Тепловые насосы: прогрессивный метод энергообеспечения зданий-Автоматизация и диспетчеризация

Опубликовано: 04.09.2018

Автор: К. П. Пруненко

Дата: 10.10.2005

«СтройПРОФИль» 6 (44)

Тепловые насосы: прогрессивный метод энергообеспечения зданий

В статье представляется технология получения альтернативной энергии с помощью тепловых насосов, получивших широкое распространение в мире.

 

Принцип действия теплового насоса аналогичен принципу действия холодильника, разница лишь в том, что в случае теплового насоса аккумулируется не холод, а тепло. Тепловой насос имеет четыре основных элемента: испаритель, компрессор, конденсатор и сбросной клапан. В испарителе хладагент нагревается до температуры 6-8 0С, отобранной из окружающей среды (из земли, воды, воздуха), закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором, и при росте давления температура хладагента поднимается до 35-70 0С. Эта температура отдается через теп-лообменник конденсатора рабочей жидкости отопительного контура, и хладагент обратно конденсируется. Сбросной клапан сбрасывает давление, перепуская хладагент в испаритель. Цикл замыкается.

В середине 70-х гг. прошлого века был первый подъем производства тепловых насосов. Причиной такого явления были первый нефтяной кризис и поиск альтернативных источников энергии. Но, к сожалению, технология тепловых насосов еще не была достаточно хорошо отработана, и качество материалов оставляло желать лучшего. Поэтому их срок службы и коэффициент мощности были очень малы. Со временем ажиотаж вокруг тепловых насосов утих, и на 20 лет они ушли в небытие.

Но все это время велись работы по усовершенствованию технологии и материалов, используемых для тепловых насосов. И сейчас в мире наблюдается быстрый рост продаж тепловых насосов как для промышленных, так и для частных нужд. На сегодняшний день в Германии ежегодно устанавливают 10 000 тепловых насосов, в США производится около 1 млн. теп-ловых насосов в год, в Японии - около 3 млн., в Стокгольме 30% всего отопления города обеспечивается тепловыми насосами. Такой подъем альтернативной энергетики обусловлен стремительным ростом цен на нефть, за последние 3 года цена на нефть выросла почти в 3 раза. В мире, по прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 г. доля тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.

Но не только рост цен на энергоносители вызвал такой ажиотаж вокруг тепловых насосов. Сама технология их применения стала более совершенной. Коэффициент мощности современных тепловых насосов достигает 700%, температура подачи - 70 0С, а срок службы - более 20 лет.

Тепловой насос представляет собой эффективную замену котлу на жидком, газовом топливе или электричестве. Для хорошо спроектированного и построенного дома площадью 180 кв. м необходимо 10-12 кВт тепловой энергии, которую можно получить, опустив 2 зонда в землю на глубину 100 м каждый.

Преимущества теплового насоса перед другими источниками теплоснабжения неоспоримы и приведены ниже.

1. Экономичность:

низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД теплового насоса (от 300% до 700%) и позволяет получить на 1 кВт затраченной электрической энергии 3-7 кВт тепловой энергии. Система требует минимум электроэнергии для поддержания комфортной температуры жилья, а также получения достаточного запаса горячей воды; система исключительно долговечна, срок эксплуатации грунтового зонда может достигать 100-150 лет, отопительного контура - 100 лет. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью является компрессор, срок службы которого составляет 20 лет. Его можно легко заменить по истечении срока эксплуатации; отсутствие необходимости в закупке, транспортировке, хранении топлива и расходе денежных средств, связанных с этим; высвобождение значительной территории, необходимой для размещения котельной, подъездных путей и склада с топливом; срок окупаемости оборудования не превышает 6-8 отопительных сезонов.

2. Комфортность:

тепловой насос работает устойчиво; колебания температуры и влажности в помещении минимальны; не требует специальной вентиляции помещений, где происходит нагрев воды и теплоносителя; абсолютно взрыво- и пожаробезопасен; в процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инст-рукции; систему можно диагностировать на расстоянии и вносить корректировки. Для этого необходимо иметь линию выхода в Интернет; есть обширные возможности по встраиванию тепловых насосов с систему <умного дома>; обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы.

3. Дизайн:

тепловой насос не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания; занимает минимум пространства, и о нем станет известно вашим гостям только, если вы этого захотите.

4. Экологичность:

экологически чистый метод отопления и кондиционирования, т. к. не производится эмиссия CO2, NOХ и других выбросов, приводящих к нарушению озонового слоя и кислотным дождям; отсутствуют аллергено-опасные выбросы в помещение, т. к. нет сжигаемого топлива, и не используются запрещенные хладагенты; бережен по отношению к вашему здоровью и окружающей среде.

Из сравнительных характеристик можно сделать соответствующие выводы:

Уже на данный момент тепловые насосы являются более экономичными, чем котлы на дизельном топливе или электрическое отопление, а в ближайшем будущем, когда цены на энергоносители сравняются с европейскими, они станут бесспорными лидерами и будут превосходить даже газовые котлы. Также можно предположить, что рост цен будет более резким, поскольку природных запасов нефти и газа осталось всего лишь на 40 и 60 лет соответственно. Поскольку тепловые насосы не используют в своей работе топливо, то соответственно стоимость их эксплуатации не будет четко зависеть от изменения цен на энергоносители.

Тепловой насос является законченной системой, которая вполне может работать самостоятельно без взаимодействия с другими инженерными сетями на объекте и обладает необходимыми средствами для самоконтроля и диагностики неисправностей. Тем не менее при необходимости на объекте может быть создана система автоматизации и диспетчеризации инженерных сетей, включающая функцию управления энергетической установкой и обеспечивающая совместную слаженную работу этих сетей и устройств. Такая система автоматизации, помимо экономии энергоресурсов, обеспечивает также существенно более высокий комфорт, повышает ресурс всего технологического оборудования и позволяет снизить затраты на его обслуживание.

Например, в контроллере тепловых насосов, для этой цели предназначен специальный LON-интерфейс. LON - это один из самых современных и вместе с тем распространенных в мире стандартов для построения подобных систем. Он позволяет получать всю необходимую информацию о работе инженерного оборудования через различные каналы связи, включая Internet, сети GSM и пр. Например, хозяин квартиры или коттеджа из любой точки мира может через Internet посмотреть, в каком состоянии находится его жилище или командой с мобильного телефона задать нужную температуру в доме, чтобы к его приезду в нем было уже тепло. Кроме того, данная функция является полезной для организаций, обслуживающих тепловые насосы, поскольку позволяет оперативно получать информацию об авариях.

В России уже сейчас, при сравнительно низких ценах на энергоносители, многие прогрессивные и образованные люди, думающие о будущем, выбирают тепловые насосы для отопления и подготовки горячей воды, делая сознательный вклад в будущее.

rss