Varmepumpeinstallasjoner i Russland. Analyse av lovende varmeforsyningssystemer
Spørsmål 26. Fordelaktig bruk energiressurser med lavt potensial. Varmepumpeenheter
Nylig har det dukket opp en reell mulighet for å løse problemstillingene med integrert energiforsyning til industribedrifter på en fundamentalt ny måte ved å bruke varmepumper som bruker lavpotensialutslipp for å produsere både varme og kulde på samme tid. 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 kjøleribben lik eller litt høyere enn temperaturen miljø, og temperaturen på kjøleribben er betydelig høyere enn omgivelsestemperaturen, dvs. 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 utvidelse av arbeidsvæsken, produsert sammen med kjøling, skjer med fullstendig nyttig arbeid), hvor arbeidsmidlet ekspanderer fra trykk p k til trykk p o, ledsaget av en reduksjon i 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 dampkompresjonspumper kjøleenheter. 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 på omvendte termodynamiske sykluser, der det koster en kostnad eksternt arbeid termisk energi overføres fra legemer med lav temperatur (varmesendere) til legemer med høy temperatur (varmemottakere). Men hvis funksjonen til kjøle- og kryogene enheter er å avkjøle kropper og opprettholde en lav temperatur i kjølekammeret, 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 lavpotensiale medier til varmeforsyningsformål.
Ideelle sykluser Carnot installasjoner varmetransformasjoner er 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 kompresjon (intern) og varmeoverføring (eksterne) prosesser. 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. Når den injiserte dampen komprimeres, øker dens temperatur (og derfor dens entalpi) 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.
Skjematisk diagram 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 flytende løsningen som dannes i absorberen tilføres av pumpe 1 til generatoren 6. Varme Q g tilføres generatoren, som brukes på å fordampe arbeidsmidlet ved høyt trykk pk, og følgelig høy temperatur Tk 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 kondensatoren 5, hvor kondensasjonsvarmen Q til frigjøres gjennom skilleveggen ved høy temperatur T til Arbeidsmidlet som kondenseres i kondensatoren reduserer trykket i termostatventilen fra p til p o , med hvilken den kommer inn i fordamperen. Deretter gjentas prosessen.
Driften av en ideell absorpsjonsvarmepumpe er preget av følgende ligning varmebalanse:
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 oljeraffineringsbedrifter 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 litiumbromid absorpsjonsvarmepumper, som om sommeren vil fungere i sirkulerende vannkjølingsmodus, og om vinteren brukes spillvarmen fra resirkulert vann til å generere varmtvann til oppvarmingsverksteder. Tabell 6 viser parameterne til ab(ABTH).
Absorpsjonsvarmepumper er svært effektive, har ingen bevegelige deler og kan enkelt produseres. Absorpsjonspumper krever imidlertid et stort 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 fra absorpsjonsanlegg;
d) vann som brukes på grunn av dets termofysiske egenskaper i kjøleenheter, hvor temperaturen til den nedre varmekilden er tн>0°С, for eksempel for klimaanlegg.
For økonomisk og sikker drift av varmetransformatorer må kjølemedier oppfylle følgende krav:
a) være kort overtrykk ved koke- og kondensasjonstemperaturer, høy termisk ytelse på 1 kg middel, lavt spesifikt volum av damp (med stempelkompressorer), lav varmekapasitet til væsken og høye koeffisienter for varmeledningsevne og varmeoverføring;
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 lavt normalt kokepunkt, lav viskositet, høy varmeledningsevne og varmekapasitet C p, noe som er litt 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:
Ikke behov for drivstoffkjøp, transport, lagring og forbruk kontanter relatert 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 energitap, små varmekilder kjennetegnes 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 massegjenkjenning 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 før større reparasjoner (opptil 10 - 15 fyringssesongene) og fungerer helautomatisk. Installasjonsvedlikehold er sesongavhengig teknisk inspeksjon og periodisk overvåking av driftsmodus. Varm til jobb pumpestasjon effekt opp til 10 MW krever ikke mer enn én operatør per skift;
Enkel tilpasning til eksisterende varmeforsyningssystem;
Kort tilbakebetalingstid . 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 toppvannvarmekjeler som brukes til lave temperaturer luft. 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. Akkompagnert av høy spesifikke kostnader drivstoff, kapitalinvesteringer og lønnskostnader.
I løpet av det siste året har varmepumper funnet sin nisje i det russiske klimamarkedet, blant andre populære teknologier. Diskusjon om fordeler og ulemper med varmepumpeaggregater (HPU) fant sted både på sidene til bransjepressen og på temakonferanser og rundebordskonferanser. Det har nylig dukket opp mye informasjon om varmepumper – både på det russiskspråklige Internett og i spesialiserte medier. Det er imidlertid fortsatt svært lite publisering om integrerte varmepumpesystemer. Hensikten med denne artikkelen er å fylle dette gapet litt, oppsummere noen av spørsmålene som dukker opp for spesialister når de først blir kjent med ringvarmeoverføringssystemer, og kort svare på dem.
Så det er kjent om varmepumper at de er klimakontrollutstyr som er i stand til å utnytte varmen fra miljøet, ved å bruke en kompressor for å heve temperaturen på kjølevæsken til det nødvendige nivået og overføre denne varmen dit den er nødvendig.
