Installasjoner av varmepumper. Varmepumpeaggregater (varmepumper) - alternativ boligoppvarming
Varmepumpeenheter (HPU) bruker naturlig fornybart lavt potensial termisk energi miljø(vann, luft, jord) og øke potensialet til hovedkjølevæsken til mer høyt nivå samtidig som de bruker flere ganger mindre primærenergi eller fossilt brensel. Varmepumpeenheter 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 (damp - kompresjon HPI) eller tilleggsvarmeforsyning (i absorpsjon HPI).
Bruken av HPI 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 HPI er veldig lovende i kombinerte systemer varmeforsyning i kombinasjon med andre teknologier for bruk av fornybare energikilder (sol, vind, bioenergi) og lar deg optimalisere parametrene til de tilknyttede systemene og oppnå de høyeste økonomiske indikatorene.
La oss velge R 22 som fungerende kjølemiddel, som har følgende parametere: kjølemiddelforbruk Oa = 0,06 kg/s; kokepunkt Т0 = 3 °С; kondensasjonstemperatur Tc = 55 °C; kjølevæsketemperatur ved fordamperinntaket fra en lavpotensialkilde Ґн = 8 °C; temperaturen på kjølevæsken (vannet) ved kondensatorutløpet f = 50 °C; kjølevæskestrøm i kondensatoren OK = 0,25 kg/s; kjølevæsketemperaturforskjell i kondensatoren D4 = 15 °C; effekt forbrukt av kompressoren, N = 3,5 kW; varmekapasitet på HPP = 15,7 kW; konverteringsfaktor ctn = 4,5.
Et skjematisk diagram av en dampkompresjonspumpe er vist i fig. 7.2 og inkluderer en fordamper, kompressor, kondensator og gasspjeld.
4 - ekspansjonsgassventil; 5 - kjølemiddelfordampningsspole;
6 - fordampningstank; 7 - vann er en energikilde med lavt potensial
8 - drenere til NIE; 9 - vann fra varmesystemet eller rørleggerarbeid;
Varmeforsyning i Russland, med sine lange og ganske strenge vintre, krever svært høye drivstoffkostnader, som er nesten 2 ganger høyere enn kostnadene for strømforsyning. De viktigste ulempene med tradisjonelle varmeforsyningskilder er lav energi, økonomisk og miljømessig effektivitet. I tillegg forverrer høye transporttariffer for levering av energiressurser negative faktorer iboende i tradisjonell varmeforsyning.
En svært veiledende retningslinje for å vurdere muligheten for å bruke varmepumpeenheter i Russland er utenlandsk erfaring. Det varierer fra land til land og avhenger av klimatiske og geografiske trekk, økonomisk utviklingsnivå, drivstoff- og energibalanse, prisforhold for hovedtyper av drivstoff og elektrisitet, tradisjonelt brukte varme- og kraftforsyningssystemer osv. Under lignende forhold, tatt i betraktning tilstanden til den russiske økonomien, bør utenlandsk erfaring vurderes som en reell utviklingsvei i fremtiden.
Et spesielt trekk ved varmeforsyning i Russland, i motsetning til de fleste land i verden, er den utbredte distribusjonen av systemer fjernvarme i store byer.
Selv om produksjonen av varmepumper i løpet av de siste tiårene har økt kraftig over hele verden, har HPP i vårt land ennå ikke funnet utbredt bruk. Det er flere grunner:
Tradisjonelt fokus på sentralisert varmeforsyning;
Ugunstig forhold mellom kostnadene for elektrisitet og drivstoff;
Produksjonen av drivstoffpumper utføres som regel på grunnlag av parametrene som er nærmest hverandre kjølemaskiner, som ikke alltid fører til optimale egenskaper TN;
I den siste tiden var det en veldig lang vei fra design av en HP til igangkjøring.
I vårt land begynte utformingen av HP å bli adressert i 1926 /27/. I industrien, siden 1976, jobbet TN på en tefabrikk (Samtredia, Georgia) /13/, ved Podolsk Chemical and Metallurgical Plant (PCMZ) siden 1987 /24/, ved Sagarejoy Dairy Plant, (Georgia), i Moskva region melke- og husdyrbruk "Gorki-2" siden 1963
I tillegg til industrien brukes HPs i kjøpesenter(Sukhumi) for varme- og kuldeforsyning, i en boligbygning (landsbyen Bucuria, Moldova), i Druzhba-pensjonatet (Yalta), klimatologisk sykehus (Gagra), feriestedet Pitsunda.
Tilbake på syttitallet ble effektiv varmegjenvinning ved hjelp av en varmepumpeenhet utført ved Pauzhetskaya geotermiske stasjon i Kamchatka. TNU brukte vellykket et eksperimentelt system for geotermisk varmeforsyning til et boligområde og Sredne-Parutinsky drivhusfarm i Kamchatka. I disse tilfellene ble geotermiske kilder brukt som energikilder med lavt potensial /12/.
Bruken og spesielt produksjonen av varmepumper i vårt land utvikler seg veldig sent. VNIIkholodmash var en pioner innen etablering og implementering av varmepumper i det tidligere Sovjetunionen. I 1986-1989 VNIIholodmash har utviklet en rekke dampkompresjonsvarmepumper med varmekapasitet fra 1 7 kW til 11,5 MW i tolv vann-til-vann størrelser. Også sjøvann som kilde til lavtemperaturvarme til varmepumper med varmekapasitet på 300 - 1000 kW "vann-til-luft" varmepumper for 45 og 65 kW. De fleste varmepumpene i denne serien har bestått produksjons- og teststadiet, prototyper ved fem kjøletekniske anlegg. Fire standardstørrelser var masseproduserte varmepumper med en varmekapasitet på 14; 100; 300; 8500 kW. Deres totale produksjon frem til 1992 var 3000 enheter. Den termiske effekten til dagens flåte til disse varmepumpene er beregnet til 40 MW /16, 17/.
I løpet av denne perioden ble det utviklet en hel serie med fundamentalt nye varmepumper - absorpsjon, kompresjon-resorpsjon, kompresjon, drift på butan og vann som arbeidsstoff, etc.
Deretter var det en nedgang i etterspørselen etter varmepumper. Mange mestrede maskiner og nye utviklinger viste seg å være uavhentede.
Men de siste årene har bildet begynt å endre seg. Reelle økonomiske insentiver for energisparing har dukket opp. Dette skyldes stigende energipriser, samt endringer i forholdet mellom tariffer for elektrisitet og ulike typer drivstoff. I mange tilfeller kommer kravene til miljøvennlighet av varmeforsyningsanlegg i forgrunnen. Spesielt gjelder dette elite individuelle hus. Nye spesialiserte selskaper har dukket opp i Moskva, Novosibirsk, Nizhny Novgorod og andre byer, som designer varmepumpeinstallasjoner og produserer kun varmepumper. Takket være innsatsen fra disse selskapene er det nå satt i drift en flåte av varmepumper med en total termisk kapasitet på ca. 50 MW.
I en reell markedsøkonomi i Russland har varmepumper utsikter til ytterligere utvidelse av bruken, og produksjonen av varmepumper kan stå i forhold til produksjonen av kjølemaskiner i tilsvarende klasser. Dette prospektet kan vurderes når man vurderer forholdene for varme- og kraftforsyning i de viktigste bruksområdene for varmepumpeinstallasjoner: bolig- og kommunalsektoren, industribedrifter, alpinanlegg og kursteder. idrettsanlegg, i landbruksproduksjon.
I bolig- og kommunale tjenester er varmepumpeenheter mest brukt i verden og russisk praksis, hovedsakelig for oppvarming og varmtvannsforsyning (DHW). Hovedretninger:
Autonom varmeforsyning fra varmepumpeenheter;
Bruk av varmepumpeaggregater med eksisterende fjernvarmeanlegg.
