Источники теплоты для тепловых насосов

Применение ТН требует не только затрат энергии на привод, но и дополнительного источника тепла. Особый интерес представляют те источники теплоты, которые не могут использоваться обычными способами, то есть с температурой менее 45 ° С. К таким источникам относится энергия отходов низкопотенциальной промышленной теплоты с температурой 20 - 40 ° С и выше, а также энергия окружающей среды.

Окружающая среда представляет интерес как источник энергии тогда, когда его температурный уровень незначительно отличается от температуры потребителя, что, например, характерно для воздушного отопления помещения. Здесь в зависимости от времени года необходимые температуры воздуха в помещении и источники энергии из окружающей среды обычно отличаются не более чем на 10 ... 15 К, а в исключительных случаях до 35 К.

Источником энергии из окружающего пространства (энергоносителем) является почва, грунтовые и поверхностные воды, воздух, растения и здания. Температурное поле окружающей среды неоднородно по месту ее времени как вне, так и внутри источников энергии. Такое неоднородное температурное поле возникает из-за дифференцированный распределение солнечной радиации на поверхности Земли, зависит не только от географического положения, а также и ВИЧ различий атмосферных условий, особенно облачности и атмосферных разрядов. Затиненнисть, вызванная растениями и зданиями, атмосферные течения и различные препятствия распространению теплоты увеличивают неоднородность температурного поля. Также неравномерно поступает в окружающую среду отработана теплота процессов преобразования энергии, что особенно заметно в промышленных зонах, городах и электростанциях.

С помощью тепловых насосов можно использовать существующую повсеместно энергию окружающего пространства, прежде всего с мстою отопления помещений. Однако эффективность использования тепловых насосов предусматривает учет целесообразных условий эксплуатации, связанных с температурным полем источника энергии.

При применении ТН не стремятся к непосредственному использованию энергии окружающего пространства, что является неэффективным источником, а пытаются использовать источники с высоким температурным уровнем, чтобы достичь высокого коэффициента преобразования благодаря небольшим температурным перепадам между источником тепла и теплонасосной установкой.

Энергия глобального пространства создается в основном потоками, к которым относят солнечную радиацию и отработанную теплоту. Температурный уровень этих двух потоков при входе в пространство больше температуры окружающей среды, поэтому рекомендуется использовать эти потоки для работы тепловых насосов прежде чем их температура сравняется с температурой окружающей среды.

Поскольку потребность в теплоте по времени не всегда соответствует количеству тепла, имеющегося в окружающем пространстве, целесообразно для уменьшения несоответствия применять низкотемпературные аккумуляторы. Использование их позволяет при относительно небольших потерях теплоты создать высокотемпературный тепловой источник, который можно использовать с высоким коэффициентом преобразования в необходимый момент и обеспечить периодический режим эксплуатации во время пиковых нагрузок.

Тепловые насосы для отопления помещений

Назначение установок для отопления помещений - обеспечить необходимую внутреннюю температуру при любой наружной температуре в отопительный период (комфортная температура составляет около 20 ° С). Температура в помещении может незначительно отличаться от температуры окружающей среды, в этих условиях установки для отопления служат подходящим объектом для применения ТН, работающих на энергии окружающего пространства. Если учесть, что около 35% всей необходимой энергии приходится на отопление помещений и все установки работают по единому технологическому принципу, становятся понятными широкие возможности применения тепловых насосов в этой области.

Идеальный коэффициент преобразования Карно для отопления при средней наружной температуре в течение отопительного периода Т0 п = 277 К и температуре внутри помещения тй = 294 К устанавливает

Существующие отопительные установки с тепловым насосом имеют коэффициент преобразования равным лишь части от этого значения, однако при заданной температуре источника это значение тем больше, чем ниже начальная температура в подающем трубопроводе отопительной сети.

В качестве теплоносителя для традиционных нагревательных приборов в жилых и общественных зданиях в большинстве случаев используется горячая вода с температурой 90 ° С, реже с температурой 110 ° С. В этом интервале температур на входе в систему отопления невозможно экономически применять тепловой насос без дополнительных мер. Тепловой насос с температурой 60 ° С работает с коэффициентом преобразования, находится вблизи предельных значений (и ниже), при которых сохраняется экономическая эффективность, поэтому эффект от применения теплового насоса реализуется только при температуре воды в подающей линии менее 45 ° С, то есть в низкотемпературных системах отопления. Низкотемпературные отопительные системы при соответствующем расчете могут эксплуатироваться со всеми известными типами радиаторов и повитроопалювальнимы приборами.

Достижения температуры 20 ° С в помещении с применением отопительных котлов сопровождается низкой эффективностью: первичные носители энергии сжигаются в котле при температуре 1100 ° С, тепловая энергия с промежуточным преобразованием при 90 ° С подается в нагревательные приборы, в результате эксергетический КПД составляет 3,5% . Таким образом, в обычных системах отопления первичная энергия используется неэффективно, так как значительная часть эксергии теряется через необратимость процессов.

В случае применения ТН необходимо по условиям комфортности температура помещения создается на принципиально иной основе. В качестве источника тепла используется окружающую среду и источники с температурой близкой к температуре окружающей среды, причем реализация их энергии обычными техническими средствами невозможно. С помощью приводной энергии ТН температура увеличивается до эксплуатационного уровня (45 ° С) и обеспечиваются в помещении 20 ° С. Расход первичной энергии на тепловой насос может быть значительно снижена при использовании для этих целей электроэнергии. Эксергетическая характеристика ТН улучшается по сравнению с обычными установками на 150%, так как большая часть тепловой энергии извлекается из окружающей среды. Из этого следует установка для отопления помещений отвечают требованиям эксплуатации тепловых насосов.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >