Перспективы использования тепловых насосов для децентрализованного отопления зданий в России

Размещено на http://www.allbest.ru/

УДК 621.311

Перспективы использования тепловых насосов для децентрализованного отопления зданий в России

Нужденко А.Ю.

Хрячков А.В., студенты 4 курса

научный руководитель

Сливной В.Н., доцент кафедры теплоэнергетики ФГБОУ ВО «КузГТУ им. Т.Ф. Горбачева» Россия, г. Кемерово

Энергетика - основа современной цивилизации, она обеспечивает экономику и население топливом, энергией и является фундаментом всей системы хозяйствования человека. С точки зрения используемых энергоресурсов энергетика подразделяется на 2 категории:

Невозобновляемая - использует источники энергии, запас которых ограничен (ископаемые углеводороды - уголь, нефть, природный газ).

Возобновляемая - использует источники энергии, запас которых практически не ограничен. энергия возобновляемый тепловой насос

Актуальность темы обусловлена тем, что возобновляемая энергетика является наиболее быстро развивающимся направлением., в связи с исчерпаемостью ископаемых углеводородов и нарастающим загрязнением окружающей среды. Возобновляемая энергетика - это область хозяйства, науки и техники, охватывающая производство, передачу, преобразование, накопление и потребление электрической, тепловой и механической энергии, получаемой за счет использования возобновляемых источников энергии. Широкое использование этих источников энергии соответствует высшим приоритетам и задачам энергетической безопасности любой страны.

Одним из наиболее эффективных способов получения тепловой энергии из окружающей среды является: отбор теплоты от источников низкопотенциальной энергии, преобразование и передача ее потребителю с более высокой температурой за счет подвода внешней энергии или затраты работы (табл. 1) [8].

Таблица 1. Виды низкопотенциальных источников энергии для различных способов использования теплового насоса (коэффициент преобразования теплоты)

Тепловые насосы (ТН) используются для выработки теплоты в системах индивидуального отопления. Установка ТН имеет следующие преимущества:

тепловые насосы являются установками индивидуального теплоснабжения с исключением протяженных тепловых сетей;

снижение объема природного первичного топлива, расходуемого на теплоснабжение, примерно в 1,5-2 раза;

улучшение экологической обстановки в населенных пунктах, так как котельные сжигающие органическое топливо заменяются тепловыми насосами, в которых отсутствует потребность в сжигание органического топлива;

безопасность по сравнению с индивидуальными котельными на газовом топливе;

меньшими затратами на обслуживание, так как тепловые насосы малой мощности не требуют периодического обслуживания, а для тепловых насосов большой мощности необходим лишь периодический контроль.

Тепловые насосы более экономичны и безопасны, поэтому являются хорошей альтернативной для систем индивидуального теплоснабжения многоквартирных жилых домов и коттеджей, но не смотря на то, что ТН очень широко распространены в мире (табл.2) [9], в России же они получили гораздо меньшее развитие, так как при эксплуатации данных установок нужно решать ряд проблем, требующих соответствующей квалификации и отношения.

Таблица 2. Мировой уровень использования низкопотенциальной тепловой энергии земли посредством тепловых насосов.

К проблемам, препятствующим широкому распространению тепловых насосов в России, можно отнести:

многообразие климатических зон;

высокие начальные капиталовложения;

дешевизна природного топлива в России.

Тепловой насос подбирается, в первую очередь, по нагрузкам, которые он должен покрывать. В свою очередь нагрузки зависят от климата, который характеризуется:

температурой самой холодной пятидневки;

средней температурой самого холодного месяца в году;

средней температурой трёх самых холодных месяцев.

Для дальнейшего анализа приведем сводную таблицу температур для населенных пунктов России представленную в табл. 3 [2].

Таблица 3. Климатические данные по населенным пунктам России

Данные таблицы 3 показывают, что Россия находится по большей части в высоких и средних широтах. По всей территории России очень велика разница в сезонном поступлении солнечного тепла. Климат на большей части территории страны суровый, с четкой сменой времен года, как отмечает в своей книге Паршев А.П. [6].