For autonom oppvarming enkeltbygg, byområder, tettsteder, hovedsakelig dampkompresjonsvarmepumper med en termisk effekt på 10 - 30 kW brukes i en utstyrsenhet i et eget bygg og inntil 5 MW i distrikter og tettsteder.
Programmet "Utvikling av ikke-tradisjonell energi i Russland" er for tiden under implementering. Den inkluderer et avsnitt om utvikling av varmepumpeinstallasjoner. Utviklingsprognosen er basert på vurderinger fra varmepumpeprodusenter, så vel som deres brukere i regionene i landet, behovene til ulike kapasiteter og mulighetene for deres produksjon. De fleste av de om lag 30 store prosjektene innebærer bruk av varmepumpeanlegg til bolig- og kommunalsektoren, blant annet i fjernvarmesystemet.
En rekke arbeider utføres innenfor rammen av regionale programmer for energisparing og erstatning av tradisjonelle varmeforsyningssystemer med varmepumpeenheter: Novosibirsk-regionen, Nizhny Novgorod-regionen, Norilsk, Neryungri, Yakutia, Divnogorsk, Krasnoyarsk-regionen. Gjennomsnittlig årlig idriftsettelse av termisk kapasitet vil være om lag 100 MW.
Under disse forholdene utgjorde varmeproduksjonen til alle varmepumper i drift i 2005 2,2 millioner Gcal, og erstatningen av organisk brensel var 160 tusen tonn standard drivstoff, den totale termisk kraftårlig effekt 300 MW. Dermed er det planlagt et gjennombrudd i spredningen av varmepumpeenheter i Russland.
Når det gjelder varmepumper med høy termisk effekt fra 500 kW til 40 MW, var den årlige idriftsettelse av termisk kraft etter 2005 i gjennomsnitt 280 MW, og etter 2010 - opptil 800 MW. Dette skyldes at det i denne perioden planlegges mye bruk av varmepumper i fjernvarmeanlegg.
I landbruksproduksjon er hovedbruksområdene for varmepumper primær melkebehandling og varmeforsyning til boder.
På melkebedrifter faller en betydelig andel av energikostnadene, opptil 50 %, på driften av kompressorer til kjølemaskiner designet for å kjøle ned nymelket melk og varme vann for sanitære og teknologiske behov. Denne kombinasjonen av behov for varme og kulde skaper gunstige forhold for bruk av varmepumper. En betydelig mengde varme fjernes med den ventilerte luften i bodene, som med hell kan brukes som lavpotensialkilde for små varmepumper. På husdyrbruk sørger et varmepumpeanlegg for samtidig luftkondisjonering i båser og varmetilførsel til produksjonsområder.
Søknad desentraliserte systemer varmeforsyning basert på varmepumpeenheter i områder hvor varmenett er fraværende, eller i nye boligområder, unngår den mange av de teknologiske, økonomiske og miljømessige ulempene ved fjernvarmesystemer. Bare distriktskjelehus som går på gass kan være konkurransedyktige med dem når det gjelder økonomiske parametere.
Det er i dag et betydelig antall slike installasjoner i drift. Og i fremtiden vil behovet for dem raskt øke.
Sparing, utskifting av fossilt brensel ved bruk av varmepumper skjer på grunn av den fordelaktige involveringen av lavgradige varmeutslipp ved termiske kraftverk. Dette oppnås på to måter:
Direkte bruk av kjøling prosessvann CHP som kilde til lavgradig varme for varmepumpe;
Bruk av returnettvann som en kilde til lavkvalitets varme for varmepumpen, returnert til det termiske kraftverket, hvis temperatur reduseres til 20 - 25 ° C.
Den første metoden implementeres når varmepumpen er plassert i nærheten av et termisk kraftverk, den andre - når den brukes i nærheten av varmeforbrukere. I begge tilfeller er temperaturnivået til lavkvalitets varmekilden ganske høyt, noe som skaper forutsetninger for drift av en varmepumpe med høy konverteringskoeffisient.
Bruk av varmepumper i fjernvarmesystemer kan forbedre den tekniske og økonomiske ytelsen til urbane energisystemer betydelig, og gir:
Økning i termisk kraft med mengden gjenvunnet varme som tidligere ble sluppet inn i prosessvannkjølesystemet;
Redusere varmetap ved transport av nettverksvann i hovedrørledninger;
En økning i varmebelastningen med 15 - 20 % ved samme forbruk av primærnettvann og en reduksjon i underskuddet på nettvann ved sentralvarmestasjoner i mikrodistrikter fjernt fra varmekraftverket;
Utseende sikkerhetskopikilde for å dekke topp varmebelastninger.
For å operere i et sentralisert varmesystem kreves det store varmepumper med en varmekapasitet på flere megawatt for installasjon på varmepunkter og opptil flere titalls megawatt for bruk ved termiske kraftverk.
I industribedrifter brukes varmepumpeenheter for å gjenvinne varmen fra vannsirkulasjonssystemer, varmen fra ventilasjonsutslipp og varmen fra avløpsvann.
Ved hjelp av HPP er det mulig å overføre det meste av spillvarmen til varmenettet, ca 50 - 60 %. I dette tilfellet:
Det er ikke nødvendig å bruke ekstra drivstoff for å produsere denne varmen;
Ville forbedret miljøsituasjon;
Ved å senke temperaturen sirkulerende vann vakuumet i turbinkondensatoren vil forbedres betydelig og den elektriske utgangen fra turbinene vil øke;
Tapene av sirkulerende vann og kostnadene ved å pumpe det vil reduseres.
Inntil nylig ble det antatt at bruk av varmepumpeenheter i virksomheter forsynt med varme fra termiske kraftverk åpenbart var uøkonomisk. Disse estimatene er for tiden under revidering. For det første tar de hensyn til muligheten for å bruke teknologiene diskutert ovenfor i bolig- og kommunalsektoren med sentralisert varmeforsyning. For det andre tvinger de reelle prisforholdene for elektrisitet, varme fra termiske kraftverk og brensel noen bedrifter til å bytte til egne generatorer av varme og til og med elektrisitet. Med denne tilnærmingen er bruken av varmepumpeenheter mest effektiv. Spesielt store drivstoffbesparelser oppnås med "mini-CHP" basert på en dieselgenerator som kjører på naturgass som samtidig driver varmepumpekompressoren. Den termiske installasjonen gir oppvarming og varmtvannsforsyning til bedriften.
Bruk av varmepumpeaggregat i kombinasjon med bruk av varme fra ventilasjonsutslipp er også lovende for virksomheter. Luftoppvarming er typisk for mange industribedrifter. Ventilasjonsavtrekkgjør det mulig å forvarme luften som kommer inn i verkstedet. uteluft inntil 8 0 C. Temperaturen på nettvannet oppvarmet i varmepumpeinstallasjonen, nødvendig for oppvarming av varmeluften, overstiger ikke 70 0 C. Under disse forholdene kan varmepumpeinstallasjonen operere med en tilstrekkelig høy konverteringskoeffisient.
Mange industribedrifter krever også kunstig nedkjøling. I kunstfiberfabrikker brukes således teknologisk klimaanlegg i hovedproduksjonsverkstedene for å opprettholde temperatur og fuktighet. Kombinerte varmepumpesystemer: varmepumpe - kjølemaskin, som samtidig produserer varme og kulde, er de mest økonomiske.
For tiden i Russland produseres HPI-er i henhold til individuelle bestillinger ulike selskaper. For eksempel, i Nizhny Novgorod, produserer Triton-selskapet varmepumper med en varmekapasitet fra 10 til 2000 kW med kompressoreffekt fra 3 til 620 kW. Arbeidsstoffet er R-142; m≈ 3; TN koster fra 5 000 til 300 000 amerikanske dollar. Tilbakebetalingstid 2 - 3 år.
