ปั๊มความร้อน: ทุกสิ่งที่คุณจำเป็นต้องรู้เกี่ยวกับอุปกรณ์นี้ การติดตั้งปั๊มความร้อน

วิทยาศาสตรดุษฎีบัณฑิต วศ.บ. Belyaev หัวหน้านักออกแบบของ OMKB Horizon
ดี.ที.เอส. เช่น. โกซอย รองหัวหน้าผู้ออกแบบหน่วยกังหันก๊าซอุตสาหกรรม
หัวหน้าผู้ออกแบบโครงการ,
ปริญญาเอก ยูเอ็น Sokolov หัวหน้าภาคส่วนปั๊มความร้อน OMKB Horizon
FSUE MMPP ซาลุต มอสโก

การใช้หน่วยปั๊มความร้อน (HPU) สำหรับพลังงาน อุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัย และบริการชุมชนเป็นหนึ่งในพื้นที่ที่มีแนวโน้มมากที่สุดของเทคโนโลยีประหยัดพลังงานและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม

การวิเคราะห์อย่างจริงจังของรัฐและโอกาสในการพัฒนางานในพื้นที่นี้เกิดขึ้นในการประชุมหัวข้อย่อย "ความร้อนและความร้อนของเขต" ของ NTS ของ RAO "UES of Russia" เมื่อวันที่ 15 กันยายน 2547

ความจำเป็นในการสร้างและใช้งาน HPP รุ่นใหม่มีความเกี่ยวข้องกับ:

♦ งานในมือจำนวนมากของสหพันธรัฐรัสเซียและกลุ่มประเทศ CIS ในด้านการใช้งาน HPI ในทางปฏิบัติ ความต้องการที่เพิ่มมากขึ้นของเมืองใหญ่ การตั้งถิ่นฐานที่ห่างไกล อุตสาหกรรมและที่อยู่อาศัย และบริการชุมชนในการพัฒนาและการใช้ความร้อนราคาถูกและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อม พลังงาน (TE);

♦ การมีอยู่ของแหล่งความร้อนที่มีศักยภาพต่ำ (น้ำบาดาล แม่น้ำ และทะเลสาบ การปล่อยความร้อนจากองค์กร อาคารและโครงสร้าง)

♦ ข้อจำกัดการใช้ก๊าซธรรมชาติ (GHG) ที่เพิ่มขึ้นอย่างต่อเนื่องสำหรับการติดตั้งที่สร้างความร้อน

♦ โอกาสในการใช้เทคโนโลยีการแปลงแบบก้าวหน้าที่สะสมอยู่ในการสร้างเครื่องยนต์อากาศยาน

ในเงื่อนไขของความสัมพันธ์ทางการตลาด ตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจที่สำคัญที่สุดของประสิทธิภาพของโรงไฟฟ้าคือต้นทุนและความสามารถในการทำกำไรของพลังงานที่ผลิตได้ (โดยคำนึงถึงข้อกำหนดด้านสิ่งแวดล้อม) และด้วยเหตุนี้ การลดระยะเวลาคืนทุนของ โรงไฟฟ้า.

เกณฑ์หลักในการปฏิบัติตามข้อกำหนดเหล่านี้ ได้แก่

♦ บรรลุปัจจัยการใช้เชื้อเพลิงสูงสุด (FUFR) ในโรงไฟฟ้า (อัตราส่วนของพลังงานที่มีประโยชน์ต่อพลังงานเชื้อเพลิง);

♦ การลดต้นทุนทุนและเงื่อนไขการก่อสร้างโรงไฟฟ้าสูงสุดที่เป็นไปได้

เกณฑ์ข้างต้นถูกนำมาพิจารณาเมื่อใช้งาน HPP รุ่นใหม่

ครั้งแรกสำหรับ นำไปปฏิบัติได้จริงสำหรับ HPP ขนาดใหญ่ ขอเสนอให้ใช้ไอน้ำ (R718) เป็นสารทำงาน แนวคิดในการใช้ไอน้ำสำหรับ HPP ไม่ใช่เรื่องใหม่ (นอกจากนี้ W. Thomson ยังเคยใช้เมื่อแสดงให้เห็นถึงประสิทธิภาพของเครื่องจักรจริงเครื่องแรกในปี 1852 - ed.) อย่างไรก็ตาม เนื่องจากไอน้ำมีปริมาตรจำเพาะที่มีนัยสำคัญที่อุณหภูมิต่ำ (เมื่อเทียบกับสารทำความเย็นแบบเดิม) จึงยังไม่มีการสร้างเครื่องอัดไอน้ำสำหรับใช้ในการอัด HPPs

ข้อได้เปรียบหลักของการใช้ไอน้ำเป็นสารทำงานสำหรับ HPP เมื่อเปรียบเทียบกับสารทำความเย็นแบบเดิม (ฟรีออน บิวเทน โพรเพน แอมโมเนีย ฯลฯ) ได้แก่

1. ความสะอาดของระบบนิเวศ ความปลอดภัย และความสะดวกในการบำรุงรักษาเทคโนโลยี ความพร้อมใช้งาน และ ราคาถูกร่างกายทำงาน

2. คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์สูงเนื่องจากองค์ประกอบ HPP ที่แพงที่สุด (คอนเดนเซอร์และเครื่องระเหย) มีขนาดกะทัดรัดและราคาถูก

3. อุณหภูมิน้ำหล่อเย็นที่สูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญต่อผู้บริโภค (สูงถึง 100 °C ขึ้นไป) เทียบกับ 70-80 °C สำหรับฟรีออน

4. ความเป็นไปได้ของการใช้รูปแบบน้ำตกเพื่อเพิ่มอุณหภูมิจากแหล่งที่มีศักยภาพต่ำไปยังผู้ใช้ความร้อน (ตามวงจร Lorentz) ด้วยการเพิ่มปัจจัยการแปลงใน HPI (kHPU) เมื่อเทียบกับแบบดั้งเดิม 1.5-2 ครั้ง;

5. ความเป็นไปได้ในการผลิตน้ำบริสุทธิ์ทางเคมี (กลั่น) ใน HPP;

6. ความเป็นไปได้ของการใช้คอมเพรสเซอร์และคอนเดนเซอร์ HPP สำหรับ:

♦ การดูดไอน้ำจากทางออกของเทอร์ไบน์เทอร์ไบน์ด้วยการถ่ายเทความร้อนเหลือทิ้งไปยังผู้ใช้ความร้อน ซึ่งยังนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของสุญญากาศที่ทางออกของเทอร์ไบน์ การเพิ่มขึ้นของพลังงานที่สร้างขึ้น และการบริโภคที่ลดลง น้ำหมุนเวียน, ค่าใช้จ่ายในการสูบน้ำและการปล่อยความร้อนสู่ชั้นบรรยากาศ;

♦ การดูดไอน้ำ (ของเสีย) เกรดต่ำจากการติดตั้งเทคโนโลยีพลังงาน

กระทะสำหรับการผลิตสารเคมี การทำให้แห้ง ฯลฯ ด้วยการถ่ายเทความร้อนเหลือทิ้งไปยังผู้ใช้ความร้อน

♦ การสร้างอีเจ็คเตอร์ที่มีประสิทธิภาพสูงสำหรับคอนเดนเซอร์กังหันไอน้ำ การดูดของผสมหลายองค์ประกอบ ฯลฯ

แผนผังของการทำงานของ HPI กับไอน้ำและคุณสมบัติการออกแบบ

ในรูป 1 แสดงแผนผังการทำงานของ HPI เมื่อใช้ไอน้ำ (R718) เป็นสารทำงาน

คุณสมบัติของรูปแบบที่เสนอคือความเป็นไปได้ในการจัดการเลือกความร้อนจากแหล่งอุณหภูมิต่ำในเครื่องระเหยเนื่องจากการระเหยโดยตรงของส่วนหนึ่งของน้ำที่จ่ายไป (ไม่มีพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อน) รวมถึงความเป็นไปได้ ของการถ่ายเทความร้อนไปยังเครือข่ายความร้อนในคอนเดนเซอร์ HPI ทั้งแบบมีและไม่มีพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อน (ชนิดผสม ) ทางเลือกของประเภทของการก่อสร้างถูกกำหนดโดยการเชื่อมโยงของ HPI กับแหล่งเฉพาะของแหล่งที่มีศักยภาพต่ำและความต้องการของผู้ใช้ความร้อนสำหรับการใช้สารหล่อเย็นที่จัดหาให้

สำหรับการใช้งานจริงของ HPI ขนาดใหญ่เกี่ยวกับไอน้ำ ขอแนะนำให้ใช้เครื่องอัดอากาศตามแนวแกนของเครื่องบินที่มีจำหน่ายทั่วไป AL-21 ซึ่งมีดังต่อไปนี้ คุณสมบัติที่สำคัญเมื่อใช้ไอน้ำ:

♦ ผลผลิตเชิงปริมาตรขนาดใหญ่ (สูงถึง 210,000 m3/h) ด้วยความเร็วโรเตอร์ของคอมเพรสเซอร์ประมาณ 8,000 รอบต่อนาที

♦มี 10 ขั้นตอนที่ปรับได้เพื่อให้แน่ใจว่า งานที่มีประสิทธิภาพคอมเพรสเซอร์ในโหมดต่างๆ

♦ ความสามารถในการฉีดน้ำเข้าไปในคอมเพรสเซอร์เพื่อเพิ่มประสิทธิภาพ รวมถึงการลดการใช้พลังงาน

นอกจากนี้ เพื่อเพิ่มความน่าเชื่อถือของการดำเนินงานและลดต้นทุนการดำเนินงาน จึงมีการตัดสินใจเปลี่ยนตลับลูกปืนเม็ดกลมเป็นตลับลูกปืนธรรมดาโดยใช้แทนตลับลูกปืนแบบเดิม ระบบน้ำมันระบบหล่อลื่นและระบายความร้อนด้วยน้ำ

เพื่อศึกษาลักษณะเฉพาะของแก๊สไดนามิกของคอมเพรสเซอร์เมื่อทำงานกับไอน้ำในช่วงกว้างของพารามิเตอร์ที่กำหนด พัฒนาองค์ประกอบโครงสร้าง และเพื่อแสดงความน่าเชื่อถือของคอมเพรสเซอร์ภายใต้สภาวะการทดสอบภาคสนาม ม้านั่งทดสอบขนาดใหญ่ (แบบปิด เส้นผ่านศูนย์กลางของท่อส่ง 800 มม. ยาวประมาณ 50 ม.)

จากผลการทดสอบได้ผลลัพธ์ที่สำคัญดังต่อไปนี้:

♦ ความเป็นไปได้ของการทำงานที่มีประสิทธิภาพและเสถียรของคอมเพรสเซอร์บนไอน้ำที่ n=8000-8800 รอบต่อนาที โดยมีปริมาณการไหลของไอน้ำสูงถึง 210,000 m3/h ได้รับการยืนยัน

♦ ความเป็นไปได้ของการบรรลุสุญญากาศลึกที่ทางเข้าของคอมเพรสเซอร์ (0.008 ata) ได้แสดงให้เห็น;

♦ อัตราการบีบอัดที่ได้จากการทดลองในคอมเพรสเซอร์ πκ=5 เกิน 1.5 เท่าของค่าที่ต้องการสำหรับ HPI ที่มีอัตราส่วนการแปลง 7-8

♦ ออกกำลัง โครงสร้างแข็งแรงแบริ่งธรรมดาของคอมเพรสเซอร์บนน้ำ

ขึ้นอยู่กับสภาพการทำงานของ HPI มีการจัดวาง 2 ประเภท: แนวตั้ง (HPU ในหน่วยเดียว) และแนวนอน

สำหรับการปรับเปลี่ยนเลย์เอาต์แนวตั้งที่เสนอของ HPI หลายครั้ง สามารถเปลี่ยนคอนเดนเซอร์แบบท่อเป็นคอนเดนเซอร์ประเภทสเปรย์ได้ ในกรณีนี้ คอนเดนเสทของของไหลทำงานของ HPI จะผสมกับน้ำหล่อเย็น (น้ำ) ให้กับผู้บริโภค ในขณะเดียวกันต้นทุนของ HPP จะลดลงประมาณ 20%

ต่อไปนี้สามารถใช้เป็นไดรฟ์คอมเพรสเซอร์ HPP:

♦ ไดรฟ์เทอร์โบในตัวที่มีกำลังไฟสูงถึง 2 MW (สำหรับ HPP ที่มีความจุสูงถึง 15 MW);

♦ ไดรฟ์เทอร์โบความเร็วสูงระยะไกล (สำหรับ HPP ที่มีความจุสูงถึง 30 MW);

♦ เครื่องยนต์กังหันก๊าซที่ใช้เซลล์เชื้อเพลิงจากเอาต์พุต

♦ไดรฟ์ไฟฟ้า.

