменник, где отдают тепло промежуточному теплоносителю – воде, охлаждаясь до температуры 150. Суммарный расход сточных вод – 400 м3/ч. Промежуточный теплоноситель (вода) подается в теплообменник с температурой 80 С из фреонового теплообменника и возвращается с температурой 130 С. Потребление электроэнергии составило 500 кВт, расход подаваемой нагретой воды колебался от 70 до 180 м3/ч , экономия энергии составила 75 %.
Данную информацию надо знать будущему профессионалу в области обслуживания и эксплуатации современных тепловых насосов, формируя профессиональные компетенции, в результате обучения в учебных профессиональных заведениях.