Til i dag CJSC Energia er fortsatt praktisk talt den eneste serieprodusenten av dampkompresjonsvarmepumper i vårt land. For tiden mestrer selskapet produksjon av absorpsjonsvarmepumpeenheter, samt turbokompressorvarmepumper med stor enhetseffekt over 3 MW.
Energia-selskapet produserte og lanserte rundt 100 varmepumpeenheter med ulik kapasitet over hele territoriet tidligere USSR. De første enhetene ble installert i Kamchatka.
I fig. 8.1. Noen av anleggene hvor varmepumper fra JSC Energia opererer.
CJSC Energia produserer varmepumper med en varmekapasitet på 300 til 2500 kW med garanti for drift fra 35 til 45 tusen timer. Prisen på en varmepumpe er satt til 160 - 180 USD. per 1 kW varmeeffekt (Q in).
Siden grunnleggelsen har CJSC Energia satt i drift varmepumpeenheter med forskjellig kapasitet i CIS og nabolandene. Totalt implementerte CJSC ENERGY fra 1990 til 2004 125 varmepumper med ulik kapasitet ved 63 anlegg i Russland og nabolandene.
Ris. 8.1. Varmepumper fra ZAO Energia installert:
Varmepumpeinstallasjon i ungdomsskole nr. 1, Karasuk, Novosibirsk-regionen og varmepumpe NT - 1000 ved det termiske kraftverket i landsbyen Rechkunovka, Novosibirsk
Nedenfor er en kort oppsummering av det største anlegget presentert av ZAO Energia, Novosibirsk, tabellen. 8.1..
Tabell 8.1. Noen objekter hvor varmepumper fra JSC Energia opererer
| Objektnavn | Varmekilde | Total effekt, kW | Type varmepumper | Lanseringsår |
| Tyumen, Velizhansky vanninntak, oppvarming av landsbyen | Drikkevann 7-9 °C | 2 pumper NT-3000 | ||
| Karasuk, Novosibirsk-regionen, oppvarming av ungdomsskole nr. 1 | Grunnvann 24 °C | 2 pumper NKT-300 | ||
| Gornoaltaisk, Sentralkontrollsystem, byggvarme | Grunnvann 7 - 9 °C | 1 pumpe NKT-300 | ||
| P/husstand "Fredelig", Altai-regionen, landsbyvarme | Grunnvann 23 °C | 3 pumper NKT-300 | ||
| Litauen, Kaunas, kunstfiberanlegg, oppvarming av planteverksteder. | Prosessutslipp – vann 20 °C | 2 pumper NT-3000 | 1995 1996 | |
| Moskva, Interstroyplast (" Folks vinduer"), vannkjøling for ekstrudere | Prosessvann 16 °C | 1 pumpe NT-500 | ||
| Kasakhstan, Ust-Kamenogorsk, Kaz Zinc JSC, oppvarming mate vann før kjemisk vannbehandling fra 8 til 40 °C | Resirkulert prosessvann (utskifting av kjøletårn) | 1 pumpe NT-3000 | ||
| Krasnoyarsk, MSC, varmeinstitutt for økologi | Yenisei – vann om vinteren er omtrent 2 °C | 1 pumpe NT-500 | ||
| Yelizovo, Kamchatka-regionen, vanninntak, bygningsoppvarming | Drikkevann 2 - 9 °C | 1 pumpe NKT-300 |
I Nizhny Novgorod-regionen, utvikling og produksjon av HP med
1996 - engasjert i forsknings- og produksjonsselskapet Triton Ltd. CJSC. I løpet av den siste perioden har HP-er med ulik kapasitet blitt designet og installert:
TN-24, Q = 24 kW, boligvarme F = 200 m 2. NIT - grunnvann. Installert i landsbyen Bolshiye Orly, Borsky-distriktet, Nizhny Novgorod-regionen, 1998.
TN-45, Q = 45 kW, kompleks oppvarming administrative bygninger, lager og garasje, F > 1200 m 2, NIT - grunnvann. Installert i Moskva-regionen, Nizhny Novgorod i 1997. Eier - Symbol LLP.
TN-600, Q = 600 kW, oppvarming, varmtvannsforsyning for et hotellkompleks og tre hytter, F > 7000 m 2, NIT - grunnvann. Installert i Avtozavodsky-distriktet, Nizhny Novgorod i 1996. Eier - GAZ.
TN-139, Q = 139 kW, varme, varmtvannsforsyning industribygg F > 960 m 2, NIT - grunn. Installert i Kanavinsky-distriktet, Nizhny Novgorod i 1999. Eier - GZhD.
TN-119, Q = 119 kW, varme, varmtvannsdispenser F > 770 m 2, NIT - grunnvann. Installert i Borsky-distriktet, Nizhny Novgorod-regionen i 1999. Eier: Tsentrenergostroy.
TN-300, Q = 300 kW, oppvarming, skolevarmtvann F > 3000 m 2, NIT - grunnvann. Sett i drift i Avtozavodsky-distriktet, Nizhny Novgorod i 1999. Eier er utdanningsavdelingen til distriktsadministrasjonen.
TN-360, Q = 360 kW, oppvarming, varmtvannsforsyning til rekreasjonssenteret F > 4000 m 2, NIT - grunnvann. Settes i drift i Dalnekonstantinovsky-distriktet, Nizhny Novgorod-regionen i 1999. Eier - "Gidromash".
TN-3500, Q = 3500 kW, oppvarming, varmtvannsforsyning, ventilasjon av administrasjonsbygget til det nye depotet F > 15000 m 2, NIT - retur vann, varmeforsyningssystemer til Sormovskaya CHPP. Kanavinsky-distriktet, Nizhny Novgorod 2000. Eier - GZhD.
To HP Q = 360 og 200 kW, for Penza-regionen, 2 Gcal - for Tuapse.
Med deltakelse av spesialister fra Institute of High Temperatures of the Russian Academy of Sciences (IHT RAS), er det utviklet og opprettet en rekke pog systemer som bruker varmepumper for varmeforsyning til forskjellige objekter /48/.
I landsbyen i Moskva-regionen. I 2001, i Gribanovo, på territoriet til testområdet til NPO Astrophysics, ble et solvarmepumpesystem for oppvarming av laboratoriebygningen satt i prøvedrift. En vertikal jordvarmeveksler med en total lengde på ca. 30 m (teknologi fra JSC Insolar-Invest) ble brukt som kilde til lavgradig varme for varmepumpen. Oppvarmingsenheter - viftekonvektorer og gulvvarmer. Solfangere sørge for varmtvannsforsyning; overflødig solvarme pumpes ned i bakken for å akselerere restaureringen av temperaturregimet.
I 2004 OJSC "Insolar-Invest" En eksperimentell automatisert varmepumpeenhet (ATNU) ble satt i drift, designet for å varme opp tappevann foran kjelene til distriktets termiske stasjon i Zelenograd, tabell. 8.2.
Ubehandlet husholdningsavløpsvann akkumulert i mottakstanken til hovedavløpspumpestasjonen (MSPS) brukes som en lavpotensial varmekilde. ATNU er utviklet for å teste teknologien for resirkulering av varmen fra ubehandlet avløpsvann, bestemme effekten av installasjonen på driftsparametrene til den termiske stasjonen, sjekke den økonomiske effektiviteten og utvikle anbefalinger for opprettelse av lignende installasjoner i Moskvas kommunale økonomi.