ในตาราง. 1 แสดงคุณสมบัติของ HPP บนไอน้ำ (R718) และฟรีออน 142

เมื่อใช้เป็นแหล่งความร้อนระดับต่ำที่มีอุณหภูมิ 5-25 °C ด้วยเหตุผลทางเทคนิคและทางเศรษฐศาสตร์ Freon 142 ได้รับเลือกให้เป็นของเหลวในการทำงานของ HPP

การวิเคราะห์เปรียบเทียบแสดงให้เห็นว่าสำหรับ HPI ที่ใช้ไอน้ำ ต้นทุนทุนจะอยู่ระหว่างน้ำหล่อเย็นและสารทำงาน (ฟรีออน)

ช่วงอุณหภูมิของแหล่งกำเนิดที่มีศักยภาพต่ำ:

♦ 25-40 OS - ต่ำกว่า HPI ในประเทศแบบดั้งเดิม 1.3-2 เท่าบนฟรีออนและต่ำกว่า HPP ต่างประเทศ 2-3 เท่า

♦ 40-55 OS - ต่ำกว่า HPI ในประเทศแบบเดิม 2-2.5 เท่าบน freon และต่ำกว่า HPP ต่างประเทศ 2.5-4 เท่า

ตารางที่ 1. ลักษณะของ HPI ต่อไอน้ำและฟรีออน

*- เมื่อทำงานกับฟรีออน เครื่องระเหยและคอนเดนเซอร์ของ HPP ทำด้วยพื้นผิวแลกเปลี่ยนความร้อน

**-T - ไดรฟ์เทอร์โบ; G- กังหันก๊าซ (ลูกสูบแก๊ส); E - ไดรฟ์ไฟฟ้า

ในการทำงานภายใต้เงื่อนไขการทำงานจริงของ HPP ที่ CHP ความเป็นไปได้ของการถ่ายเทความร้อนเหลือทิ้งจาก กังหันไอน้ำด้วยปัจจัยการแปลง HPI เท่ากับ 5-6 ในการนำเสนอและแสดงในรูปที่ 2 ค่าสัมประสิทธิ์การแปลง HPI จะสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเนื่องจากการยกเว้นของเครื่องระเหย HPI และด้วยเหตุนี้จึงไม่มีความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างแหล่งกำเนิดอุณหภูมิต่ำและไอน้ำทำงานที่ทางเข้าของคอมเพรสเซอร์

ในปัจจุบัน การสร้างโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่มีประสิทธิภาพสูงและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมโดยใช้ HPP ถือเป็นงานเร่งด่วนอย่างยิ่ง

ผลลัพธ์ของการแนะนำ HPS ได้อธิบายไว้ใน หลากหลายชนิดสำหรับความต้องการของระบบจ่ายความร้อน สถานประกอบการอุตสาหกรรม และที่อยู่อาศัยและบริการชุมชน

จากการทดสอบจริงของ HPI ที่ CHPP-28 ของ OAO Mosenergo 2 รูปแบบเฉพาะสำหรับการถ่ายเทความร้อนเหลือทิ้งไปยังหอทำความเย็นด้วยความช่วยเหลือของ HPI ไปยังเครือข่ายการทำความร้อน น้ำเครือข่าย).

วิธีสร้างปั๊มความร้อนอัดประสิทธิภาพสูงบนไอน้ำเมื่อใช้เป็นแหล่งความร้อนคุณภาพต่ำในช่วงอุณหภูมิตั้งแต่ 30 ถึง 65 °C ด้วยเครื่องขับกังหันก๊าซของคอมเพรสเซอร์และการใช้ความร้อนของก๊าซไอเสียจาก วิเคราะห์กังหันก๊าซ ผลการศึกษาความเป็นไปได้แสดงให้เห็นว่าค่าใช้จ่ายของความร้อนที่เกิดจาก HPP สามารถลดลงได้หลายเท่า (และ KIT สูงกว่าหลายเท่า) เมื่อเทียบกับการสร้างความร้อนแบบเดิมที่ CHPP

ในการวิเคราะห์ประสิทธิผลของการใช้ปั๊มความร้อนในระบบจ่ายน้ำร้อนแบบรวมศูนย์ (DHW) แสดงให้เห็นว่าประสิทธิภาพนี้ขึ้นอยู่กับอัตราค่าไฟฟ้าในปัจจุบันสำหรับผู้ให้บริการพลังงานและอุณหภูมิของความร้อนเกรดต่ำที่ใช้อย่างมาก ดังนั้นปัญหาการใช้ HPI จะต้องได้รับการพิจารณาอย่างรอบคอบโดยคำนึงถึงเงื่อนไขเฉพาะทั้งหมด

HPP เป็นแหล่งน้ำร้อนทางเลือกสำหรับผู้บริโภค เครื่องทำความร้อนอำเภอใน หน้าร้อน

ในบทความนี้ จากประสบการณ์ที่สั่งสมมา ความเป็นไปได้และตัวชี้วัดทางเทคนิคและเศรษฐกิจในเชิงลึกมากขึ้น เมื่อเทียบกับการใช้ปั๊มความร้อนสำหรับการจ่ายน้ำร้อน โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การกำจัดความร้อนเกือบ 100% จาก CHPP แบบดั้งเดิมสำหรับวัตถุประสงค์เหล่านี้ ในช่วงระยะเวลาการให้ความร้อนจะถูกวิเคราะห์

ตัวอย่างเช่น ความเป็นไปได้ของการนำแนวทางดังกล่าวไปใช้ในภูมิภาคมอสโกที่ใหญ่ที่สุดของสหพันธรัฐรัสเซียนั้นพิจารณาเมื่อใช้แหล่งความร้อนเหลือทิ้งสองแหล่ง:

♦ ความร้อนจากแหล่งน้ำธรรมชาติ: แม่น้ำมอสโก ทะเลสาบ อ่างเก็บน้ำและอื่น ๆ ที่มีอุณหภูมิเฉลี่ยประมาณ 10 °C;

♦ สูญเสียความร้อนจากน้ำเสียและแหล่งอื่นๆ

♦ สูญเสียความร้อนไปยังหอหล่อเย็น (จากทางออกของกังหันไอน้ำ CHP ในช่วงระยะเวลาการให้ความร้อนในโหมดการระบายอากาศที่มีอุณหภูมิไอน้ำที่ทางออก 30-35 °C) มูลค่ารวมของความร้อนนี้อยู่ที่ประมาณ 2.5 พันเมกะวัตต์

ขณะนี้ใน ความต้องการ DHWภูมิภาคมอสโกใช้ความร้อนประมาณ 5,000 เมกะวัตต์ (ประมาณ 0.5 กิโลวัตต์ต่อ 1 คน) ปริมาณความร้อนหลักสำหรับการจ่ายน้ำร้อนมาจาก CHPP ผ่านระบบทำความร้อนแบบอำเภอและดำเนินการที่สถานีทำความร้อนกลางของเครือข่ายทำความร้อนในเมืองมอสโก การให้ความร้อนของน้ำสำหรับการจ่ายน้ำร้อน (ตั้งแต่ ~ 10 ° C ถึง 60 ° C) จะดำเนินการตามกฎใน 2 ตัวแลกเปลี่ยนความร้อน 7 และ 8 ที่เชื่อมต่อแบบอนุกรม (รูปที่ 3) อันดับแรกจากความร้อนของน้ำในเครือข่ายใน ความร้อนกลับหลักแล้วจากความร้อนของน้ำเครือข่ายในหลักความร้อนโดยตรง ในเวลาเดียวกัน ใช้ SG ประมาณ 650-680 tce/ชม. สำหรับความต้องการน้ำร้อน

การดำเนินการตามโครงการขยาย (ซับซ้อน) การใช้แหล่งความร้อนเหลือทิ้งข้างต้นสำหรับการจ่ายน้ำร้อนโดยใช้ระบบ HPP สองตัว (บนฟรีออนและไอน้ำ, รูปที่ 4) ช่วยให้สามารถชดเชยได้เกือบ 100% ประมาณ 5 พัน MW ของความร้อนในช่วงระยะเวลาการให้ความร้อน (ตามลำดับ เพื่อประหยัด GHG จำนวนมาก ให้ลดการปล่อยความร้อนและมลพิษสู่ชั้นบรรยากาศ)

โดยธรรมชาติเมื่อมี CHPP ที่มีอยู่ในช่วงเวลาที่ไม่ให้ความร้อน ไม่แนะนำให้ถ่ายเทความร้อนด้วยความช่วยเหลือของ HPIs เนื่องจาก CHPPs เนื่องจากไม่มีภาระความร้อนจึงถูกบังคับให้เปลี่ยนไปใช้โหมดควบแน่นของ การทำงานโดยปล่อยไปยังคูลลิ่งทาวเวอร์ จำนวนมากความร้อนของเชื้อเพลิงที่เผาไหม้ (มากถึง 50%)

หน่วยปั๊มความร้อน HPU-1 พร้อมสื่อการทำงานแบบฟรีออน (R142) สามารถให้ความร้อนกับน้ำได้ตั้งแต่ ~10 °C ที่ทางเข้าไปยังเครื่องระเหย 10 ถึง ~35 °C ที่ทางออก โดยใช้น้ำที่มีอุณหภูมิประมาณ 10 ° C เป็นแหล่งธรรมชาติอุณหภูมิต่ำที่มี kHP ประมาณ 5.5 เมื่อใช้เป็นแหล่งน้ำเสียที่มีอุณหภูมิต่ำจากสถานประกอบการอุตสาหกรรมหรือที่อยู่อาศัยและบริการชุมชน อุณหภูมิของน้ำอาจเกิน 10 °C ได้อย่างมีนัยสำคัญ ในกรณีนี้ kHNU จะสูงขึ้นไปอีก

ดังนั้น HPI-1 สามารถให้ความร้อนด้วยน้ำ 50% สำหรับการจ่ายน้ำร้อนด้วยมูลค่าความร้อนที่ถ่ายเททั้งหมดสูงถึง 2.5 พัน MW และอีกมากมายด้วยประสิทธิภาพที่ยอดเยี่ยม ขนาดของการนำ HPI ไปใช้นั้นค่อนข้างใหญ่ ด้วยผลผลิตความร้อนเฉลี่ยต่อหน่วยของ HPI-1 ที่ประมาณ 10 เมกะวัตต์ จึงจำเป็นต้องมี HPIs ดังกล่าวประมาณ 250 หน่วยสำหรับภูมิภาคมอสโกเพียงแห่งเดียว

เมื่อ kHP=5.5 จำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้าหรือพลังงานกลประมาณ 450 MW ในการขับเคลื่อนของคอมเพรสเซอร์ HPP (เมื่อขับเคลื่อน เช่น จาก GTP) อบอุ่น หน่วยสูบน้ำ HPP-1 ควรติดตั้งใกล้กับผู้ใช้ความร้อน (ที่สถานีทำความร้อนกลางของเครือข่ายระบบทำความร้อนในเมือง)

หน่วยปั๊มความร้อน HPP-2 ได้รับการติดตั้งที่ CHPP (รูปที่ 4) และใช้ในช่วงฤดูร้อนเป็นแหล่งไอน้ำอุณหภูมิต่ำจากทางออกของกังหันความร้อน (ช่องระบายอากาศของส่วนแรงดันต่ำ (LPP) ). ในเวลาเดียวกัน ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ไอน้ำที่มีอุณหภูมิ 30–35 °C เข้าสู่คอมเพรสเซอร์โดยตรง 13 (รูปที่ 2 ไม่มีเครื่องระเหย HPI) และหลังจากอัดแล้ว จะถูกป้อนเข้าไปในคอนเดนเซอร์ 14 ของ HPI- 2 หน่วยปั๊มความร้อนเพื่อให้ความร้อนน้ำจากสายเครือข่ายกลับ

โครงสร้างสามารถนำไอน้ำมาใช้ได้เช่นผ่านวาล์วนิรภัย (ปล่อย) ของ LPP ของกังหันไอน้ำ 1 คอมเพรสเซอร์ 13 สร้างแรงดันที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญที่ทางออกของ LPP ของกังหัน 1 (มากกว่าในกรณีที่ไม่มี HPI- 2) ลดอุณหภูมิการควบแน่น (ความอิ่มตัว) ของไอน้ำตามลำดับและ "ปิด" คอนเดนเซอร์กังหัน 3

ในรูป รูปที่ 4 แผนผังแสดงกรณีที่ความร้อนเหลือทิ้งถูกถ่ายเทโดยคอนเดนเซอร์ 14 ไปยังตัวทำความร้อนย้อนกลับไปยัง PSV 4 ในกรณีนี้ แม้ว่าความร้อนทิ้งทั้งหมดจะถูกถ่ายเทจากเอาต์พุตของ LPR ของเทอร์ไบน์ไปยังตัวทำความร้อนกลับ อุณหภูมิด้านหน้า PSV จะเพิ่มขึ้นเพียง ~5 °C ขณะที่เพิ่มแรงดันไอน้ำร้อนจากการสกัดกังหันที่ PSV 4 เล็กน้อย

จะมีประสิทธิภาพมากกว่าในการถ่ายเทความร้อนเหลือทิ้งบางส่วนเป็นอันดับแรกเพื่อให้ความร้อนแก่น้ำในเครือข่ายการแต่งหน้า (แทนที่จะให้ความร้อนแบบเดิมด้วยไอน้ำแบบคัดเลือกจากเทอร์ไบน์) จากนั้นจึงถ่ายเทความร้อนเหลือทิ้งไปยังระบบทำความร้อนที่ส่งกลับ (สิ่งนี้ ตัวเลือกไม่แสดงในรูปที่ 4)

ผลลัพธ์ที่สำคัญของแนวทางที่เสนอคือความเป็นไปได้ที่จะแทนที่ได้มากถึง 2.5 พัน MWe (ถ่ายโอนโดยหม้อต้มน้ำร้อนสูงสุด) ด้วยความช่วยเหลือของ HPP-2 ที่ติดตั้งเพิ่มเติมที่ CHPP ในช่วงระยะเวลาการให้ความร้อนที่เกี่ยวข้องกับภูมิภาคมอสโก ด้วยหน่วยพลังงานของ HPI-2 ที่ทำงานบนไอน้ำเท่ากับ ~6-7 เมกะวัตต์ 350-400 หน่วยดังกล่าวจะต้องถ่ายโอนความร้อนในปริมาณดังกล่าว

เมื่อพิจารณาจากความแตกต่างของอุณหภูมิในระดับต่ำมากใน HPI (~15 °C ระหว่างแหล่งอุณหภูมิต่ำกับอุณหภูมิของน้ำในเครือข่ายที่ส่งคืน) ปัจจัยการแปลงของ HPI-2 จะสูงกว่า (kHPI ~ 6.8) มากกว่าสำหรับ HPI -1. ในเวลาเดียวกัน ในการถ่ายโอน ~2.5 พัน MWe ไปยังเครือข่ายทำความร้อน จำเป็นต้องใช้พลังงานไฟฟ้า (หรือเครื่องกล) ทั้งหมดประมาณ 370 MW

ดังนั้นโดยรวมด้วยความช่วยเหลือของ HPI-1 และ HPI-2 ในช่วงฤดูร้อนความร้อนสูงถึง 5,000 MW สามารถถ่ายโอนไปยังความต้องการของแหล่งน้ำร้อนของภูมิภาคมอสโก ในตาราง. 2 ให้การประเมินทางเทคนิคและเศรษฐกิจของข้อเสนอดังกล่าว

ในฐานะไดรฟ์สำหรับ HPI-1 และ HPI-2 สามารถใช้ไดรฟ์เทอร์ไบน์ก๊าซที่มี N=1 -5 MW และประสิทธิภาพ 40-42% (เนื่องจากการนำความร้อนกลับคืนของก๊าซไอเสีย) ในกรณีที่มีปัญหาเกี่ยวกับการติดตั้งเครือข่ายระบบทำความร้อนในเมือง GTP ที่สถานีทำความร้อนส่วนกลาง (อุปกรณ์จ่าย SG เพิ่มเติม ฯลฯ) สามารถใช้ไดรฟ์ไฟฟ้าเป็นไดรฟ์สำหรับ HPI-1 ได้

มีการประเมินทางเทคนิคและเศรษฐกิจสำหรับอัตราภาษีเชื้อเพลิงและความร้อนเมื่อต้นปี 2548 ผลลัพธ์ที่สำคัญของการวิเคราะห์คือต้นทุนความร้อนที่เกิดจาก HPP ที่ต่ำกว่าอย่างมีนัยสำคัญ (สำหรับ HPI-1 - 193 rubles/Gcal และ HPI-2 - 168 rubles /Gcal ) เทียบกับ วิธีดั้งเดิมรุ่นที่ CHPP ของ OAO Mosenergo

เป็นที่ทราบกันดีอยู่แล้วว่าในปัจจุบันต้นทุนของเซลล์เชื้อเพลิงคำนวณตามสิ่งที่เรียกว่า " วิธีทางกายภาพการแยกเชื้อเพลิงสำหรับการผลิตไฟฟ้าและความร้อน” อย่างมีนัยสำคัญเกิน 400 รูเบิล/Gcal (อัตราค่าความร้อน) ด้วยวิธีการนี้ การผลิตความร้อนแม้แต่ในโรงไฟฟ้าพลังความร้อนที่ทันสมัยที่สุดก็ไม่มีประโยชน์ และความสามารถในการทำกำไรนี้ชดเชยด้วยอัตราค่าไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น

ในความเห็นของเรา วิธีการแยกต้นทุนเชื้อเพลิงนี้ไม่ถูกต้อง แต่ยังคงใช้อยู่ เช่น ใน OAO Mosenergo

ในความเห็นของเราให้ไว้ในตาราง 2 ระยะเวลาคืนทุนของ HPP (จาก 4.1 ถึง 4.7 ปี) มีขนาดไม่ใหญ่ เมื่อคำนวณ ดำเนินการ HPP 5,000 ชั่วโมงต่อปี ในความเป็นจริงใน ช่วงฤดูร้อนในบางครั้ง หน่วยเหล่านี้สามารถทำงานได้ ตามตัวอย่างของประเทศตะวันตกที่ก้าวหน้า ในโหมดทำความเย็นแบบรวมศูนย์ ในขณะที่ปรับปรุงประสิทธิภาพทางเทคนิคและเศรษฐกิจประจำปีโดยเฉลี่ยอย่างมีนัยสำคัญ

จากตาราง. จากตารางที่ 2 จะเห็นได้ว่า CIT สำหรับ HPP เหล่านี้มีความแตกต่างกันในช่วงตั้งแต่ ~2.6 ถึง ~3.1 ซึ่งมากกว่าค่า CIT สำหรับ CHP ทั่วไปถึง 3 เท่า โดยคำนึงถึงการลดสัดส่วนของความร้อนและการปล่อยก๊าซที่เป็นอันตรายสู่ชั้นบรรยากาศ ค่าใช้จ่ายในการสูบน้ำและการสูญเสียน้ำหมุนเวียนในระบบ: คอนเดนเซอร์กังหัน - หอทำความเย็น การเพิ่มสุญญากาศที่ทางออกของกังหัน LPP (เมื่อ HPI-2 กำลังดำเนินการอยู่) และด้วยเหตุนี้ พลังที่สร้างขึ้น ความได้เปรียบทางเทคนิคและเศรษฐกิจ ข้อเสนอนี้จะมีความสำคัญยิ่งขึ้นไปอีก

ตารางที่ 2 การศึกษาความเป็นไปได้ของการใช้ HPP กับไอน้ำและฟรีออน

* - ความร้อนเพิ่มเติมในกระบวนการใช้ความร้อนของก๊าซไอเสียจากหน่วยขับเคลื่อนกังหันก๊าซสามารถใช้เพื่อแทนที่ความร้อนบางส่วนจากโรงงาน CHP ไปยังแหล่งจ่ายความร้อนแบบอำเภอ

โดยคำนึงถึงการเพิ่มขึ้นของราคาพลังงานอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้จากการเข้าร่วม WTO ของรัสเซีย ข้อจำกัดในการใช้ GHG สำหรับพลังงาน และความจำเป็นในการแนะนำเทคโนโลยีประหยัดพลังงานที่มีประสิทธิภาพสูงและเป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมอย่างกว้างขวาง ประโยชน์ทางเทคนิคและเศรษฐกิจของการแนะนำ HPP จะเติบโตอย่างต่อเนื่อง

วรรณกรรม

1. ปั๊มความร้อนรุ่นใหม่สำหรับวัตถุประสงค์ในการจ่ายความร้อนและประสิทธิภาพการใช้งานในระบบเศรษฐกิจตลาด // วัสดุของการประชุมส่วนย่อยของการทำความร้อนและความร้อนในเขตของ NTS ของ RAO UES ของรัสเซีย, มอสโก, 15 กันยายน 2004

2. Andryushenko A.I. พื้นฐานของอุณหพลศาสตร์ของวัฏจักรของโรงไฟฟ้าพลังความร้อน - ม.: สูงกว่า. โรงเรียน 2528

3. Belyaev V.E. , Kosoy A.S. , Sokolov Yu.N. วิธีการรับพลังงานความร้อน สิทธิบัตรของสหพันธรัฐรัสเซียหมายเลข 2224118 ลงวันที่ 5 กรกฎาคม 2545 FSUE MMPP Salyut

4. Sereda S.O. , Gel'medov F.Sh. , Sachkova N.G. ค่าประมาณการเปลี่ยนแปลงในลักษณะของหลายขั้นตอน

คอมเพรสเซอร์ภายใต้อิทธิพลของการระเหยของน้ำในส่วนที่ไหล MMPP "Salyut"-CIAM // วิศวกรรมพลังงานความร้อน 2547 หมายเลข 11

5. Eliseev Yu.S. , Belyaev V.V. , Kosoy A.S. , Sokolov Yu.N. ปัญหาการสร้างโรงงานอัดไอที่มีประสิทธิภาพสูงของคนรุ่นใหม่ พิมพ์ล่วงหน้า FSUE “MMPP “Salyut” พฤษภาคม 2548

6. Devyanin D.N. , Pishchikov S.I. , Sokolov Yu.N. การพัฒนาและทดสอบที่ CHPP-28 ของ OAO Mosenergo ของห้องปฏิบัติการแสดงถึงการอนุมัติแผนงานสำหรับการใช้ปั๊มความร้อนในภาคพลังงาน // Heat Supply News 2543 ลำดับที่ 1 ส. 33-36

7. Protsenko V. P. ในแนวคิดใหม่ของการจ่ายความร้อนให้กับ RAO UES ของรัสเซีย // Energo-press หมายเลข 11-12, 1999

8. V. P. Frolov, S. N. Shcherbakov, M. V. Frolov และ A. Ya. การวิเคราะห์ประสิทธิภาพการใช้ปั๊มความร้อนในระบบจ่ายน้ำร้อนแบบรวมศูนย์ // การประหยัดพลังงาน 2547 หมายเลข 2

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างปั๊มความร้อนและแหล่งความร้อนอื่นๆ ทั้งหมดคือความสามารถพิเศษในการใช้พลังงานสิ่งแวดล้อมที่อุณหภูมิต่ำหมุนเวียนเพื่อให้ความร้อนและการทำน้ำร้อน ประมาณ 80% ของกำลังขับ ปั๊มความร้อน "สูบฉีด" ออกจากสิ่งแวดล้อมจริง ๆ โดยใช้พลังงานกระจัดกระจายของดวงอาทิตย์

ปั๊มความร้อนทำงานอย่างไร

ตู้เย็นที่ทุกคนรู้จัก ถ่ายเทความร้อนจากห้องภายในไปยังหม้อน้ำ และเราใช้ความเย็นภายในตู้เย็น ปั๊มความร้อนเป็นตู้เย็น "ย้อนกลับ" มันนำความร้อนที่กระจายจากสิ่งแวดล้อมมาสู่บ้านเรา

สารหล่อเย็น (ซึ่งก็คือน้ำหรือน้ำเกลือ) ซึ่งถ่ายจากสิ่งแวดล้อมไม่กี่องศา ผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อนของปั๊มความร้อนที่เรียกว่าเครื่องระเหย และปล่อยความร้อนที่เก็บจากสิ่งแวดล้อมไปยังวงจรภายในของปั๊มความร้อน วงจรภายในของปั๊มความร้อนเต็มไปด้วยสารทำความเย็นซึ่งมีค่ามาก อุณหภูมิต่ำเดือดผ่านเครื่องระเหยจะเปลี่ยนจากสถานะของเหลวเป็นสถานะก๊าซ สิ่งนี้เกิดขึ้นที่ความดันต่ำและอุณหภูมิ 5 ° C จากเครื่องระเหยสารทำความเย็นที่เป็นก๊าซจะเข้าสู่คอมเพรสเซอร์ซึ่งจะถูกบีบอัดให้มีความดันสูงและอุณหภูมิสูง ถัดไป ก๊าซร้อนจะเข้าสู่เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนตัวที่สอง - คอนเดนเซอร์ซึ่งแลกเปลี่ยนความร้อนระหว่างก๊าซร้อนกับสารหล่อเย็นจากท่อส่งกลับของระบบทำความร้อนในโรงเลี้ยง สารทำความเย็นปล่อยความร้อนไปยังระบบทำความร้อน เย็นตัวลงและเปลี่ยนเป็นสถานะของเหลวอีกครั้ง และสารหล่อเย็นที่ให้ความร้อนของระบบทำความร้อนจะเข้าสู่อุปกรณ์ทำความร้อน

ข้อดีของปั๊มความร้อน

• - เศรษฐกิจ. ใช้พลังงานต่ำเนื่องจากประสิทธิภาพสูง (จาก 300% ถึง 800%) และช่วยให้คุณได้รับพลังงานความร้อน 3-8 กิโลวัตต์ต่อพลังงานที่ใช้ไปจริง 1 กิโลวัตต์หรือพลังงานทำความเย็นเอาต์พุตสูงสุด 2.5 กิโลวัตต์
• - เป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม วิธีการทำความร้อนและเครื่องปรับอากาศที่เป็นมิตรกับสิ่งแวดล้อมสำหรับทั้งสิ่งแวดล้อมและผู้คนในห้อง การใช้ปั๊มความร้อนเป็นการประหยัดทรัพยากรพลังงานที่ไม่หมุนเวียนและการรักษาสิ่งแวดล้อม รวมถึงการลดการปล่อย CO2 สู่บรรยากาศ ปั๊มความร้อนของโรงงานทำวัฏจักรอุณหพลศาสตร์แบบย้อนกลับบนสารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำ ดึงพลังงานทดแทนที่มีศักยภาพต่ำ พลังงานความร้อนจากสิ่งแวดล้อม เพิ่มศักยภาพสู่ระดับที่ต้องการสำหรับการจ่ายความร้อน โดยใช้พลังงานปฐมภูมิน้อยกว่าการเผาไหม้เชื้อเพลิงโดยตรง 1.2-2.3 เท่า
• - ความปลอดภัย. ไม่มีเปลวไฟ ไม่มีเขม่า ไม่มีไอเสีย ไม่มีกลิ่นน้ำมันดีเซล ไม่มีแก๊สรั่ว ไม่มีน้ำมันเชื้อเพลิงหกเลอะเทอะ ไม่มีสถานที่จัดเก็บเชื้อเพลิงที่เป็นอันตรายจากอัคคีภัย
• - ความน่าเชื่อถือ ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวขั้นต่ำ ทรัพยากรที่สูงของงาน ความเป็นอิสระจากการจัดหาวัสดุเตาเผาและคุณภาพ การป้องกันไฟดับ แทบไม่ต้องบำรุงรักษา อายุการใช้งานของปั๊มความร้อนคือ 15-25 ปี
• - ปลอบโยน. ปั๊มความร้อนทำงานเงียบ (ไม่ดังกว่าตู้เย็น) และระบบอัตโนมัติตามสภาพอากาศและระบบควบคุมสภาพอากาศแบบหลายโซนช่วยสร้างความสะดวกสบายและความผาสุกในสถานที่
• - มีความยืดหยุ่น ปั๊มความร้อนเข้ากันได้กับทุก ระบบหมุนเวียนความร้อนและ การออกแบบที่ทันสมัยให้คุณติดตั้งในห้องใดก็ได้
• - ความคล่องตัวตามประเภทของพลังงานที่ใช้ (ไฟฟ้าหรือความร้อน)
• - ช่วงกำลังกว้าง (จากเศษส่วนถึงหมื่นกิโลวัตต์)

การใช้งานปั๊มความร้อน

ขอบเขตของปั๊มความร้อนนั้นไร้ขอบเขตอย่างแท้จริง ข้อดีทั้งหมดข้างต้นของอุปกรณ์นี้ทำให้ง่ายต่อการแก้ปัญหาการจ่ายความร้อนไปยังอาคารในเมืองและวัตถุที่อยู่ห่างไกลจากการสื่อสาร ไม่ว่าจะเป็นฟาร์ม ชุมชนกระท่อม หรือปั๊มน้ำมันบนทางหลวง โดยทั่วไป ปั๊มความร้อนเป็นแบบสากลและใช้งานได้ทั้งในงานโยธาและอุตสาหกรรม และในการก่อสร้างส่วนตัว

ปัจจุบัน ฮีทปั๊มมีการใช้กันอย่างแพร่หลายทั่วโลก จำนวนปั๊มความร้อนที่ทำงานในสหรัฐอเมริกา ญี่ปุ่น และยุโรปอยู่ในหลายสิบล้าน

การผลิตฮีทปั๊มในแต่ละประเทศมุ่งเน้นที่การตอบสนองความต้องการของตลาดภายในประเทศเป็นหลัก ในสหรัฐอเมริกาและญี่ปุ่น หน่วยปั๊มความร้อนจากอากาศสู่อากาศ (HPU) สำหรับทำความร้อนและเครื่องปรับอากาศในฤดูร้อนมักใช้กันอย่างแพร่หลาย ในยุโรป - HPI ของคลาส "น้ำสู่น้ำ" และ "น้ำสู่อากาศ" ในสหรัฐอเมริกา มีบริษัทมากกว่าหกสิบแห่งที่ทำการวิจัยและผลิตปั๊มความร้อน ในญี่ปุ่น การผลิต HPP ต่อปีเกิน 500,000 หน่วย ในเยอรมนี มีการติดตั้งมากกว่า 5,000 ครั้งต่อปี ในประเทศแถบสแกนดิเนเวีย ส่วนใหญ่จะใช้ HPP ขนาดใหญ่ ในสวีเดน ภายในปี 2000 สถานีปั๊มความร้อน (HPS) มากกว่า 110,000 แห่งได้เปิดดำเนินการ โดย 100 แห่งมีกำลังการผลิตประมาณ 100 MW และมากกว่านั้น HPS ที่ทรงพลังที่สุด (320 MW) ดำเนินการในสตอกโฮล์ม

ความนิยมของปั๊มความร้อนใน ยุโรปตะวันตก, สหรัฐอเมริกาและประเทศต่างๆ เอเชียตะวันออกเฉียงใต้ส่วนใหญ่เนื่องจากสภาพภูมิอากาศที่ไม่รุนแรงในภูมิภาคเหล่านี้ (ด้วยอุณหภูมิเฉลี่ยบวกในฤดูหนาว) ราคาน้ำมันที่สูงและการมีโครงการของรัฐบาลที่เป็นเป้าหมายเพื่อสนับสนุนพื้นที่นี้ของตลาดภูมิอากาศ

สถานการณ์ของปั๊มความร้อนในประเทศของเรามีความแตกต่างกันโดยพื้นฐาน และมีเหตุผลสำหรับเรื่องนั้น ประการแรก คุณสมบัติ ภูมิอากาศของรัสเซียที่มีอุณหภูมิต่ำใน ฤดูหนาวสร้างความต้องการพิเศษเกี่ยวกับพารามิเตอร์ของปั๊มความร้อนและเงื่อนไขการติดตั้ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ด้วยการเพิ่มกำลังของปั๊มความร้อน ปัญหาของการกำจัดความร้อนจึงเกิดขึ้น เนื่องจากการถ่ายเทความร้อนของสื่อ (อ่างเก็บน้ำ ดิน อากาศ) มีจำกัดและค่อนข้างเล็ก

นอกจากนี้ ราคาก๊าซในรัสเซียต่ำเกินจริง ดังนั้นจึงไม่จำเป็นต้องพูดถึงประโยชน์เชิงเศรษฐกิจที่จับต้องได้จากการใช้อุปกรณ์ประเภทนี้ โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกรณีที่ไม่มีวัฒนธรรมการบริโภคและการประหยัดพลังงานไฟฟ้า เราไม่ได้รับการสนับสนุนจากรัฐสำหรับโครงการทดแทนพลังงาน มี และไม่มีผู้ผลิตปั๊มความร้อนในประเทศ

ในเวลาเดียวกันความต้องการของรัสเซียสำหรับอุปกรณ์ดังกล่าวมีขนาดใหญ่และ "สาย" ของปั๊มความร้อนทั้งหมดที่มีความจุ 5, 10, 25, 100 และ 1,000 กิโลวัตต์ดูเหมือนจะเป็นที่ต้องการ ใช่ใน เลนกลางในรัสเซียเพื่อให้ความร้อนแก่บ้านที่มีพื้นที่ 100 ตร.ม. จำเป็นต้องมีพลังงานความร้อน 5-10 กิโลวัตต์และปั๊มที่มีพลังงานความร้อน 100 กิโลวัตต์ก็เพียงพอแล้วสำหรับการให้ความร้อนแก่โรงเรียนโรงพยาบาลและการบริหารทั่วไป อาคาร ปั๊มความร้อนที่มีความจุ 1,000 กิโลวัตต์สะดวกสำหรับงานกู้คืนของเสียจากความร้อนโดยใช้น้ำพุร้อน ผู้เชี่ยวชาญระบุว่าค่าใช้จ่ายในการติดตั้งปั๊มความร้อนในรัสเซียอยู่ที่ประมาณ 300 ดอลลาร์สหรัฐต่อพลังงานความร้อน 1 กิโลวัตต์ โดยมีระยะเวลาคืนทุนของอุปกรณ์ตั้งแต่สองถึงสี่ปี ซึ่งส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับราคาเชื้อเพลิงและสภาพภูมิอากาศของ ภูมิภาคเฉพาะ

การทดสอบเดินเครื่องปั๊มความร้อนประมาณ 100,000 ตัวที่มีเอาต์พุตความร้อนรวม 2 GW จะทำให้สามารถจ่ายความร้อนให้กับผู้คน 10 ล้านคนโดยมีอายุการใช้งานเฉลี่ยของปั๊มความร้อน 15 ปี ปริมาณการขายอุปกรณ์ดังกล่าวอาจมากกว่าครึ่งพันล้านดอลลาร์ต่อปี

คำถามที่ 26 การใช้แหล่งพลังงานศักยภาพต่ำให้เกิดประโยชน์ การติดตั้งปั๊มความร้อน

เมื่อเร็ว ๆ นี้ ดูเหมือนโอกาสที่แท้จริงในการแก้ปัญหาการจ่ายพลังงานแบบบูรณาการของผู้ประกอบการอุตสาหกรรมด้วยวิธีใหม่โดยพื้นฐานโดยใช้ปั๊มความร้อนที่ใช้การปล่อยก๊าซที่มีศักยภาพต่ำเพื่อสร้างทั้งความร้อนและความเย็น การผลิตตัวพาพลังงานเหล่านี้พร้อมกันโดยปั๊มความร้อนมักจะมีประสิทธิภาพมากกว่าการผลิตความร้อนและความเย็นแบบแยกจากกันในโรงงานแบบดั้งเดิม เนื่องจากในกรณีนี้การสูญเสียที่ไม่สามารถย้อนกลับของวงจรทำความเย็นจะถูกนำมาใช้เพื่อสร้างความร้อนที่ให้กับผู้บริโภค

ในการติดตั้งปั๊มความร้อน อุณหภูมิของตัวระบายความร้อนจะเท่ากับหรือสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมเล็กน้อย และอุณหภูมิของตัวรับความร้อนจะสูงกว่าอุณหภูมิแวดล้อมมาก กล่าวคือ T n >T เกี่ยวกับ ปั๊มความร้อนเป็นอุปกรณ์ที่ถ่ายเทพลังงานในรูปของความร้อนจากระดับอุณหภูมิที่ต่ำกว่าถึงระดับที่สูงขึ้นซึ่งจำเป็นสำหรับการจ่ายความร้อน วัตถุประสงค์หลักของการติดตั้งเหล่านี้คือการใช้ความร้อนจากแหล่งที่มีศักยภาพต่ำ เช่น สิ่งแวดล้อม

ปัจจุบันมีการพัฒนาและใช้งานปั๊มความร้อนสามกลุ่มหลัก: การอัด (ไอน้ำ); เจ็ท (ประเภทอีเจ็คเตอร์); การดูดซึม

ปั๊มความร้อนอัดใช้สำหรับทำความร้อน อาคารแต่ละหลังหรือกลุ่มของอาคารตลอดจนการจ่ายความร้อนของโรงงานอุตสาหกรรมแต่ละแห่งหรือการติดตั้ง

Freons มักใช้เป็นตัวแทนการทำงานในการติดตั้งปั๊มความร้อน

รูปที่ 4 แสดงแผนผังของปั๊มความร้อนอัดไอในอุดมคติ ความร้อนที่อาจเกิดขึ้นต่ำที่อุณหภูมิ Tn จะถูกส่งไปยังเครื่องระเหย I ไอของสารทำงานมาจากเครื่องระเหย I ไปยังคอมเพรสเซอร์ II ในสถานะ 1 และถูกบีบอัดเป็นความดัน pk และอุณหภูมิอิ่มตัวที่สอดคล้องกัน Tk ในสถานะที่ 2 ไอระเหยที่ถูกบีบอัดของสารทำงานจะเข้าสู่คอนเดนเซอร์ III ซึ่งจะถ่ายเทความร้อนไปยังตัวพาความร้อนของระบบจ่ายความร้อน ในคอนเดนเซอร์ ไอระเหยของสารทำงานจะถูกควบแน่น จากคอนเดนเซอร์ สารทำงานเข้าสู่รูปของเหลวเข้าไปในตัวแผ่ IV (อุปกรณ์ที่การขยายตัวของของไหลทำงานที่ผลิตขึ้นพร้อมกับการระบายความร้อนเกิดขึ้นด้วย งานที่มีประโยชน์) โดยที่สารทำงานขยายจากแรงดัน p เป็นแรงดัน p o พร้อมกับอุณหภูมิและการถ่ายเทความร้อนที่ลดลง จากเครื่องแผ่ขยาย สารทำงานเข้าสู่เครื่องระเหย I และวงจรปิด

โครงร่างของปั๊มความร้อนที่ทำงานในรอบปิดนั้นโดยพื้นฐานแล้วไม่แตกต่างจากโครงร่างของหน่วยทำความเย็นแบบอัดไอน้ำ อย่างไรก็ตาม การเชื่อมต่อของผู้บริโภคดำเนินการในรูปแบบต่างๆ ในวงจรทำความเย็น ผู้ใช้ความเย็นจะเชื่อมต่อกับเครื่องระเหย และในระบบปั๊มความร้อน ผู้ใช้ความร้อนจะเชื่อมต่อกับคอนเดนเซอร์

ปั๊มความร้อนเป็นของโรงงานแปรรูปความร้อน ซึ่งรวมถึงเครื่องทำความเย็น ( 120 K), อุณหภูมิห้องเย็น ( = 0 ... 120 K) และพืชรวม ( , ) การติดตั้งทั้งหมดเหล่านี้ทำงานตามวัฏจักรเทอร์โมไดนามิกย้อนกลับ ซึ่งมีค่าใช้จ่าย งานภายนอกมีการถ่ายโอนพลังงานความร้อนจากร่างกายที่มีอุณหภูมิต่ำ (อ่างความร้อน) ไปยังร่างกายที่มีอุณหภูมิสูง (อ่างความร้อน) แต่ถ้าการทำงานของเครื่องทำความเย็นและการติดตั้งด้วยความเย็นคือการทำให้ร่างกายเย็นลงและรักษาอุณหภูมิให้ต่ำใน ห้องเย็น, เช่น. การกำจัดความร้อน หน้าที่หลักของปั๊มความร้อนคือการจ่ายความร้อนไปยังแหล่งที่มีอุณหภูมิสูงโดยใช้พลังงานความร้อนที่อุณหภูมิต่ำ ในขณะเดียวกัน ก็เป็นข้อดีที่ปริมาณความร้อนที่อุณหภูมิสูงที่ได้รับอาจสูงกว่างานที่ใช้ไปหลายเท่า

หม้อแปลงความร้อนสามารถทำงานพร้อมกันเป็นหน่วยทำความเย็นและปั๊มความร้อน ในขณะที่ T n< Т о и Т н >ที่. กระบวนการดังกล่าวเรียกว่ารวมกัน ในกระบวนการรวมกันความร้อนและความเย็นจะถูกสร้างขึ้นพร้อมกัน - ตัวกลาง A ถูกทำให้เย็นลงและตัวกลาง B ถูกทำให้ร้อน ดังนั้นในหน่วยทำความเย็นจะมีการระบายความร้อนของร่างกายโดยประดิษฐ์ซึ่งมีอุณหภูมิต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อม ในการติดตั้งปั๊มความร้อน ความร้อนของสิ่งแวดล้อมหรือสภาพแวดล้อมอื่นๆ ที่มีศักยภาพต่ำจะถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ในการจ่ายความร้อน

รอบในอุดมคติ การติดตั้งคาร์โนต์การแปลงความร้อนแสดงในรูปที่ 5

ประสิทธิภาพ เครื่องทำความเย็น( - ผลที่เป็นประโยชน์ ปริมาณความร้อนที่นำมาจากน้ำหล่อเย็นที่เย็นกว่า) ประเมินโดยสัมประสิทธิ์ประสิทธิภาพ สำหรับปั๊มความร้อน แนวคิดของอัตราส่วนการเปลี่ยนแปลงจะใช้ ( - ผลที่เป็นประโยชน์ ปริมาณความร้อนที่จ่ายให้กับสารหล่อเย็นที่ให้ความร้อน) หรือค่าสัมประสิทธิ์การทำความร้อน กล่าวคือ ปริมาณความร้อนที่ผลิตได้ต่อหน่วยของงานที่ใช้ไป

, ,

, .

สำหรับปั๊มความร้อนจริง = 2 - 5.

การติดตั้งจริงมีการสูญเสียที่เกิดจากการกลับไม่ได้ของกระบวนการบีบอัด (ภายใน) และการแลกเปลี่ยนความร้อน (ภายนอก) การย้อนกลับไม่ได้ภายในเกิดจากความหนืดของสารทำความเย็นและการปล่อยความร้อนจากแรงเสียดทานภายในระหว่างการบีบอัดในคอมเพรสเซอร์ (เพิ่มขึ้นเอนโทรปี) งานจริงของการบีบอัด ซึ่งเป็นงานในอุดมคติในกระบวนการย้อนกลับ - ประสิทธิภาพภายในสัมพัทธ์ของคอมเพรสเซอร์ - ประสิทธิภาพทางไฟฟ้าของเครื่องกลของไดรฟ์

การย้อนกลับไม่ได้ภายนอกนั้นอธิบายโดยความต้องการที่จะมีความแตกต่างของอุณหภูมิสำหรับการถ่ายเทความร้อนซึ่งถูกกำหนด (กำหนด) โดยพื้นที่ของพื้นผิวการแลกเปลี่ยนความร้อนที่ฟลักซ์ความร้อนที่กำหนด

นั่นเป็นเหตุผลที่

โดยที่ , - อุณหภูมิตามลำดับในเครื่องระเหยและคอนเดนเซอร์ของการติดตั้ง

ปั๊มความร้อนแบบเจ็ทของประเภทอีเจ็คเตอร์มีการใช้กันอย่างแพร่หลายในปัจจุบัน ไอน้ำแรงดันสูงจะเข้าสู่อุปกรณ์เจ็ท และเนื่องจากการใช้พลังงานของขั้นตอนการทำงาน การไหลที่ฉีดจะถูกบีบอัด มีลำธารสองสายไหลออกมาจากเครื่อง ดังนั้น เมื่อไอที่ฉีดเข้าไปถูกบีบอัด อุณหภูมิของไอน้ำก็จะสูงขึ้นพร้อมๆ กัน ไอน้ำอัดจะถูกดึงออกจากโรงงาน

ไอน้ำแรงดันสูงพร้อมพารามิเตอร์ p p และ T p เข้าสู่เครื่องพ่นไอน้ำ (รูปที่ 6) เนื่องจากการใช้พลังงานของขั้นตอนการทำงาน การไหลที่ฉีดจะถูกบีบอัดด้วยพารามิเตอร์ r nและ ทีน. ส่วนผสมของลำธารที่มีพารามิเตอร์ออกมาจากอุปกรณ์ r sและ ที เอสดังนั้น เมื่อไอที่ฉีดเข้าไปถูกบีบอัด อุณหภูมิของมัน (และด้วยเหตุนี้ เอนทาลปี) ก็เพิ่มขึ้นเช่นกัน ไอน้ำอัดจะถูกดึงออกจากโรงงาน อัตราส่วนความดัน ร s / ร นในอุปกรณ์ดังกล่าว เรียกว่าเจ็ทคอมเพรสเซอร์ มีขนาดค่อนข้างเล็กและอยู่ภายใน1.2 ≤ r s / r n≤ 4.

ปัจจุบันปั๊มความร้อนแบบเจ็ทใช้กันอย่างแพร่หลายมากที่สุด เนื่องจากง่ายต่อการบำรุงรักษา ความกะทัดรัด และไม่มีส่วนประกอบราคาแพง

ปั๊มความร้อนแบบดูดซับทำงานบนหลักการดูดซับไอน้ำด้วยสารละลายด่าง (NaOH, KOH) กระบวนการดูดซับไอน้ำเกิดขึ้นแบบคายความร้อน กล่าวคือ ด้วยการปล่อยความร้อน ความร้อนนี้ใช้ในการทำให้สารละลายมีอุณหภูมิสูงกว่าอุณหภูมิของไอที่ดูดซับอย่างมีนัยสำคัญ หลังจากออกจากตัวดูดซับ สารละลายอัลคาไลที่ให้ความร้อนจะถูกส่งไปยังเครื่องระเหยพื้นผิว ซึ่งไอน้ำสำรองจะถูกสร้างขึ้นที่ความดันที่สูงกว่าไอน้ำหลักที่เข้าสู่ตัวดูดซับ ดังนั้นในปั๊มความร้อนแบบดูดกลืน กระบวนการรับไอน้ำแรงดันสูงจะดำเนินการโดยใช้ความร้อนที่จ่ายจากภายนอก

แผนผังของปั๊มความร้อนแบบดูดกลืนแสดงในรูปที่ 7

ในฐานะที่เป็นสารทำงานในปั๊มความร้อนแบบดูดกลืน จะใช้สารละลายของสารสองชนิด (ส่วนผสมไบนารี) ซึ่งจุดเดือดต่างกันที่ความดันเท่ากัน สารหนึ่งดูดซับและละลายสารที่สองซึ่งเป็นสารทำงาน วงจรการทำงานของปั๊มความร้อนดูดซับจะดำเนินการ ด้วยวิธีดังต่อไปนี้. ในเครื่องระเหย 3 ผ่านผนังของตัวแลกเปลี่ยนความร้อน ความร้อนที่มีศักยภาพต่ำจะถูกส่งไปยังสารละลายไบนารีที่อุณหภูมิ T® ความร้อนที่ให้มาช่วยให้เกิดการระเหยของสารทำงานจากส่วนผสมไบนารีที่ความดัน p o ไอที่เกิดจากสารทำงานจากเครื่องระเหยผ่านท่อเข้าสู่ตัวดูดซับ 2 ซึ่งจะถูกดูดซับโดยตัวทำละลาย (ตัวดูดซับ) และความร้อนของการดูดซับ Q a จะถูกปล่อยออกมา สารละลายของเหลวเข้มข้นที่เกิดขึ้นในตัวดูดซับถูกปั๊มโดยปั๊ม 1 ไปยังเครื่องกำเนิดไฟฟ้า 6. ความร้อน Q g ถูกจ่ายให้กับเครื่องกำเนิดไฟฟ้า ซึ่งใช้ในการระเหยสารทำงานที่ ความดันสูง p ถึงและดังนั้นอุณหภูมิสูง T ถึง เมื่อระเหยเหนือพื้นผิวของสารละลายจะเกิดไอระเหยของสารทำงานและสารละลายจะอ่อนแอ สารละลายอ่อนจะถูกส่งผ่านไปป์ไลน์ไปยังโช้ค 2 โดยลดแรงดันในวาล์วเทอร์โมสแตติกเสริม 7 ให้เท่ากับแรงดันในเครื่องระเหย p ประมาณ ไอสารทำงานที่เกิดขึ้นในเครื่องกำเนิดจะเข้าสู่คอนเดนเซอร์ 5 โดยผ่านผนังแยก พวกมันจะปล่อยความร้อนของการควบแน่น Q k ที่อุณหภูมิสูง T k สารทำงานที่ควบแน่นในคอนเดนเซอร์จะลดความดันในวาล์วควบคุมอุณหภูมิ จาก p ถึง po โดยที่มันเข้าสู่เครื่องระเหย จากนั้นกระบวนการจะทำซ้ำ

การทำงานของปั๊มความร้อนแบบดูดกลืนในอุดมคตินั้นมีลักษณะเฉพาะด้วยสมการสมดุลความร้อนดังต่อไปนี้:

ที่ไหน คิว น- ปริมาณความร้อนที่มีศักยภาพต่ำสรุปในเครื่องระเหย

คิว ก -ปริมาณความร้อนที่มีศักยภาพสูงที่จ่ายให้กับเครื่องกำเนิด

ถามเรา -ความร้อนเทียบเท่ากับการทำงานของปั๊ม

Q ถึง- ปริมาณความร้อนสูงที่อาจเกิดขึ้นในคอนเดนเซอร์

ถาม -ปริมาณความร้อนที่อาจเกิดขึ้นต่ำในตัวดูดซับ

สารทำงานมักจะเป็นน้ำและสารดูดซับคือลิเธียมโบรไมด์

สำหรับโรงกลั่นเคมี ปิโตรเคมี และน้ำมันที่มีน้ำปริมาณมากสำหรับหน่วยเทคโนโลยีทำความเย็นซึ่งมีอุณหภูมิอยู่ในช่วง 20 ถึง 50 ° C จำเป็นต้องใช้ปั๊มความร้อนลิเธียมโบรไมด์แบบดูดซับซึ่งจะทำงานในความเย็น โหมดฤดูร้อน น้ำรีไซเคิลและในฤดูหนาว ใช้ความร้อนเหลือทิ้งจากน้ำหมุนเวียนเพื่อสร้างน้ำร้อนสำหรับโรงผลิตความร้อน ตารางที่ 6 แสดงพารามิเตอร์ของการดูดซับปั๊มความร้อนลิเธียมโบรไมด์ (ABTN)

ปั๊มความร้อนการดูดซึมมี ประสิทธิภาพสูงเนื่องจากไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวจึงสามารถผลิตอุปกรณ์ได้ง่าย อย่างไรก็ตาม ปั๊มดูดซับต้องใช้โลหะจำเพาะสูง ซึ่งทำให้มีขนาดใหญ่ ความเป็นไปได้ของการกัดกร่อนของโลหะต้องมีการผลิตอุปกรณ์จากเหล็กอัลลอยด์ ดังนั้นปั๊มความร้อนแบบดูดซับจึงไม่ได้ใช้กันอย่างแพร่หลายในอุตสาหกรรม

ตารางที่ 6

พารามิเตอร์ ABTN

สารทำงานและสารหล่อเย็น (สารหล่อเย็น)

ในหม้อแปลงความร้อน

สำหรับการนำกระบวนการไปใช้ในหม้อแปลงความร้อนนั้นจะใช้สารทำงาน (ตัวแทน) ที่มีคุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์และเคมีกายภาพที่จำเป็น พวกมันสามารถเป็นเนื้อเดียวกันหรือเป็นส่วนผสมของสารหลายชนิด โดยปกติสองอย่าง ในหม้อแปลงความร้อนส่วนใหญ่ สารทำงานจะผ่านการแปลงเฟส ปัจจุบันมีการใช้สารทำงานต่อไปนี้ในหม้อแปลงความร้อน:

ก) สารทำความเย็น - สารที่มีจุดเดือดต่ำที่ความดันบรรยากาศตั้งแต่ +80 ถึง -130 ° C สารทำความเย็นที่มีจุดเดือดตั้งแต่ +80 ถึง -30 °C มักใช้ในการติดตั้งปั๊มความร้อน และมีจุดเดือดต่ำกว่า 0 ถึง -130 °C - ในการติดตั้งที่เย็นปานกลาง

ข) ก๊าซและก๊าซผสม (เช่น อากาศ) ที่มีจุดเดือดต่ำ

ค) สารทำงานและสารดูดซับ พืชดูดซึม;

ง) น้ำที่ใช้ในทางของตัวเอง คุณสมบัติทางอุณหพลศาสตร์ในหน่วยทำความเย็นที่อุณหภูมิของแหล่งกำเนิดต่ำกว่าความร้อน tn> 0 ° C ตัวอย่างเช่นสำหรับเครื่องปรับอากาศ

เพื่อความประหยัดและ ปลอดภัยในการทำงานหม้อแปลงความร้อน สารทำความเย็น ต้องเป็นไปตามข้อกำหนดต่อไปนี้:

ก) มีแรงดันเกินต่ำที่อุณหภูมิการเดือดและการกลั่นตัว ความร้อนออกขนาดใหญ่ 1 กก. ของตัวแทน ไอน้ำปริมาณเล็กน้อยเฉพาะ (สำหรับคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ) ความจุความร้อนต่ำของของเหลวและค่าการนำความร้อนสูงและการถ่ายเทความร้อน ค่าสัมประสิทธิ์;

b) มีความหนืดต่ำ อาจเป็นจุดแข็งที่ต่ำกว่า ไม่ละลายในน้ำมัน (สำหรับคอมเพรสเซอร์แบบลูกสูบ)

ค) ทนต่อสารเคมี ไม่ติดไฟ ไม่ระเบิด ไม่กัดกร่อนโลหะ

ง) ไม่เป็นอันตรายต่อร่างกายมนุษย์

จ) ไม่ขาดแคลนและราคาไม่แพง

ตัวแทนการทำงานของหน่วยทำความเย็นแก๊สต้องมีค่าต่ำ อุณหภูมิปกติการเดือด ความหนืดต่ำ การนำความร้อนสูงและความจุความร้อน Ср ซึ่งขึ้นอยู่กับอุณหภูมิและความดันเพียงเล็กน้อย

สารออกฤทธิ์ของพืชดูดซับ นอกเหนือจากการปฏิบัติตามข้อกำหนดข้างต้นแล้ว จะต้องถูกดูดซับและขจัดออกร่วมกับสารดูดซับที่เหมาะสม

ประสิทธิภาพทางเศรษฐกิจของปั๊มความร้อนขึ้นอยู่กับ:

อุณหภูมิของแหล่งพลังงานความร้อนที่มีศักยภาพต่ำ และจะยิ่งสูงขึ้น อุณหภูมิสูงเขาจะมี;

ค่าไฟฟ้าในภูมิภาค

ต้นทุนพลังงานความร้อนที่ผลิตโดยใช้เชื้อเพลิงประเภทต่างๆ

การใช้ปั๊มความร้อนแทนแหล่งพลังงานความร้อนแบบดั้งเดิมนั้นมีประโยชน์เชิงเศรษฐกิจเนื่องจาก:

ไม่จำเป็นต้องซื้อ ขนส่ง จัดเก็บน้ำมันเชื้อเพลิงและสิ้นเปลือง เงินเกี่ยวข้องกับมัน;

การปล่อยพื้นที่ขนาดใหญ่ที่จำเป็นสำหรับการวางโรงต้มน้ำ ถนนทางเข้า และคลังเชื้อเพลิง

ศักยภาพการประหยัดพลังงานที่ยิ่งใหญ่ที่สุดมีอยู่ในแหล่งจ่ายความร้อน: 40-50% ของการใช้ความร้อนทั้งหมดของประเทศ อุปกรณ์ของ CHPP ที่มีอยู่มีการสึกหรอทางร่างกายและทางศีลธรรม ดำเนินการโดยใช้เชื้อเพลิงมากเกินไป เครือข่ายทำความร้อนเป็นแหล่งของการสูญเสียพลังงานขนาดใหญ่ แหล่งความร้อนขนาดเล็กมีลักษณะประสิทธิภาพพลังงานต่ำ มลภาวะต่อสิ่งแวดล้อมในระดับสูง ต้นทุนต่อหน่วยและแรงงานที่เพิ่มขึ้น ค่าใช้จ่ายในการบำรุงรักษา

TNU เปิดโอกาสให้:

1) ลดความยาวของเครือข่ายความร้อน (นำความจุความร้อนเข้าใกล้สถานที่บริโภค);

2) รับพลังงานความร้อนเทียบเท่า 3 - 8 กิโลวัตต์ในระบบทำความร้อน (ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของแหล่งพลังงานศักย์ต่ำขณะใช้ไฟฟ้า 1 กิโลวัตต์)

จนถึงปัจจุบันขนาดของการแนะนำปั๊มความร้อนในโลกมีดังนี้:

ในสวีเดน 50% ของการทำความร้อนทั้งหมดมาจากปั๊มความร้อน เห็นด้วยอย่างสิ้นเชิง ปีที่แล้วสถานีปั๊มความร้อนมากกว่า 100 (จาก 5 ถึง 80 MW) ได้เริ่มดำเนินการแล้ว

ในประเทศเยอรมนี เงินอุดหนุนจากรัฐสำหรับการติดตั้งปั๊มความร้อนเป็นจำนวนเงิน 400 เครื่องหมายต่อกิโลวัตต์ ความจุที่ติดตั้ง;

ในญี่ปุ่น มีการผลิตปั๊มความร้อนประมาณ 3 ล้านเครื่องต่อปี

ในสหรัฐอเมริกา 30% ของอาคารที่พักอาศัยมีปั๊มความร้อน มีการผลิตปั๊มความร้อนประมาณ 1 ล้านตัวต่อปี

ในสตอกโฮล์ม 12% ของการทำความร้อนทั้งหมดของเมืองนั้นมาจากปั๊มความร้อนที่มีความจุรวม 320 MW โดยใช้ทะเลบอลติกเป็นแหล่งความร้อนที่มีอุณหภูมิ +8 ° C

ในโลกตามการคาดการณ์ของคณะกรรมการพลังงานโลก ภายในปี 2020 ส่วนแบ่งของปั๊มความร้อนในการจัดหาความร้อน (ภาคเทศบาลและการผลิต) จะอยู่ที่ 75%

เหตุผลในการยอมรับมวลของปั๊มความร้อนมีดังนี้:

การทำกำไร. ในการถ่ายโอนพลังงานความร้อน 1 กิโลวัตต์ไปยังระบบทำความร้อน ปั๊มความร้อนต้องการไฟฟ้าเพียง 0.2 - 0.35 กิโลวัตต์

ความบริสุทธิ์ทางนิเวศวิทยา ปั๊มความร้อนไม่เผาไหม้เชื้อเพลิงและไม่ปล่อยมลพิษสู่ชั้นบรรยากาศ

การบำรุงรักษาขั้นต่ำ . ปั๊มความร้อนมีอายุการใช้งานยาวนานก่อนยกเครื่อง (สูงถึง 10 - 15 หน้าร้อน) และทำงานโดยอัตโนมัติอย่างเต็มที่ การบำรุงรักษาการติดตั้งประกอบด้วยการตรวจสอบทางเทคนิคตามฤดูกาลและการตรวจสอบโหมดการทำงานเป็นระยะ ในการใช้งานสถานีปั๊มความร้อนที่มีความจุสูงถึง 10 MW ไม่จำเป็นต้องมีผู้ปฏิบัติงานมากกว่าหนึ่งคนต่อกะ

ปรับให้เข้ากับระบบทำความร้อนที่มีอยู่ได้ง่าย

ในระยะสั้นคืนทุน . เนื่องจากต้นทุนการผลิตความร้อนต่ำ ปั๊มความร้อนจะจ่ายออกไปโดยเฉลี่ย 1.5 - 2 ปี (ช่วงความร้อน 2 - 3 ฤดูกาล)

ขณะนี้มีสองทิศทางของการพัฒนา TNU:

สถานีปั๊มความร้อนขนาดใหญ่ (HPS) สำหรับการทำความร้อนแบบอำเภอ รวมถึงการอัดไอ HPI และหม้อต้มน้ำร้อนสูงสุดที่ใช้ที่อุณหภูมิอากาศต่ำ กำลังไฟฟ้า (ใช้แล้ว) ของ HPI คือ 20 - 30 MW พลังงานความร้อนอยู่ที่ 110 - 125 MW เมื่อเทียบกับหม้อไอน้ำทั่วไป ประหยัดเชื้อเพลิงได้ถึง 20 - 30% มลภาวะทางอากาศลดลง (ไม่มีหม้อไอน้ำ!);

กระจายอำนาจ การจ่ายความร้อนส่วนบุคคล(ปั๊มความร้อนอัดไอพลังงานต่ำและปั๊มความร้อนเซมิคอนดักเตอร์เทอร์โมอิเล็กทริก) การประหยัดน้ำมันเชื้อเพลิงเมื่อเทียบกับโรงต้มน้ำขนาดเล็กคือ 10 - 20% สามารถทำความเย็นได้ ตามมาด้วยสูง ต้นทุนต่อหน่วยเชื้อเพลิง การลงทุน และค่าแรง

ปั๊มความร้อนเป็นระบบทำความร้อนทั้งหมดที่สามารถให้ความร้อนแก่บ้านส่วนตัวได้ไม่เลวร้ายไปกว่าการทำความร้อนแบบเดิมที่เราคุ้นเคย เป็นที่ชัดเจนว่าในการทำให้ปั๊มทำงาน คุณต้องติดตั้งให้ถูกต้องก่อน

ปั๊มความร้อนทั้งหมดขึ้นอยู่กับแหล่งความร้อนตามธรรมชาติ แบ่งออกเป็นสามประเภทหลัก: น้ำบาดาล น้ำ-น้ำ อากาศ-น้ำ

การติดตั้งแต่ละประเภทมีความแตกต่างและคุณสมบัติของตัวเอง - เพียงพอ โครงสร้างที่ซับซ้อนและการติดตั้งเป็นกระบวนการที่ลำบากซึ่งต้องได้รับการติดต่อด้วยความรับผิดชอบอย่างสูง ในบทความเราจะพิจารณาสิ่งที่คุณต้องใส่ใจเมื่อติดตั้งปั๊มความร้อนประเภทต่างๆ

กฎการติดตั้งปั๊มความร้อนจากพื้นดินสู่น้ำ

แผนผังการทำงานของปั๊มของระบบ "ดิน - น้ำ" (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)

พื้นดินเป็นแหล่งความร้อน เมื่อลงไปที่พื้น 5 เมตร คุณจะเห็นว่าอุณหภูมิที่นั่นเกือบเท่ากันตลอดทั้งปี (ในภูมิภาคส่วนใหญ่ของรัสเซียคือ 8-10 °C)

ด้วยเหตุนี้การทำความร้อนจะมีประสิทธิภาพสูง ระบบทำงานดังนี้: เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนภาคพื้นดินที่ตั้งอยู่บนพื้นดินรวบรวมพลังงานซึ่งสะสมอยู่ในน้ำหล่อเย็นหลังจากนั้นจะเคลื่อนไปที่ปั๊มความร้อนและส่งคืน

แผนผังของปั๊มของระบบ "น้ำ - น้ำ" (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)

พลังงานส่วนหนึ่งที่ปล่อยออกมาจากดวงอาทิตย์ยังคงอยู่ใต้น้ำ โดยเฉพาะในเสาน้ำ ที่ด้านล่างของอ่างเก็บน้ำหรือในดินด้านล่าง ท่อพิเศษเต็มไปด้วยสินค้า

อุณหภูมิสูงของน้ำหล่อเย็นใน ช่วงฤดูหนาวให้ประสิทธิภาพและการถ่ายเทความร้อนที่มากขึ้นแต่อนิจจามันไม่เหมาะสำหรับการติดตั้งในบ้านส่วนตัว

มากหรือน้อยสำหรับ บ้านหลังเล็กเหมาะสมกับตัวอีกด้วย เครื่องสูบน้ำแบบพิเศษจะสูบน้ำจากบ่อน้ำไปยังเครื่องระเหย หลังจากนั้นน้ำจะถูกระบายไปยังอีกบ่อหนึ่งที่อยู่ด้านล่างของแม่น้ำและไหลลงสู่ชั้นใต้ดินลึก 15 เมตร

คำแนะนำจากผู้เชี่ยวชาญ:ก่อนใช้ระบบน้ำ-น้ำ จำเป็นต้องป้องกันไม่ให้เศษขยะเข้าไปในเครื่องระเหยและป้องกันสนิม รวมทั้งติดตั้งตัวกรอง หากน้ำอุดมไปด้วยเกลือ จำเป็นต้องมีเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนระดับกลางโดยมีการไหลเวียนของน้ำบริสุทธิ์หรือสารป้องกันการแข็งตัวอยู่ภายใน

อย่างไรก็ตาม หากน้ำจากบ่อน้ำระบายได้ไม่ดี ปั๊มอาจเกิดน้ำท่วมเล็กน้อยและน้ำท่วมได้

กฎการติดตั้งปั๊มความร้อนแบบอากาศสู่น้ำ

แผนภาพการทำงานของปั๊มลมสู่น้ำ (คลิกเพื่อดูภาพขยาย)

เป็นที่นิยมน้อยกว่าน้ำบาดาลเนื่องจากในฤดูหนาวไม่สามารถเอาความร้อนออกจากอากาศได้เพียงพอ -20 °C - ขีด จำกัด ของปั๊มความร้อนหลังจากนั้นเครื่องกำเนิดความร้อนเพิ่มเติมเริ่มทำงาน

รูปแบบการติดตั้งพื้นฐาน:

1. โครงสร้างแบบโมโนบล็อกถูกติดตั้งภายในอาคาร อุปกรณ์ทั้งหมดถูกประกอบเข้าด้วยกันในตลับเดียวท่ออากาศที่ยืดหยุ่นได้เชื่อมต่อกลไกกับถนน นอกจากนี้ยังมีการสร้างโมโนบล็อกภายนอก
2. เทคโนโลยี Split ประกอบด้วยสองช่วงตึกที่เชื่อมต่อกัน

แห่งหนึ่งตั้งอยู่ริมถนน อีกแห่งหนึ่งอยู่ในอาคาร ในอันแรกมีการติดตั้งพัดลมพร้อมเครื่องระเหยและในอันที่สอง - ระบบอัตโนมัติและคอนเดนเซอร์ สามารถติดตั้งคอมเพรสเซอร์ได้ทั้งในร่มและกลางแจ้ง

รับทราบ:เมื่อเลือกปั๊มความร้อนจากแหล่งอากาศ โปรดจำไว้ว่าเมื่ออากาศเย็น พลังงานจะสูญเสียไปเกือบครึ่งหนึ่ง

ในปั๊มความร้อนประเภทนี้ใหม่ มีการแนะนำฟังก์ชันที่ช่วยให้คุณสามารถรวบรวมความร้อนจากห้อง การปล่อยการระบายอากาศ และ ก๊าซไอเสีย. ด้วยเหตุนี้จึงทำให้ห้องร้อนและทำให้น้ำร้อนไหลได้

เมื่อซื้อปั๊มความร้อน คุณต้องให้ความสำคัญกับความต้องการเฉพาะของบ้านคุณ

ตามหลักการแล้ว คุณจำเป็นต้องรู้การสูญเสียความร้อนของบ้านและสภาพอากาศของที่อยู่อาศัย ข้อมูลเหล่านี้มีความสำคัญในการเลือกกำลังและรุ่นของปั๊มความร้อนที่เหมาะสม

แต่คุณต้องจำไว้ว่าในการเลือกปั๊มความร้อน คุณต้องเลือกส่วนประกอบทั้งหมดให้ถูกต้องด้วย ระบบทำความร้อนซึ่งปั๊มความร้อนจะทำงาน

เป็นไปไม่ได้ที่จะหาปั๊มความร้อนแบบสากล เนื่องจากระบบทำความร้อนแต่ละระบบมีเอกลักษณ์เฉพาะตัว
อย่างไรก็ตาม ระบบทำความร้อนทั้งหมดที่มีอุปกรณ์นี้มีเกณฑ์ทั่วไปที่ส่งผลต่อรูปแบบการเชื่อมต่อปั๊มความร้อน:

• การปรากฏตัวของแหล่งความร้อนเพิ่มเติม (หม้อไอน้ำร้อน แบตเตอรี่พลังงานแสงอาทิตย์, อบ);
• การปรากฏตัวของวงจรน้ำ (พื้นอุ่น, ชุดคอยล์พัดลม, หม้อน้ำ);
• ความจำเป็นในการจัดหาน้ำร้อน
• การมีเครื่องปรับอากาศ
• การมีอยู่ของระบบระบายอากาศ
• ประเภทของปั๊มความร้อน

หากคุณคำนึงถึงความแตกต่างเหล่านี้และความต้องการส่วนบุคคลของคุณ คุณสามารถสร้าง ทางเลือกที่เหมาะสมและเป็นเจ้าของระบบทำความร้อนที่เชื่อถือได้ ทนทาน และประหยัด

ดูวิดีโอซึ่งแสดงขั้นตอนการติดตั้งปั๊มความร้อนทั้งหมด:

ทำกำไรน้อยลงและสูญเสียความเกี่ยวข้อง การเผาไหม้ของก๊าซหรือเชื้อเพลิงเหลวในหม้อไอน้ำทำให้งบประมาณลดลงอย่างที่ไม่เคยมีมาก่อน ประหยัดเงินได้มากโดยใช้ ปั๊มความร้อนสำหรับทำความร้อนที่บ้าน พวกเขาอยู่บนพื้นฐานของการใช้พลังงานธรรมชาติฟรีซึ่งมีอยู่ทุกหนทุกแห่ง มันต้องถ่ายเท่านั้น

ประสิทธิภาพการลงทุน

แอลพีจีและดีเซลไม่สามารถแข่งขันกับปั๊มความร้อนได้ในแง่ของต้นทุนการทำงานหรือความสะดวกสบายในการใช้งาน ใช้สำหรับทำความร้อน เชื้อเพลิงแข็งยากต่อการทำงานอัตโนมัติและใช้แรงงานมาก ไฟฟ้าเป็นพลังงานรูปแบบที่สะดวกสบายแต่มีราคาแพง หากต้องการเชื่อมต่อหม้อต้มน้ำไฟฟ้า คุณต้องมีสายไฟฟ้าแรงสูงแยกต่างหาก จนถึงตอนนี้ในสภาพภายในประเทศ ก๊าซธรรมชาติยังคงเป็นที่ต้องการตัวมากที่สุด มุมมองที่สะดวกสบายเชื้อเพลิง. แต่มีข้อเสียหลายประการ:

