Главная >  Энергосбережение 

 

Будем качать тепло. Сегодня энергосберегающиетехнологии становятся не простопопулярными, но жизненно необходимыми. Вдетстве нам любили рассказывать онеисчерпаемых богатствах полезныхископаемых нашей Родины, что нефти газаугля и леса у нас больше, чем в любой другойстране. Нам говорили, что бережноеотношение к природным ресурсам позволитмногим поколениям пользоваться теплом,электричеством и горячей водой. А между темныне многие регионы России уже испытываютострую нужду в тепле и в электричестве.Альтернативные источники получения теплане рассматривались именно из-за богатстваприродных ресурсов, и теперь нам приходитсяобращаться к опыту европейских стран, неизбалованных милостями природы.

 

Александр Данилов

 

Одним из них - полезноеиспользование рассеянногонизкотемпературного (5-30° C) природноготепла или сбросного промышленного тепла споследующим использованием тепловыхнасосов.
Тепловые насосы избавлены отбольшинства перечисленных недостатковцентрализованного теплоснабжения широкоприменяются за рубежом. Если в 1980 г. в СШАработало около 3 млн. теплонасосныхустановок, в Японии - 0,5 млн., в ЗападнойЕвропе - 0,15 млн., то в 1993 г. общее количествоработающих теплонасосных установок (ТНУ) вразвитых странах превысило 12 млн., аежегодный выпуск составил более 1 млн.единиц. Массовое производство этих насосовналажено во всех развитых странах. Попрогнозам Мирового энергетическогокомитета, к 2020 г. в передовых странах доляотопления и горячего водоснабжениятепловыми насосами составит 75 %.

 

Теплоснабжение в условиях Россиис ее долгими и достаточно суровыми зимамитребует больших затрат топлива,превосходящих почти вдвое затраты наэлектроснабжение. Основными недостаткамитрадиционных источников теплоснабженияявляются низкая энергетическая (особеннона малых котельных), экономическая иэкологическая эффективность (традиционноетеплоснабжение - один из основныхисточников загрязнения городов). Высокиетранспортные тарифы на доставкуэнергоносителей усугубляют негативныефакторы теплоснабжения. Нельзя неучитывать и такой серьезныйтермодинамический недостаток, как низкийэнергетический КПД использованияхимической энергии топлива длятеплоснабжения, составляющий в системахотопления 6-10%.
Чрезвычайно велики затраты натепловые сети - вероятно, самый ненадежныйэлемент в системах централизованноготеплоснабжения. Удельная аварийность длятрубопроводов диаметром 1400 мм составляетодну аварию в год на l км длины, а для трубменьшего диаметра - около шести аварий. Еслиучесть, что общая протяженность тепловыхсетей в России доставляет 650 тыс. км, а вполной замене нуждаются 300 тыс. км,становится очевидным, что строительство иподдержание тепловых сетей в рабочемсостоянии требуют затрат, соизмеримых состоимостью ТЭЦ или районных котельных. Амогут ли помочь нетрадиционные методытеплоснабжения?

 