Tabell 8.2. Hoveddesign og driftsparametre ved ATNU
ATNU inkluderer fem hoveddeler:
Varmepumpe termisk enhet (HTU);
Rørledninger til varmeoppsamlingssystemet med lavt potensial (LHC);
varmeveksler;
Trykk avløpsrørledninger;
En gruppe fekale forsyningspumper i Statens utvalg for vannforsyning.
Ubehandlet avløpsvann med en temperatur på 20 0 C fra mottakstanken, fekale pumper fra Flygt tilføres en spillvarmeveksler, hvor de overfører varme til mellomkjølevæsken (vann), avkjøles til en temperatur på 15,4 0 C, og går deretter tilbake til reservoaret. Samlet avløpsvannføring er 400 m 3 /t.
Sirkulasjonskretsen for ubehandlet avløpsvann er utformet under hensyntagen til driftspraksisen til trykkrørledninger til avløpssystemer. Strømningshastigheten i varmeveksler-gjenvinningens kanaler sikrer at det ikke dannes avleiringer på varmevekslerflatene.
Mellomkjølevæsken, oppvarmet i varmeveksler-gjenvinningen til en temperatur på 13 0 C, tilføres varmepumpene, hvor den avkjøles til en temperatur på 8 0 C, og avgir varme til kjølemediet i dampkompresjonskretsen. , og sendes igjen til varmeveksleren-gjenvinning.
Anvendelse av varmepumper i en ringkrets i Russland.
I hovedsak vurderes eksempler på bruk av enkeltvarmepumpeenheter. Disse installasjonene inkluderer en eller flere varmepumper som opererer uavhengig av hverandre og utfører en bestemt varmeforsyningsfunksjon. Det er et omfattende ringvarmepumpesystem som lar deg oppnå maksimal effektivitet og sparing. I ringsystemet er det installert flere varmepumper som brukes til å produsere både varme og kulde avhengig av behov ulike deler bygninger. Det er svært lite informasjon om slike systemer.
For en tid siden implementerte et selskap som leverer varmepumper i Russland et prosjekt for å modernisere varme- og klimaanlegget i et av Moskvas hotell- og underholdningssentre /54/. La oss se på hvordan dette systemet fungerer (fig. 8.2.
Vannkretsen består av en vannpumpe og en lavtemperatur lagringstank, på grunn av volumet som varmeakkumuleringen øker og vanntemperaturen i kretsen stabiliseres. Alle VT-er er koblet til denne kretsen.
Piler viser retningen på varmebevegelsen. Bak sirkulasjonspumpen er det installert vann-til-vann varmepumper som varmer opp vannet i kompleksets bassenger. Det kan være flere bassenger, med ulikt volum og med ulik vanntemperatur. Det er installert et varmeelement for hvert basseng.
HP "vann - luft", kjøleluft inn kjøkkenområder, som serverer restauranter, barer, kafeer og personalkantiner. Det er alltid mye varmeutvikling i disse rommene, og HP kjøler ned luften i dem, og tar varmen inn i den vanlige vannkretsen.
Ris. 8.2. Et eksempel på en ringvarmepumpe.
HP "vann - vann" brukes til å utnytte overskuddsvarme gjennom varmtvannsforsyningssystemet (DHW). Varme tas fra vannkretsen til administrasjons- og kontorlokaler. For klimaanlegg har hvert av disse rommene sin egen reversible varmepumpe for varme eller kulde. I den varme årstiden vil alle disse pumpene avkjøle luften, og i den kalde årstiden vil de varme den opp.
Alle disse HP-ene er kombinert til én ring med HP-er i andre deler av bygget med deres varmebehov og overskudd (tekniske og funksjonelle rom, kafeer, restauranter, vinterhager, kjølerom) og varme utveksles mellom dem.
For normal drift av varmepumpen må vanntemperaturen i kretsen ligge i området fra 18 0 C til 35 0 C. Dersom antall varmepumper som opererer i varmemodus er lik antall varmepumper som opererer i kjølemodus, så krever ikke systemet at varme tilføres fra utsiden eller fjernes til utsiden . Ringsystemet fungerer mest effektivt ved utetemperaturer fra -4 0 C til +14 0 C. Energikostnadene for drift av hele ringkretsen er kun driftskostnadene sirkulasjonspumpe og individuelle innendørs varmepumper. Det er ikke behov for dyre kilder til termisk energi, gass eller elektriske varmeovner, eller skaffe det fra utsiden.
Med flere lave temperaturer ekstern luft og mangel på varme i vannkretsen, kan temperaturen i den falle under 18 0 C. Deretter, for å varme opp vannkretsen til ønsket parameter, kan du bruke eksterne kilder byvarmeanlegg, kjele eller jordvarmepumpe som pumper varme fra grunnvann eller fra en vannmasse i nærheten. Kilder som grunnvann eller en elv, med en temperatur på 4 0 C, vil være tilstrekkelig til å varme opp vannet i kretsen til et nivå på 18 0 C og dermed for normal drift av alle varmepumper i bygget.
Dessverre har denne tilnærmingen så langt vært begrenset i Russland til store utgifter på designstadiet og mangel på økonomiske tiltak for å stimulere til energibesparende og miljøvennlige løsninger. Ringvarmepumpeanlegg kan også bruke andre lavgradige varmekilder. Ved mange anlegg: store vaskerier, bedrifter som bruker vann i teknologiske prosesser, er det en betydelig strøm av avløpsvann ved en ganske høy temperatur. I dette tilfellet er det fornuftig å inkludere en varmepumpe i ringsystemet som utnytter denne varmen.
Vannkretsen inkluderer også en lavtemperatur lagertank. Jo større volum denne tanken har, jo mer varme som kan brukes om nødvendig, kan systemet akkumulere. Ringsystemet kan helt overta varmefunksjonen - et monovalent system. Det er imidlertid mulig å bruke varmepumper samtidig med et tradisjonelt varmesystem - et bivalent system. Dersom det er tilstrekkelig antall varmekilder knyttet til ringen på anlegget, og med små behov for varmtvann, kan ringsystemet fullt ut tilfredsstille disse behovene.
Ringvarmepumpesystemet kan utelukkende brukes til klimaanlegg i rom hvor det kun er et slikt behov. Men ringsystemer klimaanlegg er spesielt effektivt i bygninger der det er mange rom, forskjellige i formål, der det er nødvendig forskjellige temperaturer luft. TN som klimaanlegg fungerer mer effektivt enn mange andre kjente klimaanlegg.
Grunnlaget for varmepumpers høye effektivitet ligger nettopp i at energien som brukes inne i bygget for å produsere varme ikke dumpes «ned i avløpet», men brukes inne i bygget der det trengs. Varme akkumuleres og overføres effektivt i ringsystemet.
Den andre viktige faktoren for økonomisk effektivitet er muligheten for å bruke "gratis" varmekilder med lavt potensial - artesiske brønner, reservoarer, kloakk. Ved hjelp av kompressorer, ved å bruke en kilde med en temperatur på 4 ° C, får vi varmt vann ved 50 - 60 0 C, bruker 1 kW elektrisitet for å oppnå 3 - 4 kW termisk energi. Hvis ved bruk konvensjonelt system dampoppvarming, virkningsgraden er bare 30 - 40 %, så med varmepumper øker virkningsgraden flere ganger.
Spesielt i det beskrevne hotellet - underholdningssenter Følgende resultater ble oppnådd.
Kapitalkostnader for kjøp og installasjon av utstyr er redusert med 13 - 15 % sammenlignet med chiller-fan coil-systemet. Brukssystemet er forenklet sammenlignet med det sentrale klimaanlegget. Et komfortabelt mikroklima er skapt i lokalene: samsvar mellom trykk, fuktighet og lufttemperatur hygieniske krav. Totale kostnader til oppvarming og varmtvannsforsyning reduseres med over 50 % sammenlignet med sentralvarme.
