Installasjon av varmepumpe. Spesifikasjoner for pumpen

Bli mindre lønnsom og miste relevansen. Forbrenning av gass eller flytende brensel i kjeler tynger budsjettet som aldri før. Betydelige besparelser kan oppnås ved å bruke varmepumper for oppvarming av boliger. De er basert på prinsippet om å konsumere gratis naturlig energi, som er overalt. Det må bare tas.

Investeringseffektivitet

Flytende gass og diesel kan ikke konkurrere med varmepumper verken når det gjelder driftskostnader eller driftskomfort. Brukes til oppvarming fast brensel vanskelig å automatisere og arbeidskrevende. Elektrisitet er en behagelig, men kostbar energiform. For å koble til en elektrisk kjele trenger du en egen kraftig linje. Til nå, under innenlandske forhold, har naturgass vært den mest populære og praktiske typen drivstoff. Men det har en rekke ulemper:

1. Utstedelse av tillatelser.
2. Koordinering av prosjektet i reguleringsmyndighetene og med naboer.
3. En del av tilkoblings- og tilkoblingsoperasjonene kan bare utføres av autoriserte organisasjoner.
4. Periodisk verifisering av måleren.
5. Begrenset nettverksdistribusjon og avstand til tilkoblingspunkter.
6. Høye kostnader for å legge tilførselsledningen.
7. Gassbrukende utstyr er en kilde til potensiell trussel og krever regulert kontroll.

En betydelig ulempe varmepumpe bare høye kapitalinvesteringer på stadiet av utstyrsanskaffelse og installasjon kan vurderes. Standard pris varmesystem på en varmepumpe med en geotermisk varmeveksler består den av kostnadene for arbeidet til borere og spesifikt utstyr med installasjon. Settet inkluderer:

• sett med sonder;
• propylenglykol;
• kjele indirekte oppvarming til varmt vann;
• sett pumpeutstyr og automatisering.

Arbeidet utføres av kvalifisert personell profesjonelt verktøy. Den litt høyere forhåndskostnaden balanseres av betydelige fordeler:

1. Varmepumpeinstallasjonen er svært økonomisk, noe som gjør at du kan hente inn ekstrakostnadene på bare noen få sesonger.
2. Det er gode muligheter for å implementere fleksibelt automatisert kontroll med et minimum av vedlikehold.
3. Komfort ved bruk.
4. God egnethet for boliginstallasjoner takket være sin estetiske og moderne design.
5. Kjøling av lokaler basert på samme sett med utstyr.
6. Når du arbeider for kjøling, i tillegg til den aktive driftsmodusen, er det mulig å bruke en lavere temperatur på naturlig vann og jord for å implementere en passiv modus uten ekstra kostnader energi.
7. Den lave effekten til utstyret krever ikke legging av en strømkabel med stort tverrsnitt.
8. Ikke behov for tillatelser.
9. Mulighet for å bruke eksisterende ledninger av varmeenheter.

For produksjon av 1 kW termisk kraft er det nok å bruke ikke mer enn 250 watt. For oppvarming av privat husholdning på 1 kvm. området bruker bare ca 25 W / t. Og det er med varmt vann. Du kan øke energieffektiviteten ytterligere ved å forbedre den termiske isolasjonen til hjemmet ditt.

Hvordan det fungerer

Varmepumpen, hvis driftsprinsipp er basert på Carnot-syklusen, bruker energi ikke for å varme opp kjølevæsken, men for å pumpe ekstern varme. Teknologien er ikke ny. Varmepumper har fungert i våre hjem som en del av kjøleskap i flere tiår. I kjøleskapet beveger varmen fra kammeret seg utover. I de nyeste varmeinstallasjonene er omvendt prosess implementert. Til tross for lav temperatur ute er det rikelig med energi der.

Det blir mulig å ta varme fra en kaldere kropp og gi den til en varmere, takket være egenskapen til et stoff å forbruke energi under fordampning og frigjøre den under kondensering, samt øke temperaturen som følge av kompresjon. De nødvendige forholdene for koking og fordampning skapes ved å endre trykket. Freon brukes som arbeidsvæske med lavt kokepunkt.

I en varmepumpe skjer transformasjoner i 4 trinn:

1. Avkjølt under omgivelsestemperaturen sirkulerer den flytende arbeidsvæsken gjennom spolen i kontakt med den. Væsken varmes opp og fordamper.
2. Gassen komprimeres av kompressoren, noe som fører til at temperaturen overskrides.
3. I den kaldere indre spolen oppstår kondens med frigjøring av varme.
4. Væsken omgås gjennom en strupeanordning for å opprettholde en trykkforskjell mellom kondensatoren og fordamperen.

Praktisk gjennomføring

Direkte kontakt av fordamper og kondensator med ekstern og Internt miljø oh er ikke typisk for varmesystemer basert på varmepumper. Energioverføring skjer i varmevekslere. Kjølevæsken som pumpes gjennom den eksterne kretsen avgir varme til den kalde fordamperen. Den varme kondensatoren sender den videre til boligens varmesystem.

Effektiviteten til et slikt opplegg avhenger sterkt av temperaturforskjellen mellom ytre og indre miljøer. Jo mindre den er, jo bedre. Derfor tas det sjelden varme fra uteluften, hvis temperatur kan være svært lav.

I henhold til stedet for energiinntak skilles installasjoner av følgende typer:

• "grunnvann";
• "vann-vann";
• "luft-vann".

Som varmebærer i grunn- og vannsystemer, trygt frostvæsker. Det kan være propylenglykol. Bruk av etylenglykol til slike formål er ikke tillatt, siden hvis systemet er trykkavlastet, vil det føre til forgiftning av jord eller akviferer.

