ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОНАСОСНЫХ УСТАНОВОК В СИСТЕМАХ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ

АННОТАЦИЯ

В статье рассматривается вопрос применения и использования теплонасосных установок как низкопотенциального источника тепловой энергии для обеспечения потребителей тепловой энергией в системе отопления здания. На сегодняшний день одним из экологичных и экономичных альтернативных источников тепловой энергии является теплонасосная установка [1]. Использование данных устройств позволит сократить выбросы СО₂. Перечислены основные преимущества и недостатки, появляющиеся при эксплуатации тепловых насосов [2]. Предложена принципиальная схема присоединения теплонасосной установки в систему отопления здания. По полученным результатам основных параметров рассчитаны тепловая нагрузка на систему отопления помещения, температура теплоносителя в подающем трубопроводе, величина потребляемой электроэнергии тепловым насосом [3].

ABSTRACT

The article examines the issue of application and use of heat pump units as a low-potential source of thermal energy to provide consumers with thermal energy in the building heating system. Today, one of the environmentally friendly and economical alternative sources of thermal energy is a heat pump unit. The use of these devices will reduce CO₂ emissions. The main advantages and disadvantages that are important when using heat pumps are listed. A basic diagram of connecting a heat pump installation to a building heating system is proposed. Based on the obtained results of the main parameters, the heat load on the room heating system, the temperature of the coolant in the supply pipeline, the amount of electricity consumed by the heat pump.

Ключевые слова: теплонасосная установка, тепловая энергия, коэффицент преобразования, экология.

Keywords: heat pump unit, thermal energy, conversion coefficient, ecology.

Введение: В Узбекистане с каждым годом дефицит энергоресурсов становится большой проблемой. Экономическое развитие и повышения качества жизни населения страны зависит от развития и бесперебойного функционирования энергетического сектора [1, с.45]. Стремительно угасающая выгода от традиционных методов производства теплоты и электричества все чаще заставляют задумываться о применении альтернативных источников производства теплоты, которые способны приносить выгоду и не снижать уже набранные обороты. Рассматривая различные исследования в области энергетики можно сказать, что развития производства тепловой энергии двигается в сторону тепловых насосов, которые уже в нынешнее время применяют многие развивающиеся страны [2, с. 51].

Тепловой насос - это устройство, которое способен обеспечивать домам, садам, больницам и т.д. отопление зимой, охлаждение летом и производство горячей воды круглый год [1]. Этот устройство, позволяющий переносить тепло из окружающей среды и передавать его теплоносителю, который мы используем в хозяйственно-бытовых целях. Иначе говоря, в системе с тепловым насосом 75% полезного тепла (или холода) обеспечивается за счет бесплатных источников - тепла земли, грунтовых вод или нагретого в помещениях и выбрасываемого на улицу использованного воздуха. Если сравнить эффективность традиционных теплообменников и тепловых насосов можно сказать, что вторые эффективнее в несколько раз. Теплонасосные установки позволяют преобразовывать затраченный 1 кВт электроэнергии, на питание компрессора, в 2,6 – 6 кВт тепловой энергии, в зависимости от условий работы. Критерием, характеризующим эффективность данного процесса, считается коэффициент преобразования μ. который показывает отношение полученной тепловой энергии к затраченной электрической.

Материалы и методы: Статистические данные в области развития тепловых насосов, показывают, что широкое распространение данная технология получила именно 31 в передовых странах, развивающих свою топливную и энергетическую промышленность. В этот список также входят такие страны как США, Австралия, Германия, Канада и Финляндия. В Узбекистане данная технология только получает постепенное развитие. Это связанно с высокой стоимостью данного оборудования и стоимостью его установки[4]. Также стоит сказать, что для внедрения и распространения данной технологии целесообразно применять субсидирование потребителей с целью помощи в покупке. Что, безусловно, добавит таким системам еще больше востребованности. Примером может послужить Финляндия, где при обновлении системы отопления на альтернативные источники теплоты выделялась со стороны государства субсидия в размере 15 % от капиталовложений. Вдобавок к этому на одного взрослого члена семьи полагалось 3000 евро. Принимая во внимание опыт многих стран можно подчеркнуть основные достоинства этих агрегатов над стандартными теплообменниками: – В связи с тем, что, источник теплоты всегда находится возле его потребителя что исключает наличие многокилометровых тепловых сетей; – Эффективность производства тепла в несколько раз выше, что позволяет экономить топливные ресурсы в 1,5-2 раза; – Из-за отсутствия процесса горения, соответственно отсутствуют и выбросы в атмосферу, что немало важно благоприятно сказывается на экологическом состоянии окружающей среды; – В процессе эксплуатации теплового насоса отсутствует вероятность возникновения пожара и взрыва, ведь взрываться тут нечему. – Отсутствие вероятности короткого замыкания, при грамотной изоляции электрических линий; – Не значительные затраты на обслуживание и отсутствие необходимости регулярной диагностики; – Наличие нескольких режимов работы (можно использовать систему и на обогрев, и на охлаждение). На рисунке 1 представлена схема теплонасосной установки. 