Et ringvarmepumpesystem krever ikke komplekse og kostbare kontroll- og overvåkingsenheter for å optimere driften. Det er nok å bruke flere termostater og termostater for å holde temperaturen i vannkretsen innenfor angitte grenser. For ekstra bekvemmelighet og visuell kontroll kan du bruke kostbar automatisering.
Ved et gitt temperaturområde i vannkretsen til ringsystemet på 18 - 35 0 C, dannes det ikke kondens på rørene og det er ikke noe merkbart varmetap. Dette er en viktig faktor når systemet er betydelig forgrenet (distribusjon, stigerør, tilkoblinger, som det kan være ganske mye av i bygninger med kompleks arkitektur).
Ved bruk av HP i et romventilasjonssystem kan antall og totale lengde på luftkanaler reduseres sammenlignet med sentrale klimaanlegg. Varmepumpeenheter er plassert direkte i de luftkondisjonerte rommene eller i de ved siden av dem, det vil si at luften er klimaanlegg direkte på stedet. Dermed unngås transport av ferdig luft gjennom lange luftkanaler.
I Russland ble det første slike TH-baserte systemet installert i 1990 på Iris Congress Hotel. Dette er et ring bivalent klimaanlegg fra det amerikanske selskapet ClimateMaster. Til oppvarming benytter hotellet et oppvarmet kjøkken, vaskerom, tekniske lokaler, kjøleenheter og frysere, skjer varmeveksling under luftkondisjonering av hotellrom, konferanserom, treningssentre, restauranter og administrative lokaler. 15 års drift av systemet har vist påliteligheten til utstyret og muligheten for bruk i vårt klima.
Når man designer et varmepumpesystem for et objekt, er det først og fremst nødvendig å studere alle mulige lavpotensial varmekilder og alle mulige forbrukere av høypotensial varme ved dette objektet, for å evaluere alle varmetilførsler og alle varmetap. Du bør velge de kildene for deponering der varme frigjøres ganske jevnt og over lang tid. Nøyaktige og nøyaktige beregninger vil sikre stabil og kostnadseffektiv drift av HP. Den totale kapasiteten til avfallsvarmepumper bør ikke være ubrukelig overdreven. Systemet må være balansert, men dette betyr ikke at de totale effektene til varmekilder og forbrukere skal være i nærheten, de kan variere, og deres forhold kan også endres betydelig når driftsforholdene til systemet endres. Fleksibiliteten til systemet lar deg velge det optimale alternativet under design og gi muligheten for ytterligere utvidelse. Det er også nødvendig å ta hensyn til særegenhetene ved de klimatiske forholdene i regionen. Klimatiske forhold er nøkkelen til å velge et effektivt klimasystem.
På sørlige breddegrader er hovedoppgaven å kjøle ned luften og frigjøre varme ute, hvis utnyttelse til oppvarming er meningsløs. Tradisjonelle kjølesystemer - viftekonvektorer eller lignende - er ganske egnet her. I nordlige breddegrader kreves også stort antall energi til oppvarming av anlegget, mye høypotensial varme som vil måtte tilføres anlegget. Derfor vil det være nødvendig å installere et bivalent system, en HP i kombinasjon med et varmesystem. I temperert klima på middels breddegrader er det tilrådelig å bruke et monovalent ringsystem, hvor effektiviteten er maksimal.
I dag er det en utbredt oppfatning at TN er for dyrt. Kostnadene for å installere og montere utstyr er høye, og gitt dagens varmepriser i Russland er tilbakebetalingstiden for lang. Praksis viser imidlertid at ved å installere varmepumpeanlegg på store og mellomstore anlegg kan du spare 10 - 15 % på kapitalinvesteringer, for ikke å snakke om driftskostnader. I tillegg minimerer ringsystemer forbruket av energiressurser, prisene på disse øker stadig raskere.
I følge Research.Techart-beregninger ble det i 2009 installert 5,3 MW varmepumper i Russland. Dynamikk russisk marked geotermiske pumper, ifølge Research.Techart-prognoser, vil være lave på mellomlang sikt, noe som er assosiert med krisen i økonomien. Men i noen regioner kan markedet utvikle seg veldig aktivt.
Trenden mot økende etterspørsel fra infrastruktur- og boligsektorene vil fortsette, og hovedvolumet av salg vil være HSP-er med en termisk kapasitet på 15 - 38 kW. Forbruksstrukturen for typene PTN vil ikke endres. En økning i andelen innenlandske produkter i det totale markedsvolumet er spådd.
På lang sikt vil den ledende faktoren i markedsutviklingen være gjennomføringen av den statlige energistrategien. Etter 2016 er det spådd aktiv vekst marked. Innenfor tekniske egenskaper forventes en overgang til PHP med karbonkjølemedier. Samtidig vil forbruket av både lav- og middels- og høyeffekts varmepumper øke, noe som skyldes utsiktene for bruk avmer. På bakgrunn av økende etterspørsel vil aktiv utvikling av den innenlandske produksjonsbasen begynne - nummer russiske produsenter vil øke og de vil innta en ledende posisjon i markedet.
Innen 2020 kan PTN-markedsvolumet nå 8 000 - 11 000 enheter, 460 - 500 MW. Prognose for PTN-markedsvolumet for 2030 - tidspunktet for fullføring av implementeringen av dagens energistrategi for Russland - 11 000 - 15 000 enheter, 500 - 700 MW.
Varmepumpeenheter og installasjoner bør betraktes som enheter som utfører full syklus kjølemediesirkulasjons- og kontrollenheter, inkludert en stasjon. Dessuten inkluderer varmepumpeenheter kompakte, bruksklare enheter, mens varmepumpeenheter inkluderer komplekser som består av flere separate enheter eller blokker. Avhengig av type belastning på kilde- og mottakersiden kan varmepumper klassifiseres i henhold til tabell. 1.2.
Det er fastslått at på grunn av den identiske termodynamiske sirkulære syklusen til kjøleenheter og varmepumper og den lille avviket i temperaturområdene til utstyret, bør varmepumper velges direkte fra området som brukes til kjøleutstyr med noen modifikasjoner, og bare i noen tilfeller er det nødvendig med utvikling av spesialenheter.
Tabell 1.2.
Termoelektriske varmepumper har ennå ikke blitt utbredt på grunn av deres lave konverteringskoeffisient.
Kompresjonsvarmepumpeenheter
Til VT lav effekt Disse inkluderer små varmtvannsberedere og vindusklimaanlegg som inkluderer varmepumper. Generelt kan varmepumper, designet primært for å produsere varme med en effekt på 2 ... 3 kW, ikke konkurrere med enkle elektriske oppvarmingsenheter (med en elektrisk støttevarmer) på grunn av høye spesifikke kostnader. Kun enheter designet primært for produksjon av kulde og varme er av praktisk betydning på grunn av muligheten for enkel veksling. Dette er spesielt vindusklimaanlegg med bryter (fig. 1.29).
Slike enheter består som regel av en kjølemaskin med et forseglet hus, en fordamper og en kondensator med tvungen luftsirkulasjon. Ved hjelp av en fireveisventil kan de bytte til varmepumpemodus, det vil si varme opp lokalene. Hver vifte har en enhet for å bytte driften av fordamperen til kondensatoren, og for å flytte inne- og uteluft.