Det er nesten alltid mulig å hente varme fra miljøet. Tross alt er "kaldt vann" et subjektivt konsept, basert på følelsene våre. Selv det kaldeste elvevannet inneholder litt varme. Men det er kjent at varme overføres bare fra en varmere kropp til en kaldere. Varme kan tvangsrettes fra en kald kropp til en varm, da vil den kalde kroppen kjøle seg enda mer ned, og den varme kroppen varmes opp. Ved å bruke en varmepumpe, som "pumper" varme fra luften, elvevannet eller bakken, og senker temperaturen ytterligere, kan du varme opp en bygning. I det klassiske tilfellet antas det at ved å bruke 1 kW elektrisitet på drift, kan en HPP produsere fra 3 til 6 kW termisk energi. I praksis betyr det at kraften til to til tre husholdningspærer kan varme opp en mellomstor stue om vinteren. Om sommeren kan varmepumpen kjøle ned luften i bygningen ved å jobbe i reversmodus. Varme vil bli fjernet fra bygningen ved å bli absorbert av atmosfæren, elven eller bakken.
For tiden er det et stort utvalg av varmepumpeenheter, som gjør at de kan brukes mye i industrien, jordbruk, innen bolig og fellestjenester. Som et eksempel på bruken av HPI, på slutten av artikkelen vil vi vurdere to prosjekter - ett av dem er et prosjekt av et storskala ringsystem implementert i Krasnodar-regionen, den andre er et lite byggeprosjekt i Moskva-regionen.
Hvilke typer varmepumper finnes det?
Varmepumper kommer i forskjellige termiske ytelser, fra noen få kilowatt til hundrevis av megawatt. De kan jobbe med ulike kilder varme i forskjellige aggregeringstilstander. I denne forbindelse kan de deles inn i følgende typer: vann-vann, vann-luft, luft-vann, luft-luft. HPI-er produseres som er designet for å fungere med lavgradige varmekilder med forskjellige temperaturer, selv ned til negative temperaturer. De kan brukes som en høykvalitets kjøleribbe som krever forskjellige temperaturer, selv over 1000C. Avhengig av dette kan varmepumper deles inn i lavtemperatur, middels temperatur og høy temperatur.
Varmepumper er også forskjellige teknisk innretning. I denne forbindelse kan to retninger skilles: dampkompresjon og absorpsjon HPI. Varmepumper kan bruke andre typer energi til drift, i tillegg til elektrisk energi kan de for eksempel operere på ulike typer drivstoff.
Ulike kombinasjoner av typer lavkvalitets varmekilder og høykvalitets varmemottakere gir et bredt utvalg av typer varmepumper. Her er noen eksempler:
- HPP, som bruker varmen fra grunnvann til oppvarming;
- HPP, som bruker varmen fra et naturlig reservoar for varmtvannsforsyning;
- HNU – klimaanlegg som bruker sjøvann som varmekilde og mottaker;
- HNU-klimaanlegg bruker uteluft som en kilde og mottaker av varme;
- HPP for oppvarming av svømmebassengvann, ved bruk av varme fra uteluft;
- HPP som utnytter varme fra avløpsvann i varmeforsyningssystemet;
- HPI som utnytter varme fra ingeniørutstyr i varmeforsyningssystemet;
- HPP for kjøling av melk og samtidig oppvarming av vann til varmtvannsforsyning på melkebruk;
- HPI for varmegjenvinning fra teknologiske prosesser i primær oppvarming av tilluft.
Et bredt utvalg av varmepumpeutstyr masseproduseres, men varmepumper kan også produseres etter spesielle prosjekter. Det er eksperimentelle installasjoner, industrielle pilotprøver, samt mange teoretiske utviklinger.
Dersom anlegget ser for seg bruk av flere varmepumper, som skal konstrueres for å produsere både varme og kulde, vil effektiviteten av deres drift øke mange ganger dersom de kombineres til ett system. Dette er de såkalte ringvarmepumpesystemene (RHPS). Det er tilrådelig å bruke slike systemer på mellomstore og store anlegg.
Ring klimaanlegg
Grunnlaget for disse systemene er vann-luft HPUer, som utfører funksjonene til klimaanlegg i rom. I rommet der det er klimaanlegg (eller ved siden av det), er en varmepumpe installert, hvis kraft er valgt i samsvar med parametrene til rommet, formålet, egenskapene til den nødvendige tilluften avtrekksventilasjon, mulig antall personer til stede, utstyret som er installert i det og andre kriterier. Alle HPI-er er reversible, det vil si at de er designet for både kjøling og oppvarming av luft. Alle er forbundet med en felles vannkrets - rør der vannet sirkulerer. Vann er både en kilde og en kjøleribbe for alle HPP-er. Temperaturen i kretsen kan variere fra 18 til 320C. Varme utveksles mellom varmepumpene som varmer opp luften og de som kjøler den gjennom en vannkrets. Avhengig av egenskapene til lokalene, samt tid på året og tid på døgnet, kan forskjellige rom kreve enten oppvarming eller avkjøling av luften. Når HPP som produserer varme og kulde opererer samtidig i samme bygning, overføres varme fra rom der det er overskudd til rom hvor det ikke er nok av det. Dermed oppstår varmeveksling mellom sonene samlet til en enkelt ring.