Grunnvannsinstallasjoner

Allerede på grunt dyp avhenger temperaturen i jorda lite av værforhold, så jorda er effektiv eksternt miljø. Under 5 meter endres ikke forholdene på noen tid på året. Det er 2 typer installasjoner:

• flate;
• geotermisk.

I den første graves utvidede grøfter på stedet til en dybde under frysenivået. I dem er plastrør av en kontinuerlig seksjon lagt ut i ringer og dekket med jord.

PÅ geotermiske systemer varmeveksling skjer på dypet, i brønner. Høye og konstante temperaturer i jordens dyp gir god økonomisk effekt. På stedet bores det brønner med en dybde på 50 til 100 m i nødvendig mengde i henhold til beregningen. For noen bygninger kan 1 brønn være nok, for andre vil 5 ikke være nok. Varmevekslersonder senkes ned i brønnen.

Vann-til-vann installasjoner

Slike systemer bruker energien til vann som ikke fryser om vinteren på bunnen av elver og innsjøer eller grunnvann. Det er 2 typer vanninstallasjoner avhengig av stedet for varmeveksling:

• i en dam;
• på fordamperen.

Det første alternativet er det billigste når det gjelder kapitalinvesteringer. Rørledningen synker ganske enkelt til bunnen av en nærliggende vannmasse og er sikret mot gjenoppbygging. Den andre brukes i fravær av vannforekomster i umiddelbar nærhet. Det bores 2 brønner: forsyning og mottak. Fra den første pumpes vann til den andre gjennom en varmeveksler.

Luft-til-vann installasjoner

Luftvarmeveksleren monteres enkelt ved siden av huset eller på taket. Det renner gjennom det uteluft. Slike systemer er mindre effektive, men billige. Installasjon på le steder bidrar til å forbedre ytelsen.

Selvmontering av systemet

Med et sterkt ønske kan du prøve å installere en varmepumpe med egne hender. En kraftig freonkompressor kjøpes, bay kobberrør, varmevekslere og andre forbruksmaterialer. Men det er mange finesser i dette arbeidet. De består ikke så mye i oppfyllelse installasjonsarbeid, hvor mye i riktig beregning, innstilling og balansering av systemet.

Det er nok å uten hell plukke opp en freon-linje slik at væsken som kommer inn i kompressoren umiddelbart deaktiverer den. Det kan også oppstå vanskeligheter med gjennomføringen automatisk regulering systemytelse.

Hovedforskjellen mellom en varmepumpe og alle andre varmekilder ligger i dens eksepsjonelle evne til å bruke fornybar lavtemperaturenergi. miljø for oppvarming og varmtvannsbehov. Omtrent 80 % av utgangseffekten "pumper" varmepumpen faktisk ut fra omgivelsene ved å bruke den spredte energien til Solen.

Slik fungerer en varmepumpe

Kjøleskapet, vet alle, overfører varme fra det indre kammeret til radiatoren og vi bruker kulden inne i kjøleskapet. En varmepumpe er et kjøleskap "i revers". Den frakter den bortførte varmen fra miljøet inn i hjemmet vårt.

Kjølevæsken (som er vann eller saltvann), etter å ha tatt noen grader fra omgivelsene, passerer gjennom varmepumpens varmeveksler, kalt fordamperen, og avgir varmen som samles opp fra omgivelsene til varmepumpens indre krets. Den interne kretsen til varmepumpen er fylt med kjølemiddel, som, med et veldig lavt kokepunkt, passerer gjennom fordamperen, går fra flytende tilstand til gassform. Dette skjer ved lavt trykk og en temperatur på 5°C. Fra fordamperen kommer det gassformige kjølemediet inn i kompressoren, hvor det komprimeres til høytrykk og høy temperatur. Deretter kommer den varme gassen inn i den andre varmeveksleren - kondensatoren, hvor varme utveksles mellom den varme gassen og kjølevæsken fra returrøret til husets varmesystem. Kuldemediet avgir varmen til varmesystemet, kjøles ned og går tilbake til flytende tilstand, og den oppvarmede kjølevæsken til varmesystemet kommer inn i varmeenhetene.

Fordeler med varmepumpe

• - Økonomi. Lavt strømforbruk oppnås gjennom høy effektivitet(fra 300 % til 800 %) og lar deg få 3-8 kW termisk energi per 1 kW faktisk forbrukt energi, eller opptil 2,5 kW utgående kjøleeffekt.
• - Miljøvennlighet. Miljøvennlig metode for oppvarming og klimaanlegg for både miljøet og menneskene i rommet. Bruk av varmepumper er sparing av ikke-fornybare energiressurser og miljøvern, blant annet ved å redusere CO2-utslipp til atmosfæren. Varmepumpene til anlegget, som utfører en omvendt termodynamisk syklus på et lavtkokende arbeidsstoff, trekker fornybart lavt potensiale Termisk energi fra miljøet, øke potensialet til det nivået som kreves for varmeforsyning, og bruker 1,2-2,3 ganger mindre primærenergi enn ved direkte forbrenning.
• - Sikkerhet. Det er ingen åpen flamme, ingen sot, ingen eksos, ingen lukt av diesel, ingen gasslekkasje, ingen fyringsoljeutslipp. Det er ingen brannfarlige lagringsanlegg for drivstoff.
• - Pålitelighet. Minimum bevegelige deler. Høy arbeidsressurs. Uavhengighet fra tilførsel av ovnsmateriale og dets kvalitet. Beskyttelse mot strømbrudd. Tilnærmet vedlikeholdsfri. Levetiden til en varmepumpe er 15-25 år.
• - Komfort. Varmepumpen går lydløst (ikke høyere enn et kjøleskap), og væravhengig automatisering og flersone klimakontroll skaper komfort og hygge i lokalene.
• - Fleksibilitet. Varmepumpen er kompatibel med ethvert sirkulerende varmesystem, og moderne design lar deg installere den i alle rom.
• - Allsidighet i forhold til type energi som brukes (elektrisk eller termisk).
• - Bredt effektområde (fra brøkdeler til titusenvis av kW).