Ris. 1,29. A - kommunikasjonsdiagram; b - kretsskjema for å slå på klimaanlegget; V - varmepumpe bytte diagram; / - kondensator; // - Gasshåndtak; Sh kompressor; IV-
fordamper
Termisk effekt er 1,5 ... 4,5 kW. Konverteringskoeffisienten ved en romtemperatur på 21 ° C og en ytre temperatur på 7,5 ° C overstiger sjelden 2. En del av klimaanlegg høy effekt
, beregnet for generelle industribygg, utføres også med omkobling til drift i henhold til varmepumpekretsen. Kompresjonsvarmepumper kan også drives av varmemotorer. I dette tilfellet består hele enheten av en kompresjonsvarmepumpe og en varmemotor. Omdannelsen av drivstoffets kjemiske energi til varme skjer direkte inne i en varmemotor (for eksempel en Stirling-motor). I motoren, i henhold til en termodynamisk sirkulær syklus, omdannes en del av varmen til mekanisk energi, som driver sin egen kompresjonsvarmepumpe, og øker dermed det nyttige temperaturnivået i lavtemperaturmiljøet eller spillvarmen. Spillvarme fra motoren kan også brukes. Spillvarmeveksler avhengig av temperaturforhold
I prinsippet kan varmemotorer av alle typer brukes som drivenheter, men de mest praktiske er gass- og dieselmotorer, fordi de går på naturgass og olje - høykvalitets primærenergibærere som brukes til oppvarming. Varmen som produseres av et slikt motordrevet varmesystem kan redusere primærenergiforbruket med omtrent det halve sammenlignet med den konvensjonelle metoden for å generere varme ved å brenne drivstoff.
En konverteringsfaktor på 1,8...1,9 kan oppnås.
Absorpsjonsvarmepumpeenheter
I henhold til graden av aggregering deles APT-er inn i aggregerte (med en konstruktiv kombinasjon av alle elementer i en eller flere blokker) og ikke-aggregerte (med separat utførte APT-elementer). Tilslag inkluderer litiumbromid og APT.
Avhengig av ordningen for å inkludere APT i de teknologiske prosessene til ulike bransjer, kan de deles inn i autonome, uavhengige av det teknologiske prosessdiagrammet, og innebygd - med integrering av en del av APT-syklusen med den teknologiske prosessen.
Antallet absorpsjonsvarmepumper produsert så langt er lite, men høye transformasjonsforhold er allerede oppnådd. Samtidig kan absorpsjonsvarmepumper i større grad oppfylle de spesielle forholdene til varmekilder og drive energi enn kompresjonspumper.
I Tyskland produseres for eksempel absorpsjonsvarmepumper med en termisk effekt på 1 ... 3 MW. Transformasjonsforholdet avhenger av driftstemperatur og fordampningstemperatur. For små installasjoner er det ikke mulig å oppnå høy ytelse (MED,< 1,5). Det pågår arbeid i forskjellige land for å forbedre små absorpsjonsvarmepumper.
Spørsmål 26. Fordelaktig bruk energiressurser med lavt potensial. Varmepumpeenheter
Dukket nylig opp reell mulighetå løse på en fundamentalt ny måte problemstillingene med integrert energiforsyning til industribedrifter ved å bruke varmepumper som bruker lavt potensiale utslipp for å generere varme og kulde samtidig. Samtidig produksjon av disse energibærerne ved hjelp av varmepumper er nesten alltid mer effektiv enn separat produksjon av varme og kulde i tradisjonelle installasjoner, siden de irreversible tapene i kjølesyklusen i dette tilfellet brukes til å produsere varme gitt til forbrukeren.
I varmepumpeinstallasjoner er temperaturen på varmegiveren lik eller litt høyere enn omgivelsestemperaturen, og temperaturen på varmemottakeren er betydelig høyere enn omgivelsestemperaturen, d.v.s. T n >T o. Varmepumper er enheter som overfører energi i form av varme fra et lavere til et høyere temperaturnivå som er nødvendig for varmeforsyning. Hovedformålet med disse installasjonene er å bruke varme fra kilder med lavt potensial, for eksempel miljøet.
For tiden er tre hovedgrupper varmepumper utviklet og er i bruk: kompresjon (damp); jet (ejektortype); absorpsjon.
Kompresjonsvarmepumper brukes til varmeforsyning av enkeltbygg eller grupper av bygninger, samt til varmeforsyning av individuelle industriverksteder eller installasjoner.
Freoner brukes vanligvis som arbeidsmiddel i varmepumpeinstallasjoner.
Figur 4 viser et skjematisk diagram av en ideell dampkompresjonsvarmepumpe. Tilgjengelig varme med lavt potensial tilføres fordamper I ved temperatur Tn. Arbeidsmiddeldampene går fra fordamper I inn i kompressor II i tilstand 1 og komprimeres til trykk pk og tilsvarende metningstemperatur Tk. I tilstand 2 kommer de komprimerte dampene til arbeidsmidlet inn i kondensator III, hvor de overfører varme til kjølevæsken til varmesystemet. I kondensatoren kondenseres dampene til arbeidsmidlet. Fra kondensatoren går arbeidsmidlet i flytende form inn i ekspander IV (en anordning der ekspansjonen av arbeidsfluidet, utført sammen med kjøling, skjer med utførelse av nyttig arbeid), hvor utvidelsen av arbeidsmidlet fra trykk p k til trykk p o oppstår, ledsaget av en reduksjon i dens temperatur og varmeoverføring. Fra ekspanderen går arbeidsmidlet inn i fordamper I og syklusen lukkes.
Kretsen av varmepumper som opererer i en lukket syklus er fundamentalt ikke forskjellig fra kretsen til dampkompresjonskjøleenheter. Tilkoblingen av forbrukere utføres imidlertid på forskjellige måter. I kjølekretser er kuldeforbrukeren koblet til fordamperen, og i varmepumpekretsene kobles varmeforbrukeren til kondensatoren.
Varmepumper tilhører varmetransformasjonsenheter, som også inkluderer kjøle (120 K), kryogene ( = 0...120 K) og kombinerte ( , ) enheter. Alle disse installasjonene opererer i henhold til omvendte termodynamiske sykluser, der termisk energi overføres fra legemer med lav temperatur (varmesendere) til legemer med høy temperatur (varmemottakere) med utgifter til eksternt arbeid. Men hvis funksjonen til kjøle- og kryogene installasjoner er å kjøle ned kropper og opprettholde lave temperaturer i kjølekammer, dvs. varmefjerning, så er hovedfunksjonen til varmepumper å levere varme til en høytemperaturkilde ved bruk av lavtemperatur termisk energi. I dette tilfellet er fordelen at mengden høytemperaturvarme som oppnås kan være flere ganger høyere enn arbeidet som er brukt.
Varmetransformatoren kan fungere samtidig som en kjøle- og varmepumpeenhet; samtidig T n< Т о и Т н >At. Denne prosessen kalles kombinert. I en kombinert prosess produseres varme og kulde samtidig - medium A avkjøles og medium B varmes opp. I kjøleenheter avkjøles således kropper hvis temperatur er lavere enn omgivelsestemperaturen. Varmepumpeinstallasjoner bruker varme fra miljøet eller andre miljøer med lavt potensial til varmeforsyningsformål.
Ideelle Carnot-sykluser for vaer presentert i fig. 5.
Effektiviteten til kjølemaskiner (er den gunstige effekten, mengden varme som tas fra den kaldere kjølevæsken) vurderes av kjølingskoeffisienten. For en varmepumpe brukes konseptet transformasjonskoeffisient (er den gunstige effekten, mengden varme som overføres til den oppvarmede kjølevæsken) eller oppvarmingskoeffisient, dvs. mengden varme mottatt per enhet arbeid brukt.
, 
,
, 
.
For ekte varmepumper = 2 - 5.
En reell installasjon har tap forårsaket av irreversibiliteten til kompresjons- (interne) og varmeoverføringsprosesser (eksterne). Intern irreversibilitet skyldes viskositeten til kjølemediet og frigjøring av varme fra intern friksjon under kompresjon i kompressoren (entropien øker). Virkelig kompresjonsarbeid, hvor er det ideelle arbeidet i en reversibel prosess; - relativ intern effektivitet av kompressoren; - elektromekanisk effektivitet av stasjonen.