I tillegg til HPI-er som utfører funksjonen til klimaanlegg, kan CTPS også inkludere HPI-er for andre formål. Dersom anlegget har tilstrekkelig varmebehov, kan spillvarme effektivt gjenvinnes gjennom et ringsystem ved bruk av HPP. For eksempel, i nærvær av en intens strøm av avløpsvann, er det fornuftig å installere en vann-til-vann HPP, som gjør at varmen fra utslippet kan gjenvinnes gjennom varmebehandlingssystemet. En slik varmepumpe vil kunne hente varme fra avløpsvann, overføre den gjennom en ringkrets, og deretter bruke den til å varme opp rom.
Luften som fjernes fra en bygning ved avtrekksventilasjon inneholder også en stor mengde varme. Dersom det ikke er store mengder urenheter i avtrekksluften som hindrer driften av HPI, er det mulig å utnytte varmen fra avtrekksluften ved å installere en luft-vann HPI. Gjennom KTNS kan denne varmen brukes av alle forbrukere i bygget, noe som er vanskelig å få til ved bruk av tradisjonelle regeneratorer og rekuperatorer. I tillegg kan resirkuleringsprosessen i dette tilfellet være mer effektiv, siden den ikke er avhengig av temperaturen på uteluften som tas inn av tilførselsventilasjonen, og av den innstilte oppvarmingstemperaturen til luften som pumpes inn i lokalene.
I tillegg, når reversible varmepumper fungerer på både avløps- og avtrekksventilasjon, kan de brukes til å fjerne overskuddsvarme fra vannkretsen i den varme årstiden, og dermed redusere nødvendig kjøletårneffekt.
I den varme årstiden, ved hjelp av varmepumper, utnyttes overskuddsvarme i vannkretsen gjennom forbrukere tilgjengelig på stedet. For eksempel kan en vann-til-vann HPP kobles til et ringsystem, og overfører overskuddsvarme til varmtvannsforsyningssystemet (DHW). På et sted med små varmtvannsbehov kan en slik varmepumpe være tilstrekkelig til å dekke dem fullt ut.
Hvis anlegget har ett eller flere svømmebassenger, for eksempel i helseinstitusjoner, fritidsboliger, underholdningskomplekser og hoteller, kan oppvarming av bassengvannet også oppnås ved hjelp av en vann-til-vann HPP som kobler det til KTNS.
Kombinasjon av ringsystemer med andre systemer
Ventilasjonssystemet i bygninger som bruker et ringvarmepumpesystem må utvikles under hensyntagen til særegenhetene ved driften av HPP som klimaanlegg. Det er obligatorisk å resirkulere luft i volumet som er nødvendig for stabil drift av disse HPP-ene, opprettholde en gitt temperatur i rommet og effektiv varmegjenvinning (unntak er de tilfellene der resirkulering er uønsket, for eksempel svømmehaller, lokale kjøkkenhetter). Det er noen andre funksjoner ved utvikling av ventilasjon med CTNS.
Men samtidig, ringsystem gir enklere ventilasjonssystemer enn andre luftkondisjoneringsmetoder. Varmepumper sørger for klimaanlegg direkte på stedet, i selve rommet, noe som eliminerer behovet for å transportere ferdig luft gjennom lange, isolerte luftkanaler, slik det for eksempel skjer med sentralt klimaanlegg.
Ringsystemet kan helt overta varmefunksjonene, men sambruk med varmeanlegg er ikke utelukket. I dette tilfellet brukes et mindre kraftig og teknisk enklere varmesystem. Et slikt bivalent system er mer egnet på nordlige breddegrader, hvor det trengs mer varme til oppvarming, og det må tilføres i flere fra en høypotensialkilde. Hvis en bygning har separate klimaanlegg og varmesystemer, forstyrrer disse systemene ofte bokstavelig talt hverandre, spesielt i overgangsperioder. Bruken av et ringsystem i forbindelse med et varmesystem gir ikke opphav til slike problemer, siden driften avhenger helt av den faktiske tilstanden til mikroklimaet i hver enkelt sone.
I virksomheter kan ringvarmepumpesystemer være involvert i oppvarming eller kjøling av vann eller luft for teknologiske formål, og disse prosessene vil inngå i balansen av den totale varmeforsyningen til virksomheten.
Når vi snakker om tradisjonelle varmesystemer, er det vanskelig å være enig med deres begrensede effektivitet. Varmen brukes delvis, spres raskt ut i atmosfæren (under oppvarming og ventilasjon), fjernes med avløpsvann (gjennom varmtvannsforsyning, teknologiske prosesser) og andre måter. Det er også bra om det, for å sikre en viss effektivitet, installeres luft-til-luft varmevekslere i ventilasjonssystemet, eller vann-til-vann-type for varmegjenvinning, for eksempel kjøleaggregater eller andre lokale varmegjenvinningsenheter. KTNS løser dette problemet omfattende, og gjør det i mange tilfeller mulig å effektivisere varmegjenvinningen.
