1. Техническая реализация мини-ТЭЦ
2. Поршневой двигатель
3. Паровая турбина
4. Газовая турбина
5. Двигатель Стирлинга
6. Микротурбины
7. Топливные элементы
8. Парогазовые установки
9. Сравнение газопоршневых и газотурбинных установок
10. Сравнение газопоршневого двигателя и паровой турбины
11. Сравнение газопоршневых и дизельных установок
12. Тепловые насосы
- Прошлое и настоящее
- Преимущества
- Принцип работы
- Области применения
- Типы устройств
- Типы и параметры ИНТ и ПВТ
Прошлое и настоящее
На сегодняшний день геотермальный тепловой насос (Geothermal Heat Pump или GHP система) является наиболее эффективной энергосберегающей системой отопления и кондиционирования. Геотермальные тепловые насосы получили широкое распространение в США, Канаде и странах Европейского Сообщества. GHP системы устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах. Толчок к развитию GHP системы получили после энергетических кризисов 1973 и 1978 годов. В начале своего развития GHP системы устанавливались в домах высшей ценовой категории, но за счет применения современных технологий геотермальные тепловые насосы стали доступны многим американцам. Они устанавливаются в новых зданиях или заменяют устаревшее оборудование с сохранением или незначительной модификацией прежней отопительной системы. Геотермальный тепловой насос был установлен даже в широко известном небоскребе Нью-Йорка The Empire State Building.
К настоящему времени масштабы внедрения геотермальных тепловых насосов в мире ошеломляют:
- В США ежегодно производится около 1 млн. геотермальных тепловых насосов. При строительстве новых общественных зданий используются исключительно геотермальные тепловые насосы. Эта норма была закреплена Федеральным законодательством США.
- В Швеции 70% тепла обеспечивается тепловыми насосами. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник тепла … Балтийское море с температурой + 8°С.
- В Германии предусмотрена дотация государства на установку тепловых насосов в размере 400 марок за каждый кВт установленной мощности.
- Общий объём продаж выпускаемых за рубежом ТН составляет 125 млрд. долларов США, что превышает мировой объём продаж вооружений в 3 раза.
- В мире по прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.
Преимущества
- Экономичность.
Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД GHP системы (от 300% до 700%) и позволяет получить на 1 кВт затраченной энергии 3-7 кВт тепловой энергии или 15-25 кВт мощности по охлаждению на выходе. Система исключительно долговечна и прослужит от 25 до 50 лет без особого внимания к себе.
- Гибкость.
Одиночный модуль контролирует отопление, охлаждение и нагрев воды.
- Комфорт.
GHP система работает устойчиво, колебания температуры и влажности в помещении минимальны. Отсутствует шум. Применяется мультизональный климатический контроль.
- Дизайн.
Установка GHP не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, т.к. нет внутреннего и внешнего блока, и занимает минимум пространства. |
- Экология.
Экологически чистый метод отопления и кондиционирования, т.к. используется возобновляемая тепловая энергия земли.
- Надежность.
Содержит минимум подвижных частей, отсутствует внешнее оборудование. Практически не требуется обслуживания.
- Безопасность.
Нет открытого пламени, нет выхлопа, нет сажи.
- Эффективность.
Более чем в четыре раза эффективней традиционных систем.
Принцип работы
GHP система работает как котел при отоплении и как кондиционер при охлаждении. Работа теплового насоса осуществляется в компрессионно-конденсаторном цикле. Теплоноситель (обычно вода) подается из земли или водоема в тепловой насос, где низко-потенциальное тепло Земли отбирается и передается по системе воздуховодов или трубопроводов к потребителю. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло). Цикл приводится в действие электрическим двигателем. Энергетический цикл можно представить несколько иначе. Электричество приводит в действие электродвигатель, от которого механический момент передается на компрессор. Инициируется термодинамический цикл и тепло, накопленное землей или водоемом, отбирается теплообменниками теплового насоса. Электрическая энергия затрачивается только на перекачивание жидкости, но ничего удивительного в получении дополнительной энергии нет, т.к. используется уже накопленное Землей тепло. Сегодня тепловые насосы выпускаются тепловой мощностью от 2 кВт до 200 МВт.