Ekstern irreversibilitet forklares med behovet for å ha en temperaturforskjell for at varmeoverføring skal skje, som er satt (bestemt) av arealet av varmeoverføringsoverflaten ved en gitt varmestrøm.
Derfor,
hvor , er temperaturene i henholdsvis fordamperen og kondensatoren til installasjonen.
Jetvarmepumper av ejektortype er nå mye brukt. Høytrykksdamp kommer inn i jetapparatet, og ved å bruke energien til arbeidsstrømmen komprimeres den injiserte strømmen. En blanding av to strømmer kommer ut av apparatet. Således, når den injiserte dampen komprimeres, øker temperaturen samtidig. Den komprimerte dampstrømmen fjernes deretter fra installasjonen.
Høytrykksdamp med parametere p p og T p kommer inn i jetapparatet (fig. 6). Ved å bruke energien til arbeidsstrømmen, komprimeres den injiserte strømmen med parametrene pH Og Tn. En blanding av strømmer med parametere kommer ut av enheten r s Og T s. Således, når den injiserte dampen komprimeres, øker temperaturen (og dermed entalpien) samtidig. Den komprimerte dampstrømmen fjernes deretter fra installasjonen. Trykkøkningshastighet r s / r n i slike enheter, kalt jetkompressorer, er relativt liten og er innenfor 1,2 ≤ r s / r n≤ 4.
Jetvarmepumper er for tiden mest utbredt på grunn av deres enkle vedlikehold, kompakthet og fravær av dyre elementer.
Absorpsjonsvarmepumper arbeid på prinsippet om absorpsjon av vanndamp av vandige løsninger av alkalier (NaOH, KOH). Prosessen med absorpsjon av vanndamp skjer eksotermt, dvs. med varmeavgivelse. Denne varmen brukes på å varme opp løsningen til en temperatur som er betydelig høyere enn temperaturen til den absorberte dampen. Den oppvarmede alkaliløsningen ved utgangen fra absorberen sendes til en overflatefordamper, hvor sekundærdamp genereres ved et høyere trykk enn den primære dampen som kommer inn i absorbatoren. I absorpsjonsvarmepumper utføres prosessen med å produsere høytrykksdamp ved å bruke varme tilført utenfra.
Skjemaet for en absorpsjonsvarmepumpe er vist i fig. 7.
Som arbeidsstoff i absorpsjonsvarmepumper brukes en løsning av to stoffer (binær blanding), som er forskjellig i kokepunkt ved samme trykk. Ett stoff absorberer og løser opp det andre stoffet, som er arbeidsmiddelet. Driftssyklusen til en absorpsjonsvarmepumpe er som følger. I fordamper 3 tilføres lavpotensial varme ved temperatur To til den binære løsningen gjennom veggene i varmeveksleren. Den tilførte varmen sørger for fordampning av arbeidsmidlet fra den binære blandingen ved trykk p o. De resulterende dampene av arbeidsmidlet fra fordamperen gjennom rørledningen kommer inn i absorbator 2, hvor de absorberes av løsningsmidlet (absorbenten), og absorpsjonsvarmen Qa frigjøres. Den sterke væskeløsningen som dannes i absorberen tilføres av pumpe 1 til generatoren 6. Varme Q g tilføres generatoren, som brukes på å fordampe arbeidsmidlet kl. høyt blodtrykk pk, og følgelig høy temperatur Tk Ved fordampning over overflaten av løsningen, dannes damper av arbeidsmidlet, og selve løsningen blir svak. En svak løsning sendes gjennom rørledningen til absorber 2, som reduserer trykket i den termostatiske hjelpeventilen 7 til trykket i fordamperen p o. Arbeidsmiddeldampene som dannes i generatoren går inn i kondensator 5, hvor kondensasjonsvarmen Qk frigjøres gjennom skilleveggen ved høy temperatur Tk. Arbeidsmidlet som kondenseres i kondensatoren reduserer trykket i termostatventilen fra pk til po, med. som den kommer inn i fordamperen. Deretter gjentas prosessen.
Driften av en ideell absorpsjonsvarmepumpe er preget av følgende varmebalanseligning:
Hvor Q n- mengden lavpotensial varme som leveres til fordamperen;
Q g - mengden høypotensial varme levert til generatoren;
Spør oss - varme tilsvarende pumpedrift;
Q til- mengden høypotensial varme som fjernes i kondensatoren;
Q a - mengden lavpotensial varme som fjernes i absorberen.
Arbeidsmidlet er vanligvis vann, og absorbenten er litiumbromid.
For kjemiske, petrokjemiske og oljeraffinerier som har et stort volum vann for kjøling av prosessenheter, hvis temperatur er i området fra 20 til 50 ° C, er det nødvendig å bruke absorpsjonslitiumbromid varmepumper, som vil fungere i kjøling modus om sommeren resirkulert vann, og inn vintertid bruke spillvarmen fra sirkulerende vann til å generere varmt vann for varmeverksteder. Tabell 6 viser parameterne til ab(ABTH).
Absorpsjonsvarmepumper har høy effektivitet, de har ingen bevegelige deler, utstyret kan enkelt produseres. Absorpsjonspumper krever imidlertid et høyt spesifikt metallforbruk, noe som gjør dem klumpete. Muligheten for metallkorrosjon krever produksjon av utstyr fra legert stål. Derfor er absorpsjonsvarmepumper ikke mye brukt i industrien.
Tabell 6
ABTN-parametere
Arbeidsmidler og kjølevæsker (kjølevæsker)
i varmetransformatorer
For å utføre prosesser i varmetransformatorer, brukes arbeidsstoffer (midler) som har de nødvendige termodynamiske, fysisk-kjemiske egenskapene. De kan være homogene eller en blanding av flere, vanligvis to, stoffer. I de fleste varmetransformatorer gjennomgår arbeidsstoffer fasetransformasjoner. For tiden brukes følgende arbeidsstoffer i varmetransformatorer:
a) kjølemidler - stoffer som har et lavt kokepunkt ved atmosfærisk trykk fra +80 til -130 ° C. Kjølemedier med kokepunkt fra +80 til -30 °C brukes vanligvis i varmepumpeinstallasjoner, og med lavere kokepunkter fra 0 til -130 °C - i moderat kalde installasjoner;
b) gasser og gassblandinger (også luft) med lavt kokepunkt;
c) arbeidsmidler og absorbenter absorpsjonsanlegg;
d) vann brukt på sin egen måte termofysiske egenskaper i kjøleenheter hvor temperaturen på den nedre varmekilden er tн>0°С, for eksempel for klimaanlegg.
For økonomisk og sikker drift av varmetransformatorer må kjølemedier oppfylle følgende krav:
a) har et lavt overtrykk ved koke- og kondensasjonstemperaturer, en høy termisk ytelse på 1 kg middel, et lite spesifikt dampvolum (for stempelkompressorer), en lav varmekapasitet til væsken og høy varmeledningsevne og varmeoverføringskoeffisienter ;
b) har lav viskositet, muligens lavere størkningstemperatur og ikke oppløses i olje (for stempelkompressorer);
c) være kjemisk motstandsdyktig, ikke-brennbar, ikke-eksplosiv og ikke forårsake korrosjon av metaller;
d) være ufarlig for menneskekroppen;
e) være ikke-knappe og rimelige.
Arbeidsmidlene til gasskjøleenheter må ha et lavt nivå normal temperatur koking, lav viskositet, høy varmeledningsevne og varmekapasitet C p, lite avhengig av temperatur og trykk.