Automatisert styring av ringsystemer
Til skuffelse for mange produsenter av dyre automasjonssystemer, krever ikke varmepumpesystemer sofistikerte automatiserte kontroller. All regulering her handler om å opprettholde en viss vanntemperatur i kretsen. For å forhindre at vannet avkjøles under den angitte grensen, er det nødvendig å slå på tilleggsvarmeren i tide. Motsatt, for ikke å overskride den øvre grensen, er det nødvendig å slå på kjøletårnet i tide. Automatisk kontroll av dette en enkel prosess kan implementeres ved hjelp av flere termostater. Siden vanntemperaturen i CTPS-kretsen kan variere over et ganske bredt område (vanligvis fra 18 til 320C), er det heller ikke nødvendig å bruke presise reguleringsventiler.
Når det gjelder prosessen med varmeoverføring fra varmepumpen til forbrukeren, styres den av automatisering innebygd i hver varmepumpe. For eksempel har HPI-er for klimaanlegg en temperatursensor (termostat) installert direkte i rommet. Denne konvensjonelle termostaten er ganske tilstrekkelig til å kontrollere driften av varmepumpen.
Varmepumpen gir fullt ut det nødvendige temperaturparametre inneluft, som gjør det mulig å eliminere behovet for reguleringsspjeld i ventilasjonsanlegget og reguleringsventiler i varmeanlegget (med bivalent anlegg). Alle disse omstendighetene bidrar til å redusere kostnadene og øke påliteligheten til tekniske systemer generelt.
Ved store anlegg, hvor ringsystemet inkluderer et stort antall varmepumper og hvor ulike typer varmepumper er installert (for klimaanlegg, varmegjenvinning og for å støtte teknologiske prosesser), er det ofte fornuftig å implementere flere komplekst system automatisert kontroll, som lar deg optimere driften av hele systemet.
Driften av et ringvarmepumpesystem påvirkes av følgende faktorer:
- for det første temperaturen på vannet i kretsen. Varmekonverteringskoeffisienten (COR) avhenger av den, det vil si forholdet mellom mengden varme som leveres til forbrukeren og mengden energi som forbrukes av varmepumpen;
- for det andre, utelufttemperaturen;
- for det tredje driftsparametrene til kjøletårnet. For samme mengde varme som fjernes under forskjellige forhold, kan det brukes forskjellige mengder energi som forbrukes av kjøletårnet. Dette avhenger i sin tur også av utetemperaturen, dens fuktighet, tilstedeværelsen av vind og andre forhold;
- for det fjerde fra antall ansatte i for øyeblikket i et varmepumpeanlegg. Det som betyr noe her er den totale kraften til HPI-ene som tar varme fra vannkretsen, sammenlignet med kraften til alle HPI-ene som slipper varme inn i kretsen, det vil si mengden varme som kommer inn i eller fjernes fra kretsen.
Bra for barna, bra for budsjettet
La oss gå videre til en beskrivelse av prosjekter som bruker ringvarmepumpesystemer.
Det første prosjektet er gjenoppbyggingen av en vanlig ungdomsskole sør i Russland. I fjor sommer administrasjonen Krasnodar-regionen implementert dette prosjektet i byen Ust-Labinsk (byskole nr. 2). Under gjenoppbyggingen ble de høyeste standardene opprettholdt for å sikre sanitære krav og et komfortabelt opphold for barn på skolen. Spesielt ble det installert et fullverdig klimasystem i bygningen som gir sone-for-sone kontroll over temperatur, friskluftstrøm og fuktighet.
Ved implementeringen av dette prosjektet ønsket ingeniører for det første å sikre riktig nivå av komfort og individuell kontroll i hver klasse. For det andre ble det antatt at ringanlegget ville redusere skoleoppvarmingskostnadene betydelig og løse problemet med lav vanntemperatur i varmesentralen på skoleplassen. Systemet består av mer enn femti varmepumper produsert av Climatemaster (USA) og et kjøletårn. Den mottar tilleggsvarme fra byvarmeverket. Klimasystemet er under automatisert kontroll og er i stand til uavhengig å opprettholde de mest komfortable og samtidig økonomiske driftsmodusene.
Drift av det beskrevne systemet i vintermånedene ga følgende resultater:
- før modernisering (før installasjon av varmepumper), var månedlige oppvarmingskostnader for 2500 m2 18 440 rubler;
- etter modernisering av bygningen økte det oppvarmede området til 3000 m2, og månedlige oppvarmingskostnader sank til 9800 rubler.
Dermed gjorde bruken av varmepumper det mulig å mer enn halvere kostnadene for oppvarming av bygningen, hvis oppvarmede areal økte med nesten 20%.
Autonom varme
Problemene med hyttebygging i Moskva-regionen i dag er knyttet til det faktum at infrastrukturen (elektriske nettverk, vannrør) ofte ikke lar nye bosetninger vokse. Eksisterende transformatorstasjoner kan ikke takle økte belastninger. Konstante avbrudd i strømforsyningen (ulykker på gamle transformatorstasjoner, brudd i nedslitte ledninger) tvinger forbrukere til å se etter måter å drive autonom strøm på.
I det beskrevne prosjektet ble ingeniørene stilt overfor oppgaven med å skaffe en flerroms, to-etasjers hytte med loft med varme og strøm. Det totale oppvarmede arealet til huset var 200 m2. Levert kommunikasjon inkluderer artesisk vann og elektrisitet.