Bruksområder for varmepumper

Omfanget av varmepumper er virkelig ubegrenset. Alle de ovennevnte fordelene med dette utstyret gjør det enkelt å løse problemene med varmeforsyning til bykomplekset og objekter som ligger langt fra kommunikasjon, enten det er en gård, en hyttebebyggelse eller en bensinstasjon på motorveien. Generelt er varmepumpen universell og anvendelig både i sivil og industri, og i privat bygg.

I dag er varmepumper mye brukt over hele verden. Antall varmepumper som opererer i USA, Japan og Europa er på titalls millioner.

Produksjonen av varmepumper i hvert land er primært fokusert på å møte behovene til hjemmemarkedet. I USA og Japan er luft-til-luft varmepumpeenheter (HPUer) for oppvarming og sommerklimaanlegg mest brukt. I Europa - HPI i klassene "vann-til-vann" og "vann-til-luft". I USA er mer enn seksti firmaer engasjert i forskning og produksjon av varmepumper. I Japan overstiger den årlige produksjonen av HPP 500 000 enheter. I Tyskland tas mer enn 5000 installasjoner i drift årlig. I de skandinaviske landene drives hovedsakelig store HPP. I Sverige var i 2000 mer enn 110 tusen varmepumpestasjoner (HPS) i drift, hvorav 100 hadde en kapasitet på rundt 100 MW og mer. Den kraftigste HPS (320 MW) opererer i Stockholm.

Populariteten til varmepumper i Vest-Europa, USA og land Sørøst-Asia hovedsakelig på grunn av milde klimatiske forhold i disse regionene (med en positiv gjennomsnittstemperatur om vinteren), høye priser for drivstoff og tilgjengeligheten av mål statlige programmer støtte til dette området av klimamarkedet.

Situasjonen med varmepumper i vårt land er fundamentalt annerledes, og det er det grunner til. Først funksjoner russisk klima med lave temperaturer i vintertid stille spesielle krav til parametrene til varmepumper og betingelsene for deres installasjon. Spesielt med en økning i kraften til varmepumpen oppstår problemet med varmefjerning, siden varmeoverføringen av media (reservoar, jord, luft) er begrenset og ganske liten.

I tillegg er gassprisene kunstig lave i Russland, så det er ikke nødvendig å snakke om konkrete økonomiske fordeler ved bruk av denne typen utstyr, spesielt i fravær av en kultur for forbruk og strømsparing. Vi har ikke statlig støtte til energisubstitusjonsprogrammet, det var og er ikke innenlandske produsenter varmepumper.

Samtidig er Russlands behov for slikt utstyr enorme, og hele «linjen» av varmepumper med en kapasitet på 5, 10, 25, 100 og 1000 kW ser ut til å være etterspurt. Ja, inn midtbane I Russland, for oppvarming av et hus med et areal på 100 m2, er det nødvendig å ha en termisk effekt på 5-10 kW, og en pumpe med en termisk effekt på 100 kW er tilstrekkelig for oppvarming av typiske skoler, sykehus og administrative bygninger. Varmepumper med en kapasitet på 1000 kW er praktiske for oppgavene med å gjenvinne varmeavfall ved å bruke varme kilder. Ifølge eksperter er kostnaden for å installere en varmepumpe i Russiske forhold er estimert til rundt 300 amerikanske dollar per 1 kW termisk kraft med en tilbakebetalingstid for utstyr fra to til fire år, som først og fremst avhenger av drivstoffpriser og klimatiske forhold i en bestemt region.

Idriftsettelse av om lag 100 000 varmepumper med en samlet varmeeffekt på 2 GW vil gjøre det mulig å gi varme til 10 millioner mennesker med en gjennomsnittlig levetid på en varmepumpe på 15 år. Salgsvolumet av slikt utstyr kan være mer enn en halv milliard dollar i året.

Doktor i tekniske vitenskaper V.E. Belyaev, sjefdesigner for OMKB Horizon,
d.t.s. SOM. Kosoy, visesjefdesigner for industrielle gassturbinenheter,
sjef prosjektdesigner,
Ph.D. Yu.N. Sokolov, leder for varmepumpesektoren, OMKB Horizon,
FSUE MMPP Salyut, Moskva

Bruk av varmepumpeenheter (HPU) til energi, industri og bolig- og fellestjenester er et av de mest lovende områdene innen energisparende og miljøvennlige energiteknologier.

En ganske seriøs analyse av staten og utsiktene for utvikling av arbeid på dette området ble gjort på et møte i underseksjonen "Varmeforsyning og fjernvarme" av NTS av RAO "UES of Russia" 15. september 2004.