Arbeidsmidler i absorpsjonsanlegg må, i tillegg til å oppfylle kravene ovenfor, absorberes godt og desorberes i kombinasjon med passende sorbenter.
Den økonomiske effektiviteten ved bruk av varmepumper avhenger av:
Temperaturen til en termisk energikilde med lavt potensial vil være høyere, jo høyere temperatur den har;
Kostnader for elektrisitet i regionen;
Kostnader for termisk energi produsert ved bruk av ulike typer brensel.
Bruk av varmepumper i stedet for tradisjonelt brukte kilder til termisk energi er økonomisk fordelaktig på grunn av:
Det er ikke behov for kjøp, transport, lagring av drivstoff og utgifter til midler knyttet til dette;
Frigjøring av et betydelig areal nødvendig for plassering av fyrrom, adkomstveier og drivstofflager.
Det største energisparepotensialet er i varmeforsyningssektoren: 40 - 50 % av landets totale varmeforbruk. Utstyret til eksisterende termiske kraftverk er fysisk og moralsk utslitt, drives med for høyt drivstofforbruk, varmenett er en kilde til store tap energi, kjennetegnes små varmekilder av lav energieffektivitet, høy grad av miljøforurensning, økte enhetskostnader og arbeidskostnader for vedlikehold.
TNU gir muligheten:
1) minimer lengden på varmenettverk (bring varmekapasiteten nærmere forbrukssteder);
2) motta 3 - 8 kW ekvivalent termisk energi i varmesystemer (avhengig av temperaturen på lavpotensialkilden, mens du bruker 1 kW elektrisitet).
Til dags dato er omfanget av implementering av varmepumper i verden som følger:
I Sverige leveres 50 % av all oppvarming av varmepumper; Bare de siste årene er det tatt i bruk over 100 (fra 5 til 80 MW) varmepumpestasjoner;
I Tyskland gis det et statlig tilskudd til installasjon av varmepumper på 400 mark for hver kilowatt installert effekt;
I Japan produseres det rundt 3 millioner varmepumper årlig;
I USA er 30 % av boligbyggene utstyrt med varmepumper, ca 1 million varmepumper produseres årlig;
I Stockholm leveres 12 % av byens totale oppvarming av varmepumper med en total kapasitet på 320 MW, som bruker Østersjøen med en temperatur på + 8 o C som varmekilde;
I verden, ifølge prognoser fra World Energy Committee, innen 2020 vil andelen varmepumper i varmeforsyningen (verktøy og produksjon) være 75%.
Årsakene til masseaksepten av varmepumper er som følger:
Økonomisk. For å overføre 1 kW termisk energi til varmesystemet trenger varmepumpen kun 0,2 - 0,35 kW elektrisitet;
Økologisk renslighet. Varmepumpen brenner ikke drivstoff og produserer ikke skadelige utslipp til atmosfæren;
Minimalt vedlikehold . Varmepumper har lang levetid på opptil overhaling(opptil 10-15 fyringssesongene) og fungerer helautomatisk. Vedlikehold av installasjoner består av sesongmessig teknisk inspeksjon og periodisk overvåking av driftsforhold. For å drive en varmepumpestasjon med en kapasitet på opptil 10 MW, er det ikke nødvendig med mer enn én operatør per skift;
Enkel tilpasning til eksisterende varmeforsyningssystem;
Kortsiktig tilbakebetaling . På grunn av den lave kostnaden for varmen som produseres, betaler en varmepumpe seg i gjennomsnitt på 1,5 - 2 år (2 - 3 fyringssesonger).
Nå er det to utviklingsretninger for HPI:
Store varmepumpestasjoner (HPS) for sentralisert varmeforsyning, inkludert dampkompresjon HPS og peak varmtvannskjeler, brukes ved lave lufttemperaturer. Den elektriske (forbrukte) effekten til HPP er 20 - 30 MW, den termiske effekten er 110 - 125 MW. Sammenlignet med konvensjonelle kjelehus oppnås drivstoffbesparelser på 20 - 30%, luftforurensning reduseres (ingen kjelerom!);
Desentralisert individuell varmeforsyning(laveffekt dampkompresjonsvarmepumper og termoelektriske halvledervarmepumper). Drivstoffbesparelser sammenlignet med små fyrhus er 10 - 20 %. Mulig kjøling. Ledsaget av høyt spesifikt drivstofforbruk, kapitalinvesteringer og arbeidskostnader.
Varmepumpeenheter kan med hell og effektivt brukes i installasjoner av kombinert vinteroppvarming og sommerklimaanlegg; i installasjoner for kombinert produksjon av kulde og varme; i fordampningsavsaltings- og destillasjonsanlegg; ved vannkraftverk for å bruke varmen fra luft og hydrogen, kjøling 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 ved et trykk på 10 kg / ezh2 og varmt vann ved en temperatur på 130 - 150 C.
Varmepumpesystemet, som tjener til å varme opp spahallen om vinteren, bruker sjøvann som varmekilde. Hvordan vil den termiske kraften til installasjonen endres hvis den fungerer i henhold til en intern reversibel Carnot-syklus ved samme temperaturtrykk i fordamperen og kondensatoren. Hvordan vil varmekoeffisienten endres hvis ekstern irreversibilitet elimineres i varmevekslerne til en installasjon som opererer på en omvendt Carnot-syklus.
Det er mest tilrådelig å bruke varmepumpeinstallasjoner for å tilfredsstille en konstant varmebelastning i nærvær av en konstant kilde til lavgradig varme og med en relativt liten nødvendig varmeøkning, dvs. ved en liten & TTS-Ta-verdi eller ved et TS/TB-forhold nær enhet. Slike forhold oppstår vanligvis når en relativt konstant industriell varmebelastning med lavt potensial eller en varmtvannsforsyningsbelastning tilfredsstilles ved bruk av varmepumpeinstallasjoner, i nærvær av industrielt varmeavfall med lavt potensial med en temperatur på 20 - 40 C og over. Under disse forholdene er varmepumpeenheter, både når det gjelder energiindikatorer (drivstoffforbruk) og reduserte kostnader, ganske konkurransedyktige med svært økonomiske kjelesystemer.
Et varmepumpeanlegg består av en varmepumpe, en installasjon for valg av varme fra sin kilde og annet utstyr.
Et varmepumpeanlegg har vanligvis en høyere startkostnad enn kjelbasert oppvarming.
Det er mest tilrådelig å bruke varmepumpeinstallasjoner for å tilfredsstille en konstant varmebelastning i nærvær av en konstant kilde til lavgradig varme og med en relativt liten nødvendig varmeøkning, dvs. med en liten &TTB-Ts-verdi eller med et TB/TV-forhold nær enhet. Slike forhold oppstår vanligvis når en relativt konstant industriell varmebelastning med lavt potensial eller en varmtvannsforsyningsbelastning tilfredsstilles ved bruk av varmepumpeinstallasjoner, i nærvær av industrielt varmeavfall med lavt potensial med en temperatur på 20 - 40 C og over. Under disse forholdene er varmepumpeenheter, både når det gjelder energiindikatorer (drivstoffforbruk) og reduserte kostnader, ganske konkurransedyktige med svært økonomiske kjelesystemer.
To-trinns varmepumpeaggregater brukes noen ganger i fjernvarmeanlegg som dekker varmebelastningen.
For første gang ble en dampkompresjons-ammoniakkvarmepumpe brukt til oppvarming av et rom i 1930. Siden da stort antall varmepumper. Det er grunn til å tro at bruken av varmepumper vil bli mer utbredt i fremtiden.
| Fysiske egenskaper til en vandig løsning av natriumklorid.| Fysiske egenskaper til en vandig løsning av kalsiumklorid.| Fysiske egenskaper til vandige løsninger av propylenglykol. |