Siden energieffektivitet var en topp prioritet, ble det besluttet å installere solcellepaneler. 3,5 kW solcellemoduler ble kjøpt inn og montert direkte på tomten bak huset. Ifølge ingeniørenes beregninger skulle dette vært nok til å lade opp batteriene, som igjen uavbrutt ville gi strøm til huset og varmesystemet. Den totale kostnaden for systemet var rundt 27 000 amerikanske dollar. Hvis vi tar i betraktning at det er skaffet en kilde til gratis strøm, og denne posten vil bli slettet fra familiebudsjettet, viser det seg at kostnaden for å installere et solcellepanel vil betale seg på mindre enn 10 år. Og tar vi med i betraktningen at vi i et annet tilfelle måtte ha bygget en nettstasjon eller levd med konstante strømbrudd, så kan kostnadene allerede anses som lønnsomme.
Til oppvarming ble det besluttet å bruke et jordvarmepumpeanlegg. En amerikansk vann-til-vann varmepumpe ble kjøpt inn. Denne typen varmepumpe produserer varmt vann, som kan brukes til varmtvannsforsyning og oppvarming ved hjelp av radiatorbatterier. Selve kretsen, som leverer lavgradig varme til varmepumpen, ble lagt direkte på arealet i tilknytning til hytta, i en dybde på 2 m. Kretsen er et polyetylenrør, 32 mm i diameter og 800 m lang varmepumpen, installasjon, levering av utstyr og komponenter koster 10.000 amerikanske dollar.
Etter å ha brukt rundt 40 000 amerikanske dollar på å organisere sitt eget autonome energisystem, ekskluderte eieren av hytta oppvarmingskostnadene fra budsjettet og sørget for pålitelig autonom oppvarming.
Mulighet for bruk av ringsystemer
Av ovenstående følger det at mulighetene for å bruke et ringvarmepumpesystem er uvanlig brede. De kan brukes på en lang rekke gjenstander. Dette er administrative og offentlige bygg, medisinske og helseinstitusjoner, fritidsboliger, underholdnings- og idrettsanlegg og ulike industribedrifter. Systemene er så fleksible at de kan brukes i en lang rekke tilfeller og i et veldig stort antall alternativer.
Når du utvikler et slikt system, er det først og fremst nødvendig å vurdere varme- og kuldebehovet til det utformede anlegget, studere alle mulige varmekilder inne i bygningen og alle foreslåtte varmemottakere, bestemme varmetilførsel og varmetap. De best egnede varmekildene kan brukes i et ringsystem dersom denne varmen er etterspurt. Den totale kapasiteten til avfallsvarmepumper bør ikke være unødvendig overdreven. Under visse forhold kan det mest lønnsomme alternativet være å installere HPP-er ved hjelp av ytre miljø som varmekilde og mottaker. Systemet må være balansert når det gjelder varme, men dette betyr ikke at den totale effekten til varmekilder og forbrukere må være lik de kan variere, siden deres forhold kan endres betydelig når driftsforholdene til systemet endres.
Hvordan motvirke farene ved brann i luftkanaler
Nylig har antallet branner og til og med eksplosjoner inne i luftkanalene til ventilasjons- og klimaanlegg økt kraftig. Selv om slike branner alltid har forekommet, har nylige endringer forårsaket mye større branner som involverer flere mennesker.
Analyse av lovende varmeforsyningssystemer
Denne rapporten undersøker problemstillinger knyttet til overgangen av sentraliserte varmesystemer til desentraliserte. Positiv og negative aspekter begge systemene. Resultatene av en sammenligning av disse systemene presenteres.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 varme fra luft og hydrogenkjølende 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 det endre seg termisk kraft installasjon hvis den fungerer i henhold til en intern reversibel Carnot-syklus ved samme temperaturforskjeller 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.
Den første bruken av et dampkompresjons-ammoniakkvarmepumpesystem for romoppvarming var i 1930. Siden den gang er det bygget et 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. |
Oppvarming av boligen med varmepumpe vil spare deg for energislaveri. Ved å velge dette varmesystemet vil du si farvel for alltid til både uforutsigbare verktøyarbeidere og glupske gassarbeidere. Det vil si at du bestemmer temperaturen i hjemmet ditt. Og ingen andre.
Enig: dette faktum alene gjør en varmepumpe for oppvarming av et hus til et svært lønnsomt kjøp. Ja, det er ikke billig. Men over tid vil alle kostnader lønne seg, og betalingen for verktøy eller gass for en autonom kjele vil bare øke. Men du kan lage en varmepumpe selv!
Og i denne artikkelen vil vi introdusere deg til hovedtypene varmepumper. Vi håper denne informasjonen vil hjelpe deg å velge (eller bygge) det optimale energisystemet for oppvarming av hjemmet ditt.
For det første er slike pumper svært økonomiske og effektive. Du "investerer" 0,2-0,3 kW elektrisitet som forbrukes for å drive kompressoren og motta 1 kW termisk energi. Det vil si at uten å ta hensyn til energien til luft, vann eller jord, er effektiviteten til varmepumpen fantastiske 300-500 prosent.