Принцип работы теплового насосавытекает из работ и описания цикла Карно,опубликованного в его диссертации в 1824 г.Практическую теплонасосную системупредложил Вильям Томсон (лорд Кельвин) в 1852г. под названием умножитель тепла .Она показывала, как холодильную машинуэффективно использовать для отопления.Томсон указывал, что ограниченностьэнергоресурсов не позволит непрерывносжигать топливо в отопительных печах, а егоумножитель тепла будет потреблять топливаменьше. Тепловой насос Томсона (ТН)использовал воздух в качестве рабочеготела: он засасывался в цилиндр, расширялся,охлаждаясь от этого, а затем проходилтеплообменник, где нагревался воздухомнаружным. После сжатия до атмосферногодавления воздух из цилиндра поступал вобогреваемое помещение нагретым дотемпературы выше окружающей. Подобнаямашина была построена в Швейцарии. Томсонзаявил, что его ТН способен даватьнеобходимое тепло при использовании только3% энергии, затрачиваемой на отопление.
Дальнейшее развитиетеплонасосные установки получили только в20-30-х годах двадцатого века, когда в Англиибыла создана первая установка дляотопления и горячего водоснабжения сиспользованием тепла окружающего воздуха.Затем несколько демонстрационныхустановок создали в США. Первую крупнуютеплонасосную установку в Европе ввели вдействие в Цюрихе в 1938-1939 гг. В нейиспользовались тепло речной воды,ротационный компрессор и хладогент. Онаобеспечивала отопление ратуши водой стемпературой 60° С при мощности 175 кВт.Имелась система аккумулирования тепла сэлектронагревателем для покрытия пиковойнагрузки. Летом установка работала наохлаждение. С 1939 по 1945 гг. было создано ещё 9подобных установо, чтобы сократитьпотребление угля, некоторые из них успешнопроработали более 30 лет.
Итак, в 1824 г. Карно впервыеиспользовал термодинамический цикл дляописания процесса, и этот цикл остаётсяфундаментальной основой для сравнения сним и оценки эффективности ТН. Тепловойнасос можно рассматривать как обращённуютепловую машину, которая получает тепло (рис.1.1. от высокотемпературного источника исбрасывает его при низкой температуре,отдавая полезную работу. Теплонасостребует затраты работы для получения теплапри низкой температуре и отдачи его приболее высокой.
Наиболее широкое применениетепловой насос нашёл в домашнемтеплоснабжении и кондиционированиивоздуха, в особенности, в США, где требуетсякруглогодичное кондиционирование:охлаждение в летние месяцы и нагрев взимние. Реверсивный тепловой насос,решающий обе задачи, выпускается уже более30 лет, он экономичен и надежен.
В Европе, где, по крайней мере, дляиндивидуальных зданий круглогодичноекондиционирование не нужно, болееперспективен одноцелевой тепловой насос. Всравнении с обычными системамицентрального отопления его стоимость иэксплуатационные расходы находятся наприемлемом уровне.
Тепловой насос можетиспользовать различные источникинизкопотенциального тепла, отдавая его вконденсаторе при повышенной температурепотоку газа, жидкости или тепловомуаккумулятору, жидкому или твердому. Вбольшинстве случаев используется водянаясистема центрального отопления, в которойгорячая вода циркулирует к радиаторам вкаждой комнате, или воздушная, где нагретыйвоздух подается к каждой комнате по каналам.Широко применяются комнатные радиаторы,аккумуляционные установки и конвекторы какдополнительные источники тепла.Температура в системах распределения теплаизменяется от 40 для воздушных систем до 100°С для водяных или паровых систем. Типичнаятемпература воды - около 75° С.
Поскольку эффективность насосазависит от температуры конденсации, длянего желательно снижение температурыраспределения тепла. Очевидно, что приувеличении поверхности теплообмена,например, с помощью панелей в полах,приемлема температура 50° С. Повышениерасхода циркулирующего воздуха снизит еготемпературу до 35°С. Практическаяреализация этих тенденций в новых зданияхможет радикально изменить отношение ктеплонасосам. Системы центральногоотопления обычного типа с котельнымивнутри здания обеспечивают и все домашнеегорячее водоснабжение. Это следуетучитывать при конструировании тепловыхнасосов. Однако отопление требует большихзатрат энергии, чем горячее водоснабжение -например, в Англии они соотносятся как 60-65% и20%.
В Европе наиболее распространенаводяная система отопления, но там, гдетребуется круглогодичноекондиционирование, применяетсяраспределение нагретого или охлажденноговоздуха. Воздушная система хороша длястроящихся зданий, но при реконструкции онасложнее водяной с трубами небольшогодиаметра. Воздушная система требуетканалов большого сечения, а их сложноустанавливать в существующих зданиях.
Как отопительное устройство,теплонасос не обязательно должен служитьцентрализованной системой на несколькокомнат. Можно установить индивидуальныйкондиционер в каждой комнате со своимкомпрессором и конденсатором, внешним иливнутренним источником тепла для испарителя.В общем, тепловые насосы способныконкурировать с большинством обычныхсистем отопления и кондиционирования.