Behovet for å lage og implementere en ny generasjon HPP er assosiert med:

♦ stort etterslep Den russiske føderasjonen og CIS-landene innen praktisk implementering av HPP, de stadig økende behovene til store byer, avsidesliggende bosetninger, industri og boliger og kommunale tjenester i utvikling og bruk av billig og miljøvennlig termisk energi (TE);

♦ tilstedeværelsen av kraftige kilder med lavt potensial varme ( grunnvann, elver og innsjøer, termiske utslipp fra bedrifter, bygninger og strukturer);

♦ stadig økende restriksjoner i bruk for varmegenererende installasjoner naturgass(PG);

♦ muligheter til å bruke progressive konverteringsteknologier akkumulert i bygging av flymotorer.

I forhold til markedsforhold er de viktigste tekniske og økonomiske indikatorene for effektiviteten til kraftproduksjonsanlegg kostnadene og lønnsomheten til den produserte energien (som tar hensyn til miljøkrav) og som et resultat minimering av tilbakebetalingsperioden på kraftverk.

Hovedkriteriene for å oppfylle disse kravene er:

♦ Oppnå maksimal mulig drivstoffutnyttelsesfaktor (FUFR) i et kraftverk (forholdet mellom nyttig energi og drivstoffenergi);

♦ maksimal mulig reduksjon av kapitalkostnader og vilkår for kraftverksbygging.

Kriteriene ovenfor ble tatt i betraktning ved implementering av en ny generasjon HPP.

Første gang for praktisk gjennomføring For storskala HPP foreslås det å bruke vanndamp (R718) som arbeidsvæske. Selve ideen om å bruke damp for HPP er ikke ny (den ble dessuten brukt av W. Thomson da han demonstrerte effektiviteten til den første slike virkelige maskinen tilbake i 1852 - red.). Men på grunn av de svært betydelige spesifikke volumene av vanndamp kl lave temperaturer ah (sammenlignet med tradisjonelle kjølemedier), har ikke opprettelsen av en ekte kompressor på vanndamp for bruk i dampkompresjons-HPP-er ennå ikke blitt utført.

De viktigste fordelene ved å bruke vanndamp som arbeidsvæske for HPP sammenlignet med tradisjonelle kjølemidler (freoner, butan, propan, ammoniakk, etc.) er:

1. Økologisk renslighet, sikkerhet og enkel teknologisk vedlikehold, tilgjengelighet og lav kostnad arbeidende kropp;

2. Høy termofysiske egenskaper på grunn av hvilket de dyreste HPI-elementene (kondensator og fordamper) blir kompakte og billige;

3. Betydelig flere høye temperaturer kjølevæske til forbrukeren (opptil 100 OS og over) sammenlignet med 70-80 OS for freoner;

4. Muligheten for å implementere et kaskadeskjema for å øke temperaturen fra en lavpotensialkilde til en varmeforbruker (i henhold til Lorentz-syklusen) med en økning i konverteringsfaktoren i HPI (kHPU) sammenlignet med tradisjonelle med 1,5-2 ganger;

5. Mulighet for å generere kjemisk renset vann (destillat) i HPP;

6. Mulighet for å bruke HPP kompressor og kondensator for:

♦ sug av vanndamp fra utløpet av varmeturbiner med overføring av spillvarme til varmeforbrukeren, noe som i tillegg fører til en økning i vakuumet ved turbinens utløp, en økning i dens genererte kraft og en reduksjon i forbruket sirkulerende vann, kostnadene ved pumping og termiske utslipp til atmosfæren;

♦ oppsuging av lavverdig vanndamp (avfall) fra energitekniske installasjoner

wok av kjemisk produksjon, tørking, etc. med overføring av spillvarme til varmeforbrukeren;

♦ oppretting av høyeffektive ejektorer for dampturbinkondensatorer, oppsuging av flerkomponentblandinger, etc.

kretsskjema HPI-drift på vanndamp og dens designfunksjoner

På fig. 1 viser et skjematisk diagram av HPI-drift ved bruk av vanndamp (R718) som arbeidsfluid.

Et trekk ved den foreslåtte ordningen er muligheten for å organisere valg av varme fra en lavtemperaturkilde i fordamperen på grunn av direkte fordampning av en del av vannet som tilføres den (uten varmevekslingsoverflater), samt muligheten av å overføre varme til varmenettet i HPI-kondensatoren både med og uten varmevekslerflater (blandingstype ). Valget av konstruksjonstype bestemmes av bindingen av HPI til en spesifikk kilde til en lavpotensialkilde og kravene til varmeforbrukeren for bruk av kjølevæsken som leveres til den.

For den praktiske implementeringen av en storskala HPI på vanndamp, foreslås det å bruke en kommersielt tilgjengelig flyaksialkompressor AL-21, som har følgende viktige funksjoner når den brukes til dampdrift:

♦ stor volumetrisk produktivitet (opptil 210 000 m3/t) med en kompressorrotorhastighet på ca. 8 000 rpm;

♦ tilstedeværelsen av 10 justerbare trinn for å sikre effektiv drift av kompressoren i ulike moduser;

♦ Mulighet for å injisere vann inn i kompressoren for å forbedre effektiviteten, inkludert reduksjon av strømforbruk.

I tillegg, for å øke driftssikkerheten og redusere driftskostnadene, ble det besluttet å erstatte rullelagrene med glidelagre, ved å bruke et vannsmørings- og kjølesystem i stedet for det tradisjonelle oljesystemet.

For å studere de gassdynamiske egenskapene til kompressoren når den opererer på vanndamp i et bredt spekter av bestemmende parametere, for å utvikle strukturelle elementer og for å demonstrere påliteligheten til kompressoren under feltprøveforhold, en storskala testbenk (lukket type, diameter rørledninger 800 mm, lengde ca. 50 m).