For det andre driver slike pumper faktisk en fri og evig energikilde - selve luften, vann eller jord. Dessuten er denne "kilden" distribuert overalt. Det vil si at oppvarming av et landsted med en varmepumpe kan implementeres hvor som helst - selv på ekvator, til og med utenfor polarsirkelen. Riktignok må du bruke en energikrevende kompressor for å komme nær en slik "kilde". Men på grunn av det er det urealistisk høy effektivitet alle energikostnader er femdoblet tilbake!
|
|
For det tredje er varmepumpen alltid individuell. Det vil si at du ikke betaler for overflødig energi. Ditt utstyr vil bli tilpasset dine spesifikke ønsker og driftsforhold.
Derfor er anmeldelser av varmepumper for oppvarming av et hjem enten gunstige eller veldig entusiastiske.
I tillegg varmer ikke pumpen bare. I den varme årstiden kan den også fungere som klimaanlegg og kjøle ned hjemmet med samme effektivitet.
Enig: alle de ovennevnte fordelene med en varmepumpe ser litt fantastiske ut. Spesielt effektiviteten er på nivået 300-500 prosent. Alle fordelene med termiske enheter er imidlertid ikke fiksjon, men en realitet som truer energiselskapene.
Hemmeligheten bak slik effektivitet ligger i det opprinnelige driftsprinsippet til pumpen, som i sammendrag, er som følger: mediet som sirkulerer gjennom rørene tar varme fra en kilde med lavt potensial (luft, jord, stein, vann) og slipper den ut på et punkt valgt av forbrukeren.
Det vil si at vi har et "omvendt" kjøleskap foran oss: det tar varme fra potensielle kilder ved hjelp av en fordamper og overfører energi til forbrukeren gjennom en kondensator.
Dessuten opererer både varmepumpen og kjøleskapet på et kjølemiddel - et stoff med svært lavt kokepunkt, som pumpes gjennom rør ved hjelp av en spesiell kompressor.
Detaljert arbeidsplan
Som et resultat, ved nærmere undersøkelse, ser driftsdiagrammet for termiske enheter slik ut:
- På en dybde på 5-6 meter i bakken er det installert en syklisk rørledning med kjølevæske, som en spesiell radiator er bygget inn i - en fordamper. Dessuten ble denne dybden ikke valgt ved en tilfeldighet - på dette nivået forblir temperaturen over null når som helst på året.
- En andre rørledning fylt med kjølemiddel er koblet til fordamperen. Under høyt trykk koker kjølemediet selv ved én grad celsius. Dessuten er fordampningsprosessen, som kjent fra et skolefysikkkurs, ledsaget av absorpsjon av energi hentet fra kjølevæsken som sirkulerer i jorda.
- Kjølemiddeldamp pumpes ut av rørledningen av en kompressor, som ikke bare transporterer dette mediet gjennom armaturene, men også genererer enda større trykk, noe som forårsaker ytterligere oppvarming av kjølemediet.
- Deretter pumpes den overopphetede kjølemiddeldampen (av samme kompressor) inn i kondensatoren, hvor aggregeringstilstanden til stoffet omdannes (dampen blir til væske). Og de samme grunnleggende for termodynamikk hevder at når et gassformig medium kondenserer, frigjøres energi.
- Den frigjorte varmen som genereres i kondensatoren absorberes av den tredje rørledningen - hjemmets varmesystem. Det vil si at kondensatoren fungerer som en gass- eller elektrisk kjele. Vel, kjølemediet, som har gått tilbake til flytende tilstand, går tilbake til fordamperen og passerer gjennom kontrollgasspaken.
Varmepumper for oppvarming av hjemmet: typiske varianter
Den mest praktiske måten å klassifisere varmepumper på innebærer å dele slike enheter i henhold til typen miljø som primærkretsen er installert i, som leverer varme til fordamperen.
Og i henhold til denne klassifiseringsmetoden er varmepumper delt inn i følgende typer:
- Geotermiske enheter (jord-vann).
- Hydrotermiske pumper (vann-til-vann).
- Aerotermiske installasjoner (luft-vann).
Dessuten bruker alle typer varmepumper et generelt driftsprinsipp, men "habitat"-miljøet til primærkretsen setter sitt preg på både driften og utformingen av enheten. Derfor vil vi lenger i teksten vurdere nyansene i arrangementet til hver type varmepumpe.
Grunn-til-vann installasjon
Jord-til-vann varmepumpe
Den primære kretsen til den geotermiske pumpen er nedgravd i bakken til et nivå på 5-6 meter. Dessuten praktiseres slik installasjon når du installerer systemer med en horisontal varmeveksler. Og når det gjelder installasjon av en vertikal primærkrets, praktiseres også 150 meters dyp i en spesiell brønn.
I dette tilfellet er minimumsmengden av arbeid typisk for den vertikale plasseringen av primærkretsen. For med horisontal plassering er det nødvendig å fordele varmevekslerrørene over et for stort område (50 kvadratmeter for hver 1000 watt varmepumpeeffekt).
Vel, som kjølevæske bruker en geotermisk varmepumpe en helt ufarlig saltløsning som ikke fryser selv ved minusgrader.