 

Использование тепловых насосовдля отопления, горячего водоснабжения и т.п.представляет собой альтернативу сжиганиюорганического топлива, центральномупаровому или водяному отоплению,электрообогреву и др. Это машина, котораяпоглощает низкопотенциальную теплоту изокружающей среды и передает ее в системутеплоснабжения потребителю в виде нагретойводы или воздуха. Характерная особенностьтеплового насоса: при подводе к нему,например, 1 кВт электроэнергии, взависимости от режима работы и условийэксплуатации возможно получение до 3-4 кВттепловой энергии. Эффективность тепловогонасоса характеризует его коэффициентпреобразования - отношение тепла в кВт,полученного в насосе к затратам мощности напривод насоса. Этот коэффициентварьируется от 2 до Номенклатуравыпускаемого заводом холодильногооборудования служит основой, на которойпостроено производство тепловых насосов.Приведенный пример использования тепловыхнасосов - это только одна из возможных схемих применения.
Источником низкопотенциальнойтеплоты могут быть: наружный воздух, водарек, озер, морей,
подземные воды, грунтовое тепло,солнечная энергия, а такженизкопотенциальная теплота искусственногопроисхождения: сбросные воды, нагретыепродукты технологических процессов,
вытяжной воздух системывентиляции.

 

Таким образом, повсеместноевнедрение тепловых насосов позволитсэкономить значительную часть современныхэнергоносителей и капиталовложений для ихоплаты, обеспечить теплом проблемные в этом отношении регионы, направитьсредства на развитие производства илиинфраструктуры предприятия. Применениетаких насосов в отдельных зданиях позволитрегулировать теплорежим в помещениях,делая его наиболее комфортным. Ведь Европане зря применяет тепловые насосы - можетбыть, и нам стоит обратить внимание на стольполезный и выгодный опыт развитых стран?

 

Важной функцией теплового насоса,определяющей его популярность, являетсягорячее водоснабжение. В большинствеисследований роли теплонасосов в будущемосновным считается отопление, ноотмечается, что горячее водоснабжение ивосстановление тепла становятся все болееважными по мере роста строительствумалоэнергоемких домов и полностьюинтегрированных систем , основанных натепловых насосах.
Однако при этом выпадает основнаяпроблема - применение тепловых насосов вуже существующих зданиях, проблема заменыодной установки, дающей одновременно игорячее водоснабжение (центральнойкотельной) теплонасосом, способнымодновременно решать обе задачи. Этапроблема связана с экономичностьюиспользования низкотемпературноговнешнего теплового источника для получениягорячей воды высокой температуры.
Высокая стоимость электроэнергиипрепятствует её применению в широкихмасштабах для нагрева, и часто отопительнаясистема включает тандем - тепловой насос икотёл на органическом топливе. При этомнасос даёт воду, нагретую до необходимойтемпературы.
Несмотря на сравнительнуюдешевизну отечественных тепловых насосовпо отношению к зарубежным, внедрениетеплонасосов встречает финансовыетрудности. Не последнюю роль играют новизнаи непривычность этой техники для нашихпотребителей. Эти проблемы преодолевалисьза рубежом путем предоставления нанесколько лет льгот предприятиям,внедряющим теплонасосные установки. Вбольшинстве стран Западной Европы наприбыль, получаемую от применениятеплонасосов, устанавливался меньший налог,а иногда были прямые финансовые дотации.Австрийским фирмам, использующим тепловыенасосы, установлена дотация до 100 тыс.шиллингов, а ФРГ в начале 90-х годов такимфирмам предоставлялась налоговая скидка до7,5% капитальных затрат (при условии ихкапитализации), что равноценно дотации вразмере до 20% затрат на теплонасосныеустановки. В итоге в Австрии сейчасработают 105 тыс. тепловых насосных станций,дающих ежегодную экономию 116 тыс. тоннмазута.

 



 

АОЗТ. Газ под ногами. К 2015 году в России могут исчерпатьсярентабельные запасы нефти. Опыт эксплуатации мини-ТЭЦ в Рос. Система стимулирования.

 

Главная >  Энергосбережение 

0.034