Работа зимой |
Работа летом |
|
|
Зимой GHP система тепло неостывшей земли передает в дом. Этот же цикл используется и при нагреве воды. |
Летом GHP система излишки тепла в доме передает через теплообменник в обратном направлении. |
Область применения тепловых насосов
Тепловые насосы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, жилом и общественном секторах:
- в общественных зданиях с кондиционированием воздуха обычно применяют совмещенные кондиционеры, обеспечивающие охлаждение воздуха в теплый период и нагревание в режиме теплового насоса в холодный;
- в жилищно-коммунальном секторе с помощью ТН может осуществляться автономное теплоснабжение коттеджей и отдельных зданий;
- на промышленных предприятиях тепловые насосы применяют для утилизации теплоты низкопотенциальных ВЭР, водооборотных систем, стоков с целью использования такого тепла для теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения.
Типы устройств
Геотермальный тепловой насос с открытым циклом (open loop) |
|
Геотермальный тепловой насос с водоемным циклом (pond loop) |
|
Тепловые насосы открытого цикла используют грунтовые воды как главный источник энергии. Теплоноситель подается непосредственно из водоема и после прохождения цикла охлажденным возвращается обратно. При идеальных условиях, использование ТН с открытым циклом может быть наиболее экономичным типом геотермальной системы. |
|
|
Тепловые насосы с закрытым водоемным циклом крайне экономичны, так как при установке используется доступный водоем, и отсутствуют затраты на земляные работы. Спирали труб просто помещаются на дно водоема. |
Геотермальный тепловой насос с горизонтальным теплообменником (horizontal loop) |
|
Геотермальный тепловой насос с вертикальным теплообменником (vertical loops) |
|
Тепловые насосы с горизонтальным теплообменником рассматриваются лишь при наличии поверхности необходимой площади. Замкнутый контур теплообменника укладывается горизонтально в глубокие траншеи, длина которых варьируется от 30 до 120 метров. |
|
|
Замкнутый контур теплообменника устанавливается вертикально в подготовленные отверстия. Применяется в тяжелом грунте или при ограниченности пространства участка. Буровое оборудование используется для сверления отверстий малого диаметра на глубину 25-90 метров. |
Типы и параметры ИНТ и ПВТ
В качестве ИНТ (источника низкопотенциального тепла) чаще всего выступают водопроводная вода, грунт, морская и речная вода, канализационные стоки и т.д. Широко используются низко-потенциальные ВЭР предприятий. Иногда между ИНТ и тепловым насосом необходимо применять промежуточный контур.
Таблица №1: Сведения о некоторых ИНТ
ИНТ |
Среда промежуточного контура |
Температура источника, °С |
Грунтовые воды |
вода |
8..15 |
Грунт |
антифриз |
2..10 |
Вода с водозабора |
вода |
6..10 |
Речная вода |
антифриз |
1..10 |
Канализационные стоки |
вода |
10..17 |
Окружающий воздух |
воздух |
-8..15 |
Вытяжной воздух |
воздух |
18..25 |
Большинство потребителей теплоты используют так называемую высокотемпературную теплоту. Температура теплоносителя в расчетный период составляет обычно не менее 95°С.
Таблица №2: Сведения о ПВТ (потребитель высокотемпературной теплоты)
Система |
Примечание |
Расчетная температура ПВТ, °С |
Отопление |
Теплые полы |
25..35 |
Жилой дом |
95-105 |
Промышленное здание |
95-150 |
Горячее водоснабжение |
— |
50..55 |
Теплоснабжение вентиляции |
— |
95..150 |
Существующие тепловые насосы не могут поднять температуру теплоносителя до таких величин и в большинстве своем обеспечивают 50—55°С, а в некоторых случаях — до 63°С. Когда температура теплоносителя в расчетный период превышает 55°С, требуется специальная подготовка: повышение площади теплообмена или использование пиковых догревателей при низких наружных температурах.
1. Техническая реализация мини-ТЭЦ 2. Поршневой двигатель
3. Паровая турбина
4. Газовая турбина
5. Двигатель Стирлинга
6. Микротурбины
7. Топливные элементы
8. Парогазовые установки
9. Сравнение газопоршневых и газотурбинных установок
10. Сравнение газопоршневого двигателя и паровой турбины
11. Сравнение газопоршневых и дизельных установок
12. Тепловые насосы
|