Vann-til-vann pumpe
Den primære kretsen til en hydrotermisk pumpe kan installeres i et naturlig eller kunstig reservoar, en vanlig eller avfallsbrønn, en elv eller en menneskeskapt kanal.
Vann-til-vann varmepumpe
Dessuten er fordamperen og kjølevæskerøret nedsenket i vann med minst 1,5-2 meter. Tross alt kan overflatelagene fryse, og skade både funksjonaliteten og integriteten til varmepumpeelementene.
Kort sagt, du må velge "riktig" reservoar for en geotermisk pumpe. Men installasjonen av selve primærkretsen er ganske enkel - et polymerrør med samme saltvannsløsning "senkes" i ønsket dybde ved hjelp av spesielle søkke.
Og denne metoden for å plassere primærkretsen gjør arrangementet av en vann-til-vann-pumpestasjon til en ekstremt enkel og arbeidskrevende operasjon. Derfor, hvis det er en passende vannmasse i nærheten, da det beste alternativet Varmepumpen vil være en hydrotermisk enhet.
Luft-vann enhet
I hovedsak er dette det samme klimaanlegget, om enn i mange større størrelser. Den primære kretsen med fordamperen er plassert "i luften", utenfor hjemmet, i et spesielt hus.
Dessuten, for å sikre driften av pumpen om vinteren, kombineres dette huset veldig ofte med avtrekkskanalen til husets ventilasjonssystem.
Kort sagt, hovedfordelen med dette systemet er dets enkle installasjon, men effektiviteten til luft-vannpumper er svært tvilsom. Vel, på våre breddegrader kan de rett og slett ikke konkurrere med geotermiske eller hydrotermiske installasjoner.
DIY varmepumpe: er det mulig?
Selvfølgelig ja! Men effektiviteten til et slikt system vil være praktisk talt uforutsigbar. Tross alt er "fabrikk" enheter ikke bare tre kompressorer og samme antall rørledninger som kjølevæske og kjølemiddel sirkulerer gjennom. Hjertet til en slik varmepumpe er kontrollenheten, som koordinerer driften av den første, andre og tredje kretsen i hele systemet. Og å lage en slik kontrollenhet "på egen hånd" er nesten umulig.
Vel, den tekniske delen av pumpen implementeres veldig enkelt:
- I stedet for en kompressor kan du bruke et klimaanlegg.
- Primærkretsen er satt sammen av polyetylenrør og fyll med en konsentrert løsning av bordsalt.
- Fordamperen er en metalltank laget av rustfritt stål (den kan fjernes fra en gammel vaskemaskin), hvor en saltvannsløsning frigjøres, som overfører varme til kobberspiralen til sekundærkretsen, montert i indre del denne tanken.
- Kondensatoren er nøyaktig den samme tanken, kun laget av plast, hvor den nøyaktig samme kobberspiralen er montert. Dessuten pumper kompressoren kjølemiddel mellom den nedre og øvre spolen.
- Vel, den tredje kretsen - varmesystemet - er koblet til en polymerkondensator.
Som du kan se: alt er veldig enkelt. Men effektiviteten til et slikt system kan være både overdreven og klart utilstrekkelig.
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 i forskjellige land og avhenger av klimatiske og geografiske trekk, nivået på økonomisk utvikling, drivstoff- og energibalansen, forholdet mellom priser for hovedtypene drivstoff og elektrisitet, tradisjonelt brukte varme- og kraftforsyningssystemer osv. Under lignende forhold, tatt i betraktning tilstanden til den russiske økonomien, bør utenlandsk erfaring betraktes som en reell utviklingsvei i fremtiden.
En særegenhet ved varmeforsyning i Russland, i motsetning til de fleste land i verden, er den utbredte bruken av sentraliserte varmeforsyningssystemer 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 HP utføres som regel på grunnlag av kjølemaskinene som er nærmest i parametere, noe som ikke alltid fører til optimale egenskaper til HP;
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 industri, brukes HP-er i et kjøpesenter (Sukhumi) for varme- og kuldeforsyning, i en boligbygning (landsbyen Bucuria, Moldova), i Druzhba-pensjonatet (Yalta), et klimatologisk sykehus (Gagra), og feriestedet i 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 tilførsel av varme 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 VNIIkholodmash har utviklet en rekke dampkompresjonsvarmepumper med en varmekapasitet fra 1 7 kW til 11,5 MW i tolv standard vann-til-vann-størrelser. Også sjøvann som kilde til lavtemperaturvarme til varmepumper med en 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 varmeforsyning til individuelle bygninger, byområder og befolkede områder, brukes hovedsakelig dampkompresjonsvarmepumper med en termisk effekt på 10 - 30 kW per utstyrsenhet i en enkelt bygning og opptil 5 MW i distrikter og befolkede områder .
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 termiske effekten av årlig produksjon var 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 primærbehandling av melk og varmeforsyning av 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 produksjonslokaler.