Som et resultat av testene ble følgende viktige resultater oppnådd:

♦ muligheten for effektiv og stabil drift av kompressoren på damp ved n=8000-8800 rpm med en volumstrøm av damp opp til 210 tusen m3/t ble bekreftet.

♦ muligheten for å oppnå et dypt vakuum ved kompressorinnløpet (0,008 ata) ble demonstrert;

♦ det eksperimentelt oppnådde kompresjonsforholdet i kompressoren πκ=5 overskredet med 1,5 ganger den nødvendige verdien for en HPI med et konverteringsforhold på 7-8;

♦ klarte seg robust konstruksjon glidelagre til kompressoren på vannet.

Avhengig av driftsforholdene til HPI, tilbys 2 typer layout: vertikal (HPU i en enhet) og horisontal.

For en rekke modifikasjoner av den foreslåtte vertikale utformingen av HPI, er det mulig å erstatte den rørformede kondensatoren med en spray-type kondensator. I dette tilfellet blandes HPI arbeidsvæskekondensat med kjølevæsken (vann) til forbrukeren. Samtidig reduseres kostnaden for HPP med omtrent 20 %.

Følgende kan brukes som en HPP-kompressordrift:

♦ innebygd turbodrift med effekt opptil 2 MW (for HPP med kapasitet opptil 15 MW);

♦ eksterne høyhastighets turbodrev (for HPP med kapasitet opptil 30 MW);

♦ gassturbinmotorer med utnyttelse av brenselceller fra produksjonen;

♦ elektrisk drift.

I tabellen. 1 viser egenskapene til HPP på damp (R718) og freon 142.

Når det ble brukt som en lavkvalitets varmekilde med en temperatur på 5-25 °C, av tekniske og økonomiske årsaker, ble freon 142 valgt som arbeidsvæske til HPP.

Sammenlignende analyse viser at for HPI på vanndamp ligger kapitalkostnadene mellom vannkjølevæsken og arbeidsvæsken (freon).

temperaturområde for lavpotensialkilden:

♦ 25-40 OS - 1,3-2 ganger lavere enn for tradisjonell innenlandsk HPI på freon og 2-3 ganger lavere enn for utenlandsk HPP;

♦ 40-55 OS - 2-2,5 ganger lavere enn for tradisjonell innenlandsk HPI på freon og 2,5-4 ganger lavere enn for utenlandsk HPP.

Tabell 1. Karakteristikk av HPI på vanndamp og freon.

*- ved arbeid på freon er fordamperen og kondensatoren til HPP laget med varmevekslerflater

**-T - turbodrift; G- gassturbin (gassstempel); E - elektrisk stasjon.

I arbeidet under betingelsene for faktisk drift av HPP ved CHPP, mulighet for effektiv overføring av spillvarme fra damp turbin med HPI konverteringsfaktor lik 5-6. I det foreslåtte i og vist i fig. 2, vil HPI-konverteringskoeffisienten være betydelig høyere på grunn av utelukkelsen av HPI-fordamperen og følgelig fraværet av en temperaturforskjell mellom lavtemperaturkilden og arbeidsdampen ved kompressorinnløpet.

For tiden er etableringen av svært effektive og miljøvennlige varmegenererende kraftverk basert på HPP ekstremt presserende oppgave.

Resultatene av introduksjonen av HPS er beskrevet i forskjellige typer for behovene til varmeforsyning, industribedrifter og bolig- og fellestjenester.

På grunnlag av reelle tester av HPI ved CHPP-28 av OAO Mosenergo, 2 spesifikke ordninger for overføring av spillvarme til kjøletårn ved hjelp av HPI til varmenettet (direkte overføring til returvarmenettet og for oppvarming av sminken nettverksvann).

Måtene å lage høyytelses kompresjonsvarmepumper på vanndamp når de brukes som en lavkvalitets varmekilde i temperaturområdet fra 30 til 65 °C med en gassturbindrift av kompressoren og utnyttelse av varmen fra eksosgassene fra gassturbin analyseres. Resultatene av mulighetsstudien viste at, avhengig av forholdene, kan kostnadene for varmen som genereres av HPP være flere ganger lavere (og KIT er flere ganger høyere) enn ved tradisjonell varmeproduksjon ved CHPP.

I analysen av effektiviteten av bruken av varmepumper i sentraliserte systemer varmtvannsforsyning (VV). Det er vist at denne effektiviteten i betydelig grad avhenger av gjeldende tariffer for energibærere og temperaturen på lavkvalitetsvarmen som brukes, derfor må problemet med bruk av HPI tilnærmes nøye, under hensyntagen til alle spesifikke forhold.

TNU as alternativ kilde Varmtvannsforsyning til hjemmet fjernvarme i oppvarmingsperiode

I denne artikkelen, basert på den akkumulerte erfaringen, muligheten og tekniske og økonomiske indikatorer for en mer i dybden sammenlignet med bruken av varmepumper for varmtvannsforsyning, spesielt nesten 100% fortrengning av varme fra tradisjonelle CHPPs for disse formålene under oppvarmingsperioden, analyseres.

For eksempel vurderes muligheten for å implementere en slik tilnærming for den største Moskva-regionen i den russiske føderasjonen når to kilder brukes som spillvarme:

♦ varme fra naturlige vannkilder: Moskva-elver, innsjøer, reservoarer og andre med en gjennomsnittstemperatur på ca. 10 °C;

♦ Spillvarme fra kloakk og andre kilder;

♦ Spillvarme til kjøletårnene (fra utløpet av CHP-dampturbinene under oppvarmingsperioden i ventilasjonspassmodus med en damptemperatur ved utløpet på 30-35 °C). Den totale verdien av denne varmen er omtrent 2,5 tusen MW.