Результаты и обсуждение: Принцип работы теплового насоса. Принцип работы и конструкция тепллонасосной установки идентичны бытовому холодильнику и кондиционеру, в этих устройствах различны лишь их цели применения. Холодильники и кондиционеры используются для охлаждения, а теплонасосные установки – для нагрева.

Рисунок 1. Схема теплонасосной установки

В контуре теплового насоса циркулирует холодильный агент, как правило, фреон или хладагент. Он имеет низкую температуру кипения (фреон R-22 – около -4,8 °С). Фреон, получив низкопотенциальное тепло (от грунта, грунтовых вод или других источников.), направляется в испаритель где он и он закипает [4]. Далее по трубопроводу всасывается в компрессор. Где повышается давление, в результате чего повышается и температура. После компрессора перегретый газ попадает в конденсатор, в котором он отдает тепло теплоносителю, циркулирующему в системе ГВС и отопления. При конденсации фреон остывает и переходит снова в состояние жидкости [2]. Далее жидкий фреон проходит через дроссельный клапан, в котором снижается его давление, и он снова направляется в испаритель. На этом этапе работы цикл замыкается [1]. Основным недостатком всех теплонасосных установок, препятствующих их распространению, а Узбекистане является высокая стоимость установки. Приобретение всего оборудования и монтаж обойдется потребителю дороже, чем монтаж стандартных газовых или электрических котлов. Однако ввиду большой экономичности теплового насоса установка себя быстро окупает, поскольку за тепловую энергию окружающей среды платить не надо. На сегодняшний день опыт эксплуатации тепловых насосов в Узбекистане небольшой, если сравнить с другими развивающимися странами, но условия и климат для внедрения теплонасосов существуют. Постепенно растущие цены на топливо ускоряют процесс внедрения, а также законодательно повышаются экологические требования. Еще одним фактором, актуальным для сельских районов Узбекистана является то, активно развивается малоэтажное строительство, для которого прекрасно подходят данные системы [4]. Однако, несмотря на все вышесказанное достоинства установки, имеются и ряд факторов, ограничивающих массовое использование этих систем: – Из-за высокой стоимости, тепловой насос необходимо устанавливать в дополнение к более дешевому нагревателю, который покрывать будет пиковые нагрузки; – Для наибольшего КПД теплового насоса нужно использовать его с системами, работающими на низкопотенциальном теплоносителе; – Эффективность теплового насоса в большей степени зависит от климатических условий. Чем больше температура грунта, тем выше коэффициент преобразования.

Заключение: В заключение следует сказать, что развитие альтернативных источников энергии благоприятно влияет на развитие энергетического сектора страны. С ростом цен на топливо эта технология полностью себя оправдывает, ведь эти установки экологичны, просты в использовании и позволяют экономить большое количество топлива [1].

Список литературы:

1. Лунева, С.К. К вопросу применения тепловых насосов / С.К. Лунева, А.С. Чистович, И.Х. Эмиров// Технико-технологические проблемы сервиса – 2013. –№4. – С. 45–52.
2. Немченко, Н. И. Теплонасосная установка - перспективный источник теплоснабжения поселка / Н. И. Немченко. - Текст: непосредственный // Промышленная энергетика. - 2013. -№ 10. - С. 51 - 54.
3. Третьякова П.А. "Совершенствование систем теплоснабжения с использованием тепловых насосов" (2024).
4. Ayou D. S., Wardhana M. F., Coronas A., Performance analysis of a reversible water/LiBr absorption heat pump connected to district heating network in warm and cold climates // Energy. – 2023. – № 268. – Р. 126679, ISSN 0360- 5442. – Режим доступа: https://doi.org/10.1016/j.energy.2023.126679.