WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


Pages:     || 2 | 3 |

Тепловые насосы: вчера, сегодня, завтра

http://ekiptnu.ru/doc3.shtml

Др техн. наук И.М.Калнинь

И.К.Савицкий

The advantages of heat pumps as compared to traditional technologies of heat supply are evaluated. The applications and examples of use of heat pumps are described. Foreign experience has been analyzed. The state and prospects for the development of production and use of heat pumps in Russia are considered

Теплонасосные установки, осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, черпают возобновляемую низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, повышают ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивая в 1,2...2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива. Применение теплонасосных установок это и сбережение невозобновляемых энергоресурсов, и защита кружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 (парникового газа) в атмосферу. Тепловые насосы вышли из недр холодильной техники и, как правило, создаются и выпускаются заводами холодильного машиностроения. Это одно из важнейших пересечений техники низких температур с энергетикой.

    Теплонасосные установки целесообразно использовать при переходе к децентрализованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее потребителя, а топливо сжигается вне населенного пункта (города) [4]. Внедрение таких экономичных и экологически чистых технологий теплоснабжения необходимо в первую очередь во вновь строящихся районах городов и в населенных пунктах при полном исключении применения электрокотельных, потребление энергии которыми в 34 раза превышает потребление ее теплонасосными установками.

    Важнейшая особенность теплонасосных установок универсальность по отношению к виду используемой энергии (электрической, тепловой). Это позволяет оптимизировать топливный баланс энергоисточника путем замещения более дефицитных энергоресурсов менее дефицитными.

    Еще одно преимущество теплонасосных установок широкий диапазон мощности (от долей до десятков тысяч киловатт), перекрывающий мощности любых существующих теплоисточников, в том числе малых и средних ТЭЦ.

    Использование теплонасосных установок перспективно в комбинированных схемах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, биоэнергии), так как позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей. Применение теплонасосных установок вносит наибольший вклад в экономию невозобновляемых энергоресурсов с помощью технологий нетрадиционной энергетики.

    Перечисленные преимущества теплонасосных установок обусловили их широкое и всевозрастающее распространение в развитых странах и во всем мире. Ставится задача не о локальном или ограниченном применении теплонасосного теплоснабжения, а о максимальном отказе от прямого сжигания для этих целей органического топлива.

    Коэффициент преобразования теплового насоса (µ отношение отдаваемой теплоты к затраченной энергии) зависит от разности требуемой температуры потребителя Тивт (температура источника высокопотенциальной теплоты) и температуры источника низкопотенциальной теплоты Тинт, термодинамических свойств рабочего вещества и особенностей термодинамического цикла и технического совершенства конструкции теплового насоса. В первом приближении можно считать, что коэффициент ? зависит только от разности температур (ТИВТ ТИНТ). Чем меньше эта разность, тем выше коэффициент µ     Для сопоставления эффективности тепловых насосов и традиционных генераторов теплоты, например котельных, а также сравнения тепловых насосов разных принципов действия, например парокомпрессионного с приводом компрессора от электродвигателя и абсорбционного, потребляющего тепловую энергию, применяют обобщенный критерий коэффициент использования первичной энергии К. Он определяется как отношение полезной теплоты теплового насоса к теплотворной способности израсходованного топлива (7 Гкал на 1 т условного топлива; 1 Гкал = 4,186810^9 Дж).

    Удачное сочетание параметров ИНТ и требуемых параметров теплоты у потребителя важнейшее условие эффективного применения тепловых насосов. Сближение температур ИНТ и ИВТ достигается совершенствованием систем использования теплоты. Так, для современной системы напольного отопления достаточна температура 25...35 °С, тогда как для традиционной системы отопления ИВТ должен иметь температуру 70... 100 °С.



    Сопоставление альтернативных вариантов теплоснабжения по степени использования первичной энергии показывает, что наименее эффективен прямой электрический обогрев (Кэл= 0,27...0,34), так как на тепловой электростанции при выработке энергии и ее транспортировке по сетям теряется около 70 % первичной энергии.