For øyeblikket på DHW behov Moskva-regionen bruker omtrent 5 tusen MW varme (omtrent 0,5 kW per 1 person). Hovedmengden varme for varmtvannsforsyning kommer fra CHPP gjennom fjernvarmesystemet og utføres ved sentralvarmestasjonen til Moskva byvarmenettverk. Oppvarming av vann for varmtvannsforsyning (fra ~ 10 °C til 60 °C) utføres som regel i 2 varmevekslere 7 og 8 koblet i serie (fig. 3), først fra varmen fra nettverksvann i returvarmeledningen og deretter fra varmen av nettvann i direktevarmeledningen . Samtidig forbrukes ~650-680 tce/h av SG for behovene til varmtvannsforsyning.

Implementeringen av ordningen for utvidet (kompleks) bruk av de ovennevnte kildene til spillvarme for varmtvannsforsyning ved bruk av et system med to HPP-er (på freon og damp, fig. 4) tillater nesten 100 % kompensasjon på omtrent 5 tusen MW av varme under oppvarmingsperioden (henholdsvis for å spare store mengder drivhusgasser, redusere termiske og skadelige utslipp til atmosfæren).

Naturligvis, i nærvær av eksisterende CHPP-er i den ikke-oppvarmingsperioden, er det ikke tilrådelig å overføre varme ved hjelp av HPI-er, siden CHPP-er, på grunn av mangel på varmebelastning, tvinges til å bytte til kondenseringsmodus av drift med utslipp til kjøletårn. et stort antall varme fra det brente drivstoffet (opptil 50%).

Varmepumpeenheten HPU-1 med freonbasert arbeidsmedium (R142) kan gi vannoppvarming fra ~10 °C ved innløpet til fordamperen 10 til ~35 °C ved utløpet, ved bruk av vann med en temperatur på ca. 10 °C C som en naturlig lavtemperaturkilde med kHP på ca. 5,5. Når den brukes som en lavtemperaturkilde for avløpsvann fra industribedrifter eller boliger og kommunale tjenester, kan temperaturen betydelig overstige 10 °C. I dette tilfellet vil kHNU være enda høyere.

Dermed kan HPI-1 gi 50% vannoppvarming for varmtvannsforsyning med en total verdi av overført varme opp til 2,5 tusen MW og mer med stor effektivitet. Omfanget av implementeringen av slike HPI er ganske stort. Med en gjennomsnittlig enhetsvarmeeffekt på HPI-1 på rundt 10 MW, ville det være nødvendig med rundt 250 slike HPIer for Moskva-regionen alene.

Når kHP=5,5, er det nødvendig å bruke omtrent 450 MW elektrisk eller mekanisk kraft på driften av HPP-kompressorer (når de drives for eksempel fra GTP). Varmepumpeenheter HPU-1 skal installeres nær varmeforbrukeren (ved sentralvarmestasjonen til byvarmenettet).

Varmepumpeenheter HPP-2 er installert ved CHPP (fig. 4) og brukes under oppvarmingsperioden som en lavtemperaturkilde for damp fra utløpet av varmeturbinene (ventilasjonspassasje av del lavtrykk(CHND)). Samtidig, som nevnt ovenfor, kommer damp med en temperatur på 30–35 °C direkte inn i kompressor 13 (fig. 2, det er ingen HPI-fordamper) og, etter komprimering, mates inn i kondensator 14 til HPI- 2 varmepumpeaggregat for å varme opp vann fra returnettledningen.

Strukturelt kan damp tas, for eksempel gjennom sikkerhetsventilen (utløps-) til LPP til dampturbin 1. Kompressor 13, skaper et betydelig lavere trykk ved utløpet av LPP til turbin 1 (enn i fravær av HPI- 2), henholdsvis reduserer kondensasjonstemperaturen (metningstemperaturen) til dampen og "slår av" turbinkondensatoren 3.

På fig. Fig. 4 viser skjematisk tilfellet når spillvarme overføres av kondensator 14 til returvarmenettet til PSV 4. I dette tilfellet, selv når all spillvarme overføres fra utgangen til turbinens LPR til returvarmeledningen. , vil temperaturen foran PSV bare øke med ~5 °C, mens trykket til oppvarmingsdampen fra turbinekstraksjon ved PSV 4 økes litt.

Det er mer effektivt å først overføre en del av spillvarmen til oppvarming av påfyllingsnettvannet (i stedet for tradisjonell oppvarming med selektiv damp fra turbinen), og deretter overføre resten av spillvarmen til returvarmeledningen (dette alternativet er ikke vist i fig. 4).

Et viktig resultat av den foreslåtte tilnærmingen er muligheten for å forskyve opptil 2,5 tusen MWe (overført med topp varmtvannskjeler). Med en enhetseffekt på HPI-2 som opererer på vanndamp lik ~6-7 MW, vil 350-400 slike enheter være nødvendig for å overføre en slik mengde varme.

Gitt det svært lave nivået av temperaturforskjell i HPI (~15 °C mellom lavtemperaturkilden og temperaturen på returnettvannet), vil konverteringsfaktoren til HPI-2 være enda høyere (kHPI ~6,8) enn for HPI -1. Samtidig, for å overføre ~2,5 tusen MWe til varmenettet, er det nødvendig å bruke totalt ca. 370 MW elektrisk (eller mekanisk) energi.

Totalt, ved hjelp av HPI-1 og HPI-2 i løpet av fyringssesongen, kan opptil 5000 MW varme overføres til behovene til Moskva-regionens varmtvannsforsyning. I tabellen. 2 gir en teknisk og økonomisk vurdering av et slikt forslag.