1. การออกใบอนุญาต
2. การประสานงานของโครงการในหน่วยงานกำกับดูแลและกับเพื่อนบ้าน
3. ส่วนหนึ่งของการดำเนินการเชื่อมต่อและเชื่อมต่อสามารถทำได้โดยองค์กรที่ได้รับอนุญาตเท่านั้น
4. การตรวจสอบมิเตอร์เป็นระยะ
5. การกระจายเครือข่ายที่จำกัดและความห่างไกลของจุดเชื่อมต่อ
6. ต้นทุนสูงสำหรับการวางสายการจัดหา
7. อุปกรณ์ที่ใช้แก๊สเป็นแหล่งของภัยคุกคามและต้องมีการควบคุมที่มีการควบคุม

ข้อเสียเปรียบที่สำคัญของปั๊มความร้อนถือได้ว่าเป็นการลงทุนที่สูงในขั้นตอนการซื้อและติดตั้งอุปกรณ์เท่านั้น ราคาของระบบทำความร้อนมาตรฐานสำหรับ ปั๊มความร้อนด้วยเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนใต้พิภพประกอบด้วยต้นทุนงานเจาะและอุปกรณ์เฉพาะพร้อมติดตั้ง ชุดประกอบด้วย:

• ชุดโพรบ;
• โพรพิลีนไกลคอล;
• หม้อต้มน้ำร้อนทางอ้อมสำหรับน้ำร้อน
• ชุดอุปกรณ์สูบน้ำและระบบอัตโนมัติ

งานนี้ดำเนินการโดยบุคลากรที่ผ่านการรับรอง เครื่องมือระดับมืออาชีพ. ค่าใช้จ่ายล่วงหน้าที่สูงขึ้นเล็กน้อยนั้นสมดุลด้วยผลประโยชน์ที่สำคัญ:

1. การติดตั้งปั๊มความร้อนนั้นประหยัดมาก ซึ่งทำให้คุณสามารถชดใช้ค่าใช้จ่ายเพิ่มเติมได้ในเวลาเพียงไม่กี่ฤดูกาล
2. มีโอกาสเพียงพอสำหรับการดำเนินการที่ยืดหยุ่น ระบบควบคุมอัตโนมัติด้วยการบำรุงรักษาขั้นต่ำ
3. ความสะดวกสบายในการใช้งาน
4. เหมาะสำหรับการติดตั้งที่อยู่อาศัยด้วยการออกแบบที่สวยงามและทันสมัย
5. การระบายความร้อนของอาคารโดยใช้อุปกรณ์ชุดเดียวกัน
6. เมื่อทำงานเพื่อระบายความร้อน นอกเหนือจากโหมดการทำงานแบบแอ็คทีฟแล้ว ยังสามารถใช้อุณหภูมิที่ลดลงของน้ำและดินธรรมชาติเพื่อใช้งานโหมดพาสซีฟโดยไม่มีค่าใช้จ่ายด้านพลังงานโดยไม่จำเป็น
7. พลังงานต่ำของอุปกรณ์ไม่จำเป็นต้องวางสายไฟหน้าตัดขนาดใหญ่
8. ไม่จำเป็นต้องมีใบอนุญาต
9. ความเป็นไปได้ของการใช้สายไฟที่มีอยู่ของอุปกรณ์ทำความร้อน

สำหรับการผลิตพลังงานความร้อน 1 กิโลวัตต์ก็เพียงพอที่จะใช้จ่ายไม่เกิน 250 วัตต์ สำหรับทำความร้อนในครัวเรือนส่วนตัวขนาด 1 ตร.ม. พื้นที่กินไฟเพียงประมาณ 25 W / h และนั่นคือน้ำร้อน คุณสามารถเพิ่มประสิทธิภาพในการใช้พลังงานได้ด้วยการปรับปรุงฉนวนกันความร้อนในบ้านของคุณ

มันทำงานอย่างไร

ปั๊มความร้อนซึ่งทำงานโดยยึดตามวัฏจักรคาร์โนต์ใช้พลังงานไม่ใช่เพื่อให้ความร้อนแก่สารหล่อเย็น แต่สำหรับการสูบความร้อนจากภายนอก เทคโนโลยีไม่ใช่เรื่องใหม่ ปั๊มความร้อนทำงานในบ้านของเราโดยเป็นส่วนหนึ่งของตู้เย็นมานานหลายทศวรรษ ในตู้เย็น ความร้อนจากห้องจะเคลื่อนออกสู่ภายนอก ในการติดตั้งระบบทำความร้อนล่าสุด มีการนำกระบวนการย้อนกลับมาใช้ แม้อุณหภูมิภายนอกจะต่ำ แต่ก็มีพลังงานมากมายอยู่ที่นั่น

เป็นไปได้ที่จะนำความร้อนจากตัวที่เย็นกว่าและให้มันร้อนขึ้นด้วยคุณสมบัติของสารในการใช้พลังงานระหว่างการระเหยและปล่อยระหว่างการควบแน่นรวมถึงการเพิ่มอุณหภูมิอันเป็นผลมาจากการบีบอัด เงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับการต้มและการระเหยจะเกิดขึ้นโดยการเปลี่ยนความดัน ฟรีออนถูกใช้เป็นสารทำงานที่มีจุดเดือดต่ำ

ในปั๊มความร้อน การเปลี่ยนแปลงเกิดขึ้นใน 4 ขั้นตอน:

1. เมื่อระบายความร้อนต่ำกว่าอุณหภูมิแวดล้อม ของเหลวทำงานของของเหลวจะหมุนเวียนผ่านขดลวดเมื่อสัมผัสกับมัน ของเหลวร้อนขึ้นและระเหย
2. ก๊าซถูกบีบอัดโดยคอมเพรสเซอร์ทำให้อุณหภูมิเกิน
3. ในขดลวดภายในที่เย็นกว่า การควบแน่นเกิดขึ้นจากการปล่อยความร้อน
4. ของเหลวจะถูกบายพาสผ่านอุปกรณ์ควบคุมปริมาณ เพื่อรักษาความแตกต่างของแรงดันระหว่างคอนเดนเซอร์และเครื่องระเหย

นำไปปฏิบัติ

การสัมผัสโดยตรงของเครื่องระเหยและคอนเดนเซอร์กับสภาพแวดล้อมภายนอกและภายในนั้นไม่เป็นเรื่องปกติสำหรับระบบทำความร้อนที่ใช้ปั๊มความร้อน การถ่ายเทพลังงานเกิดขึ้นในเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน น้ำหล่อเย็นที่สูบผ่านวงจรภายนอกจะปล่อยความร้อนไปยังเครื่องระเหยเย็น คอนเดนเซอร์ร้อนส่งผ่านไปยังระบบทำความร้อนของบ้าน

ประสิทธิภาพของรูปแบบดังกล่าวขึ้นอยู่กับความแตกต่างของอุณหภูมิระหว่างสภาพแวดล้อมภายนอกและภายในเป็นอย่างมาก ยิ่งมีขนาดเล็กยิ่งดี ดังนั้นความร้อนจึงไม่ค่อยถูกดึงออกจากอากาศภายนอกซึ่งมีอุณหภูมิต่ำมาก

ตามสถานที่รับพลังงานการติดตั้งประเภทต่อไปนี้มีความโดดเด่น:

• "น้ำบาดาล";
• "น้ำ-น้ำ";
• "อากาศ-น้ำ".

ของเหลวที่ไม่แช่แข็งที่ปลอดภัยถูกใช้เป็นตัวพาความร้อนในระบบดินและน้ำ อาจเป็นโพรพิลีนไกลคอล ไม่อนุญาตให้ใช้เอทิลีนไกลคอลเพื่อจุดประสงค์ดังกล่าว เนื่องจากหากระบบถูกลดแรงดันก็จะทำให้เกิดพิษต่อดินหรือชั้นหินอุ้มน้ำ

การติดตั้งน้ำบาดาล

ที่ระดับความลึกตื้นแล้ว อุณหภูมิของดินขึ้นอยู่เพียงเล็กน้อย สภาพอากาศดินจึงมีประสิทธิภาพ สภาพแวดล้อมภายนอก. ต่ำกว่า 5 เมตร เงื่อนไขไม่เปลี่ยนแปลงตลอดเวลาของปี การติดตั้งมี 2 ประเภท:

• พื้นผิว;
• ความร้อนใต้พิภพ

ในขั้นแรก ร่องลึกที่ขยายออกจะถูกขุดบนไซต์ให้มีความลึกต่ำกว่าระดับจุดเยือกแข็ง พวกเขาถูกจัดวางเป็นวงแหวน ท่อพลาสติกส่วนที่เป็นของแข็งและปกคลุมด้วยดิน

ใน ระบบความร้อนใต้พิภพการแลกเปลี่ยนความร้อนเกิดขึ้นที่ระดับความลึกในบ่อ อุณหภูมิที่สูงและคงที่ในส่วนลึกของโลกให้ผลทางเศรษฐกิจที่ดี บนไซต์มีการเจาะหลุมที่มีความลึก 50 ถึง 100 เมตรในปริมาณที่ต้องการตามการคำนวณ สำหรับอาคารบางหลัง 1 บ่ออาจเพียงพอสำหรับบางอาคาร 5 บ่อไม่เพียงพอ โพรบแลกเปลี่ยนความร้อนถูกหย่อนลงไปในบ่อน้ำ

การติดตั้งน้ำสู่น้ำ

ระบบดังกล่าวใช้พลังงานน้ำที่ไม่แข็งตัวในฤดูหนาวที่ด้านล่างของแม่น้ำและทะเลสาบหรือน้ำใต้ดิน การติดตั้งน้ำมี 2 ประเภทขึ้นอยู่กับสถานที่แลกเปลี่ยนความร้อน:

• ในสระน้ำ
• บนเครื่องระเหย

ตัวเลือกแรกมีราคาแพงที่สุดในแง่ของการลงทุน ท่อส่งจะจมลงสู่ก้นแหล่งน้ำใกล้เคียงและป้องกันพื้นผิวใหม่ ประการที่สองใช้ในกรณีที่ไม่มีแหล่งน้ำในบริเวณใกล้เคียง กำลังเจาะ 2 หลุม: อุปทานและรับ จากอันแรก น้ำจะถูกสูบไปยังตัวที่สองผ่านตัวแลกเปลี่ยนความร้อน

การติดตั้งอากาศสู่น้ำ

ติดตั้งเครื่องแลกเปลี่ยนความร้อนด้วยอากาศใกล้กับบ้านหรือบนหลังคา มันไหลผ่านมัน อากาศภายนอก. ระบบดังกล่าวมีประสิทธิภาพน้อยกว่า แต่ราคาถูก การติดตั้งในสถานที่ลีช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการทำงาน

การประกอบตัวเองของระบบ

ด้วยความปรารถนาอย่างแรงกล้าคุณสามารถลองติดตั้งปั๊มความร้อนด้วยมือของคุณเอง ซื้อคอมเพรสเซอร์ฟรีออนอันทรงพลัง คอยล์ท่อทองแดง เครื่องแลกเปลี่ยนความร้อน และอื่นๆ วัสดุสิ้นเปลือง. แต่มีรายละเอียดปลีกย่อยมากมายในงานนี้ พวกเขาประกอบด้วยไม่มากในการปฏิบัติตาม งานติดตั้ง, ในการคำนวน การปรับจูน และบาลานซ์ระบบที่ถูกต้องเท่าไหร่

เพียงพอที่จะหยิบสาย freon ไม่สำเร็จเพื่อให้ของเหลวที่เข้าสู่คอมเพรสเซอร์ปิดการใช้งานทันที ความยากลำบากอาจเกิดขึ้นกับการนำไปปฏิบัติ การควบคุมอัตโนมัติประสิทธิภาพของระบบ