    Теплоснабжение прямым сжиганием топлива в котельной приводит к потере около 20 % первичной энергии. Коэффициент использования первичной энергии примерно равен КПД котельной: Ккт = 0,75...0,85.

При рациональном применении тепловых насосов обеспечивается экономия первичной энергии (Ктн > 1).

Для теплового насоса с электроприводом коэффициент использования первичной энергии Ктн равен произведению коэффициента преобразования µ. и коэффициента использования первичной энергии при выработке электроэнергии Кэл. Вследствие низких значений последнего тепловой насос уравнивается по эффективности с котельной при µ= 2,5, и поэтому разность температур (ТИВТ ТИНТ), как правило, не должна превышать 60 °С [2].

    Парокомпрессионные тепловые насосы с приводом от теплового двигателя, например от газовой турбины или дизельного двигателя, оказываются более экономичными. Хотя КПД этих двигателей не превышает 35 %, при работе в составе теплового насоса может быть утилизирована и направлена в общий поток среды, нагреваемой тепловым насосом, большая част потерь, которые воспринимаются смазкой, охлаждающей двигатель жидкостью и выхлопными газами. В результате коэффициент использования первичной энергии привода возрастает в 1,5 раза, а экономичность теплового насоса обеспечивается при µ> 2,0.

    В тепловых насосах абсорбционного типа вместо компрессора с механическим приводом используют систему, которую называют "термокомпрессор". Ее преимущество возможность использования тепловой энергии.

Это может быть прямо сжигание топлива, а также различные сбросные потоки теплоты в виде горячей воды, отработавшего пара и т.п. Эти машины имеют более низкий коэффициент преобразования (коэффициент трансформации) по сравнению с парокомпрессионными тепловыми насосами. Однако использование топлива с КПД не ниже, чем у котельной, обеспечивает КТН = 1,2... 1,3.

    Особенно выгодно применение тепловых насосов при одновременной выработке теплоты и холода, что может быть реализовано в ряде промышленных и сельскохозяйственных производств, а также в системах кондиционирования воздуха.

    Количество заменяемого теплонасосными установками органического топлива удобно рассчитывать через его расход при полном полезном использовании теплоты сгорания (0,1428 т условного топлива/ Гкал):

G = 0,1428QТН(1/КАЛЬТ 1/КТН) где G разность расходов топлива при выработке теплоты Qтн (Гкал) по традиционной технологии и с помощью теплонасосной установки, т условного топлива;

    КАЛЬТ, КТН коэффициенты использования первичной энергии при альтернативном варианте теплоснабжения и при теплоснабжении с помощью теплонасосной установки.

    Для укрупненных расчетов количества топлива (т условного топлива), замещаемого тепловой энергией теплонасосных установок, целесообразно принять КАЛЬТ = 0,8 (примерное значение КПД котельных) и КТН = 1,3 (среднее значение коэффициента использования первичной энергии для теплонасосной установки):

G = 0.072QТН.

    (табл.1) Таблица   Марка машины Тепловая мощность, кВт Тип ИНТИВТ Назначение Заводизготовитель ТХУ 21, Водавода Для молочных ферм ПО "Мелитопольхолодмаш" ТХУ 30, Тоже То же ПО "Мелитопольхолодмаш" ТХУ 45, " " ПО "Одесхолодмаш" НТ 45, Водавоздух Общего применения ПО "Мелитопольхолодмаш" НТ 65, Тоже То же ПО "Мелитопольхолодмаш" НТ 100, Водавода " Завод "Красный факел", г. Москва НТ 300, То же " ПО "Компрессор", г. Москва НТ 500, " " ПО "Компрессор", г. Москва НТ 1000, " " НПО "Казанькомпрессормаш" НТ 2500, " " НПО "Казанькомпрессормаш" НТ 8500, " " НПО "Казанькомпрессормаш" НТ 11500, " " НПО "Казанькомпрессормаш"       Применение и особенно производство тепловых насосов в нашей стране развивается с большим опозданием. Пионером в области создания и внедрения тепловых насосов в бывшем СССР был ВНИИхолодмаш. В 19861989 гг. ВНИИхолодмашем был разработан ряд (см.таблицу) парокомпрессионных тепловых насосов теплопроизводительностью от 1 7 кВт до 11,5 МВт двенадцати типоразмеров "водавода" ( в том числе морская вода в качестве ИНТ для тепловых насосов теплопроизводительностью 300... 1000 кВт), "водавоздух" (тепловые насосы на 45 и 65 кВт). Большая часть тепловых насосов этого ряда прошла стадию изготовления и испытания опытных образцов на пяти заводах холодильного машиностроения. Четыре типоразмера выпускались серийно (тепловые насосы теплопроизводительностью 14; 100; 300; 8500 кВт). Общий их выпуск с 1987 г. и почти до 1992 г. может быть оценен в 3000 единиц. Тепловая мощность действующего парка этих тепловых насосов оценивается в 40 МВт.