Som driv for HPI-1 og HPI-2 kan det benyttes en gassturbindrift med N=1 -5 MW og en virkningsgrad på 40-42 % (pga. varmegjenvinning av eksosgasser). Ved vanskeligheter knyttet til installasjonen av et GTP byvarmenettverk ved sentralvarmestasjonen (ekstra SG-forsyning, etc.), kan en elektrisk stasjon brukes som en stasjon for HPI-1.

Tekniske og økonomiske vurderinger ble gjort for drivstoff- og varmetariffer i begynnelsen av 2005. Et viktig resultat av analysen er en betydelig lavere kostnad for varme generert av HPP (for HPI-1 - 193 rubler/Gcal og HPI-2 - 168 rubler /Gcal ) sammenlignet med tradisjonell måte sin generasjon ved CHPP til OAO Mosenergo.

Det er kjent at for tiden kostnadene for brenselceller, beregnet i henhold til den såkalte " fysisk måte separasjon av drivstoff for produksjon av elektrisitet og varme", overstiger betydelig 400 rubler/Gcal (varmetariff). Med denne tilnærmingen er varmeproduksjon selv ved de mest moderne termiske kraftverkene ulønnsomme, og denne ulønnsomheten kompenseres av en økning i strømtariffer.

Etter vår mening er denne metoden for å dele drivstoffkostnadene feil, men den brukes fortsatt for eksempel i OAO Mosenergo.

Etter vår mening, gitt i tabell. 2 tilbakebetalingsperioder av HPP (fra 4,1 til 4,7 år) er ikke store. Ved beregning ble det tatt 5 tusen timer HPP-drift per år. I virkeligheten, i sommerperiode tid, kan disse installasjonene fungere i henhold til eksemplet med avansert vestlige land i modus for sentralisert kjøling, samtidig som den gjennomsnittlige årlige tekniske og økonomiske ytelsen forbedres betydelig.

Fra Tabell. Det kan sees fra tabell 2 at CIT for disse HPPene varierer i området fra ~2,6 til ~3,1, som er mer enn 3 ganger høyere enn verdien for konvensjonelle CHP. Tar hensyn til den proporsjonale reduksjonen av termiske og skadelige utslipp til atmosfæren, kostnadene ved pumping og tap av sirkulerende vann i systemet: turbinkondensator - kjøletårn, øker vakuumet ved utløpet av LPP-turbinene (når HPI-2 er i drift), og følgelig vil den genererte kraften, de tekniske og økonomiske fordelene dette tilbudet være enda større.

Tabell 2. Mulighetsstudie for bruk av HPP på vanndamp og freon.

* - tilleggsvarme i prosessen med å utnytte varmen fra røykgasser fra gassturbindrivenheter kan brukes til å fortrenge deler av varmen fra kraftvarmeverket til fjernvarmeforsyningen.

Tatt i betraktning den uunngåelige økningen i energiprisene etter Russlands tiltredelse til WTO, restriksjoner på bruken av drivhusgasser til energi og behovet for omfattende innføring av svært effektive energisparende og miljøvennlige energiteknologier, de tekniske og økonomiske fordelene ved å innføre HPP vil vokse jevnt og trutt.

Litteratur

1. En ny generasjon varmepumper for varmeforsyningsformål og effektiviteten av deres bruk i en markedsøkonomi // Materialer fra møtet i underseksjonen Oppvarming og fjernvarme i NTS av RAO UES i Russland, Moskva, 15. september, 2004

2. Andryushenko A.I. Grunnleggende om termodynamikk av sykluser av termiske kraftverk. - M.: Høyere. skole, 1985

3. Belyaev V.E., Kosoy A.S., Sokolov Yu.N. Metoden for å oppnå termisk energi. Den russiske føderasjonens patent nr. 2224118 datert 5. juli 2002, FSUE MMPP Salyut.

4. Sereda S.O., Gel'medov F.Sh., Sachkova N.G. Estimerte estimater av endringer i egenskapene til et flertrinn

kompressor under påvirkning av vannfordampning i sin flytende del, MMPP "Salyut"-CIAM // Termisk kraftteknikk. 2004. Nr. 11.

5. Eliseev Yu.S., Belyaev V.V., Kosoy A.S., Sokolov Yu.N. Problemer med å lage et svært effektivt dampkompresjonsanlegg av en ny generasjon. Fortrykk av FSUE "MMPP "Salyut", mai 2005.

6. Devyanin D.N., Pishchikov S.I., Sokolov Yu.N. Utvikling og testing ved CHPP-28 av OAO Mosenergo av laboratoriestand for godkjenning av ordninger for bruk av varmepumper i energisektoren // Heat Supply News. 2000. nr. 1. S. 33-36.

7. Protsenko V. P. Om det nye konseptet for varmeforsyning til RAO ​​UES i Russland // Energo-press, nr. 11-12, 1999.

8. V. P. Frolov, S. N. Shcherbakov, M. V. Frolov og A. Ya. Analyse av effektiviteten ved bruk av varmepumper i sentraliserte varmtvannssystemer // Energisparing. 2004. Nr. 2.