Bruk av desentraliserte varmeforsyningssystemer basert på varmepumpeenheter i områder der det ikke er varmenett, eller i nye boligområder, gjør at man unngår mange teknologiske, økonomiske og miljømessige ulemper ved sentraliserte varmeforsyningssystemer. Bare regionale kjelehus som kjører 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 en kilde til lavgradig varme for en 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 ut 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 effekten 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 typisk for mange industribedrifter. Ventilasjonsavtrekkgjør det mulig å forvarme uteluften som kommer inn i verkstedet til 8 0 C. Temperaturen på nettvannet oppvarmet i varmepumpeinstallasjonen, nødvendig for oppvarming av varmeluften, overstiger ikke 70 0 C. Under disse forhold, kan varmepumpeinstallasjonen operere med tilstrekkelig høy koeffisienttransformasjoner.
Mange industribedrifter trenger kunstig kulde samtidig. 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 videregående skole №1 | Grunnvann 24 °C | 2 pumper NKT-300 | ||
| Gornoaltaisk, Sentralstyringssystem, 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 (People's Windows), vannkjøling for ekstrudere | Prosessvann 16 °C | 1 pumpe NT-500 | ||
| Kasakhstan, Ust-Kamenogorsk, Kaz Zinc JSC, oppvarming av matevann 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 Bolshie Orly, Borsky-distriktet, Nizhny Novgorod-regionen, 1998.
TN-45, Q = 45 kW, oppvarming av et kompleks av administrative bygninger, lager og en 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 av 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 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 Avtozavodsky-distriktet, Nizhny Novgorod 1999. Eier - Institutt for utdanning i 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. Oppvarmingsapparater- viftekonvektorer og gulvvarmer. Solfangere gir varmtvannsforsyning om sommeren pumpes overskytende solvarme ned i bakken for å akselerere gjenopprettingen av temperaturregimet.
I 2004 OJSC "Insolar-Invest" en eksperimentell automatisert varmepumpeenhet (ATNU) beregnet for oppvarming ble satt i drift vann fra springen foran kjelene til distriktets termiske stasjon i Zelenograd, bord. 8.2.
Ubehandlet husholdningsavløpsvann akkumulert i mottakstanken til hovedavløpspumpestasjonen (MSPS) brukes som en lavpotensial varmekilde. ATNU er ment å teste teknologien for resirkulering av varmen fra ubehandlet avløpsvann, bestemme innvirkningen av installasjonen på driftsparametrene til en termisk stasjon, teste 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 av lavgradig varmeoppsamlingssystem (LHS);
Varmeveksler;
Trykk avløpsrørledninger;
En gruppe fekale forsyningspumper i Statens utvalg for vannforsyning.
Ubehandlet avløpsvann, med en temperatur på 20 0 C, fra mottakstanken tilføres av Flygt fekale pumper til en varmeveksler-gjenvinning, hvor det overfører varme til den mellomliggende kjølevæsken (vann), kjøling til en temperatur på 15,4 0 C, og går deretter tilbake til tanken. 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 besparelser. 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 en varmepumpe for hvert basseng.
HP "vann - luft", kjøleluft inn kjøkkenområder, som serverer restauranter, barer, kafeer og personalkantiner. Det er alltid en stor varmeavgivelse 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 vannet til de administrative 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 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 utenfra.
Ved lavere utetemperaturer 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, i Russland er denne tilnærmingen fortsatt hemmet av høye kostnader på designstadiet og mangelen på økonomiske tiltak for å stimulere energibesparende og miljøvennlige løsninger. Ringvarmepumpeanlegg kan også bruke andre lavgradige varmekilder. På mange steder: store vaskerier, bedrifter som bruker vann i teknologiske prosesser, er det en betydelig avløpsvannstrøm tilstrekkelig 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 er, desto mer varme, som kan brukes om nødvendig, er systemet i stand til å 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 ved anlegget, og med små krav til varmtvann, kan ringsystemet fullt ut tilfredsstille disse behovene.
Ringvarmepumpesystemet kan utelukkende brukes til klimaanlegg i rom hvor det kun er et slikt behov. Men ringklimaanlegg er spesielt effektive 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 kun 30 - 40 %, så med varmepumper øker virkningsgraden flere ganger.
Spesielt i det beskrevne hotellet - underholdningssenter Følgende resultater ble oppnådd.
Kapitalkostnadene for kjøp og installasjon av utstyr er redusert med 13 - 15 % sammenlignet med chiller-fan coil-systemet. Forenklet system ingeniørkommunikasjon sammenlignet med et sentralt klimaanlegg. Et komfortabelt mikroklima er skapt i lokalene: trykk, fuktighet og lufttemperatur oppfyller hygieniske krav. Totale kostnader til oppvarming og varmtvannsforsyning reduseres med over 50 % sammenlignet med sentralvarme.
Et ringvarmepumpesystem krever ikke komplekse og kostbare styrings- 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 total 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 varmekjøkken, vaskerom, tekniske rom, kjøleaggregater 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 avhending der varme frigjøres ganske jevnt og over lang tid. Ryddig og nøyaktige beregninger vil sikre stabil og lønnsom 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 når du designer det beste alternativet og legge ned 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. På nordlige breddegrader kreves det for mye energi for å varme opp anlegget, mye høyverdig varme som vil måtte tilføres systemet. Derfor vil det være nødvendig å installere et bivalent system, en HP i kombinasjon med et varmesystem. I tempererte klimaer på middels breddegrader anbefales det 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 markedsvekst. I området tekniske egenskaper Det 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.