    Примером может служить созданный в этот период тепловой насос мощностью 5 МВт на базе центробежного компрессора для теплонасосной установки целлюлознобумажного комбината ПО "Светогорск" (Карелия). Эта установка общей тепловой мощностью 27 МВт утилизировала теплоту сбросной воды с температурой 30...35 °С охлаждающей системы технологических аппаратов в цехах и повышала до 75...80 °С потенциал сбросной воды, которая использовалась в системе теплоснабжения целлюлознобумажного комбината и г. Светогорска.

    Хорошо зарекомендовали себя холодильнонагревательные машины типа ТХУ для молочных ферм, которые утилизировали теплоту охлаждаемого молока для технологических нужд.

    В этот период институтом был разработан целый ряд принципиально новых тепловых насосов абсорбционных, компрессионнорезорбционных, компрессионных, работающих на бутане и воде в качестве рабочего вещества и др. [1, 3].

    Последующий период по известным причинам характеризовался спадом спроса на такое новое энергетическое оборудование, каким являются тепловые насосы. Многие освоенные машины и новые разработки оказались невостребованными.

    Однако в последние годы картина стала меняться. Возникли реальные экономические стимулы для энергосбережения. Это связано с ростом цен на энергоносители, а также с изменениями в соотношениях тарифов на электроэнергию и различные виды топлива. Во многих случаях на первый план выступают требования экологической чистоты систем теплоснабжения. В частности, это относится к элитным индивидуальным домам. Появились новые специализированные фирмы в Москве, Новосибирске, Нижнем Новгороде и других городах, проектирующие теплонасосные установки и выпускающие только тепловые насосы. Усилиями этих фирм к настоящему времени дополнительно введен в эксплуатацию парк тепловых насосов общей тепловой мощностью около 50 МВт.

    При реальной рыночной экономике в России тепловые насосы имеют перспективу дальнейшего расширения применения, а производство тепловых насосов может стать соизмеримым с производством холодильных машин соответствующих классов. Эта перспектива может быть оценена при рассмотрении условий теплоэнергоснабжения в основных областях применения теплонасосных установок: жилищнокоммунальном секторе, на промышленных предприятиях, в курортнооздоровительных и спортивных комплексах, в сельскохозяйственном производстве.

    В жилищнокоммунальном секторе  теплонасосные установки находят наибольшее применение (и в мировой, и российской практике) преимущественно для отопления и горячего водоснабжения (ГВС). Здесь можно выделить два направления:

        автономное теплоснабжение от теплонасосных установок;

        использование теплонасосных установок в рамках существующих систем централизованного теплоснабжения.

    Для автономного теплоснабжения коттеджей, отдельных домов (в том числе школ, больниц и т. п.), городских районов, населенных пунктов используют преимущественно парокомпрессионные тепловые насосы тепловой мощностью 10... 30 кВт в единице оборудования (коттеджи, отдельные дома) и до 5 МВт (для районов и населенных пунктов).

Pages:     || 2 | 3 |










© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.