Varmepumpeenheter (HPU) bruker naturlig fornybar lavpotensial termisk energi fra miljøet (vann, luft, jord) og øker potensialet til hovedvarmebæreren til mer høy level, mens du bruker flere ganger mindre primærenergi eller organisk drivstoff. Varmepumpeinstallasjoner fungerer i henhold til den termodynamiske Carnot-syklusen, der lavtemperaturvæsker (ammoniakk, freon, etc.) tjener som arbeidsvæske. Overføringen av varme fra en kilde med lavt potensial til et høyere temperaturnivå utføres ved tilførsel av mekanisk energi i kompressoren (damptrykk HPI) eller tilleggsvarmeforsyning (i absorpsjon HPI).

Bruken av HPP i varmeforsyningssystemer er et av de viktigste skjæringspunktene mellom lavtemperaturteknologi og termisk kraftteknikk, som fører til energisparing av ikke-fornybare energikilder og miljøvern ved å redusere CO2- og NOx-utslipp til atmosfæren. Bruken av HPP er veldig lovende i kombinerte systemer varmeforsyning i kombinasjon med andre teknologier for bruk av fornybare energikilder (sol, vind, bioenergi) og lar deg optimere parametrene til de tilknyttede systemene og oppnå den høyeste økonomiske ytelsen.

La oss velge som et fungerende kjølemiddel - R 22, som har følgende parametere: kjølemiddelstrøm Oa = 0,06 kg / s; kokepunkt Т0 = 3 °С; kondenseringstemperatur Тk = 55 °С; kjølevæsketemperatur ved innløpet til fordamperen fra en lavpotensialkilde Ґн = 8 °С; kjølevæske (vann) temperatur ved kondensatorutløpet f = 50 °C; kjølevæskestrømningshastighet i kondensatoren Ok = 0,25 kg/s; kjølevæsketemperaturforskjell i kondensatoren D4 = 15 °C; effekt forbrukt av kompressoren, N = 3,5 kW; HPI varmeeffekt = 15,7 kW; konverteringsfaktor tsnt = 4,5.

Et skjematisk diagram av en dampkompresjon HPP er vist i fig. 7.2 og inkluderer fordamper, kompressor, kondensator og gass.

4 - ekspansjonsgassventil; 5 - kjølemiddelfordampningsspole;

6 - fordampningstank; 7 - vann lavkvalitets energikilde

8 - drenere til NIE; 9 - vann fra varmesystemet eller rørleggerarbeid;

Varmepumpeenheter kan brukes med hell og effektivt i installasjoner av felles vinteroppvarming og sommerklimaanlegg; i installasjoner for felles produksjon av kulde og varme; i fordampende avsaltings- og destillasjonsanlegg; ved vannkraftverk for å bruke varmen fra luft og hydrogen, kjøling av elektriske generatorer; ved oljeraffinerier og petrokjemiske anlegg ved bruk av varmen fra varme oljeprodukter og varmt vann (t 60 H - 120 C) for å produsere vanndamp med et trykk på 10 kg / h2 og varmt vann med en temperatur på 130 - 150 C.

Varmepumpeenheten, som brukes til å varme opp spahallen om vinteren, bruker sjøvann som varmekilde. Hvordan vil det endre seg Termisk kraft installasjon, hvis den fungerer i henhold til den interne reversible Carnot-syklusen ved samme temperaturforskjeller i fordamperen og kondensatoren. Hvordan vil varmekoeffisienten endres hvis ekstern irreversibilitet elimineres i varmevekslerne til et anlegg som opererer på omvendt Carnot-syklus.

Det er mest hensiktsmessig å bruke varmepumpeinstallasjoner for å møte en konstant varmebelastning i nærvær av en konstant kilde til lavgradig varme og med en relativt liten nødvendig varmestigning, dvs. med en liten & TTS-Ta-verdi eller med et TS/TB-forhold nær en. Slike forhold finner vanligvis sted når man ved hjelp av varmepumpeinstallasjoner tilfredsstiller en relativt konstant industriell varmebelastning med lavt potensial eller en belastning av varmtvannsforsyning, i nærvær av lavverdig industrielt varmeavfall med en temperatur på 20 - 40 ° C og over. Under disse forholdene er varmepumpeinstallasjoner, både når det gjelder energiindikatorer (drivstoffforbruk) og når det gjelder reduserte kostnader, ganske konkurransedyktige med svært økonomiske kjeleinstallasjoner.

Varmepumpeanlegg (Varmepumpeanlegg) består av varmepumpe, installasjon for valg av varme fra sin kilde og annet utstyr.

En varmepumpeinstallasjon har generelt en høyere startkostnad enn kjelbasert oppvarming.

Det er mest hensiktsmessig å bruke varmepumpeinstallasjoner for å møte en konstant varmebelastning i nærvær av en konstant kilde til lavgradig varme og med en relativt liten nødvendig varmestigning, dvs. med en liten & TTV-Ts-verdi eller med et TB/TV-forhold nær en. Slike forhold finner vanligvis sted når man ved hjelp av varmepumpeinstallasjoner tilfredsstiller en relativt konstant industriell varmebelastning med lavt potensial eller en belastning av varmtvannsforsyning, i nærvær av lavverdig industrielt varmeavfall med en temperatur på 20 - 40 ° C og over. Under disse forholdene er varmepumpeinstallasjoner, både når det gjelder energiindikatorer (drivstoffforbruk) og når det gjelder reduserte kostnader, ganske konkurransedyktige med svært økonomiske kjeleinstallasjoner.

To-trinns varmepumpeinstallasjoner brukes noen ganger i varmeforsyningsanlegg som dekker varmebelastningen.

For første gang ble et dampkompresjons-ammoniakkvarmepumpeanlegg brukt til romoppvarming i 1930. Siden har det blitt bygget stort antall varmepumper. Det er grunn til å tro at bruken av varmepumper i fremtiden vil bli mer utbredt.