Все эти факторы непосредственно влияют на количество дней отопительного сезона и на параметры теплоносителя в системах отопления, что, в свою очередь, влияет на режим работы теплового насоса. Увеличивается сложность регулирования производительности из-за существенного отличия между температурой самой холодной пятидневки (абсолютного минимума) и средними температурами самых холодных месяцев. В связи с этим приходится применять более мощные тепловые насосы, что существенно увеличивает начальные капиталовложения. Так же при работе таких теплонасосных установок не в номинальном режиме (наибольшая нагрузка при температуре самой холодной пятидневки) изменяются такие важные показатели как: снижение коэффициента преобразования; снижение КПД теплового насоса; усложнение конструкции дросселя. Кроме того, необходимо защитить компрессор теплового насоса от механических разрушений, вызванных неблагоприятными условиями работы.

Ниже перечислены причины возможных поломок [7]:

высокое давление на выходе из компрессора - разрушение конструкции;

высокая температура на выходе из компрессора - коррозия клапанов, разложение хладагентов;

высокое давление на входе в компрессор - поломка упорного подшипника;

большая разность давлений в компрессоре - механическая поломка движущихся частей.

В связи с вышесказанным можно отметить, что тепловые насосы возможно применять в России, в регионах с незначительными перепадами температур, что подтверждается практическим опытом, который приведен в табл. 4 [8].

Таблица 4. Применение тепловых насосов в России

Несмотря на суровый климат некоторых регионов, внедрение тепловых насосов производится и в них, хотя и в меньшем объёме, например, в Кузбассе этим занимаются компании ООО «Экоклимат Кузбасс», НПО «Генерация инновационных технологий» и ОАО «КемВод». Примеры их деятельности по применению ТН в Теплоснабжении Индивидуальных объектов сведены в таблицу 5 [1,5].

Таблица 5. Применение тепловых насосов в Кузбассе

Экономическая эффективность применения тепловой насосной установки (ТНУ), как и любого другого вида техники, является многофакторной характеристикой, зависящей от условий каждого отдельного объекта. Поэтому, в качестве примера оценки сравнительной экономической эффективности, возьмем простейший бытовой теплогенератор (АГВ) мощностью 10 кВт, использующий в качестве топлива газ, солярку или «чистое» электричество и тепловой насос, работающий на электроприводе.

Результаты сравнения представлены в табл. 6 [4].

Таблица 6. Сравнение теплового насоса с другими установками

Данные табл. 6 показывают, что несмотря на высокие начальные затраты на установку ТН в дальнейшем эксплуатационные затраты ниже чем у других видов установок, благодаря чему использование ТН является более выгодным решением.

Таким образом, перспективы применения ТН в Российских системах теплоснабжения определяются:

технологической востребованностью, в том числе при использовании вторичных энергоресурсов, геотермальной энергии;

тенденцией повышения цен на топливо, тепловую и электрическую энергию;

наличием в стране опытных разработчиков и производителей ТН, способных при сотрудничестве с зарубежными партнерами обеспечить выпуск конкурентоспособных ТН.

Исходя из вышесказанного, можно сделать вывод о том, что использование тепловых насосов в России для отопления при определенных условиях достаточно экономичная и эффективная альтернатива традиционной системе отопления.

Список литературы

1. Генерация инновационных технологий. [Электронный ресурс]. - URL: http://genin.ru/services/strana-proizvoditel/. (дата обращения 06.01.16).

2. Ежемесячные климатические данные для станций СНГ. [Электронный ресурс]. - URL: http://seakc.meteoinfo.ru/actuals/31-station-clim-monthly-cis/112-clim-monthlycis. (дата обращения 06.01.16).

3. Климат России. [Электронный ресурс]. - URL: http://geographyofrussia.com/klimatrossii. (дата обращения 06.01.16).

4. ООО «ИЭТ Геотерм». Тепловые насосы. [Электронный ресурс]. - URL: http://teplovoy-nasos.com/Информация/Детальные-материалы-о-технологиитепловой-насос.html. (дата обращения 06.01.16).

5. ООО «Экоклимат Кузбасс». Наши объекты. [Электронный ресурс]. - URL: http://otoplenie-kemerovo.ru/наши-объекты.html. (дата обращения 06.01.16).

6. Паршев А.П. Почему Россия не Америка. [Электронный ресурс]. - URL: http://iknigi.net/avtor-andrey-parshev/34270-pochemu-rossiya-ne-amerika-2015-andreyparshev.html. (дата обращения 06.01.16).

7. Тепловые насосы. [Электронный ресурс]. - URL: http://msd.com.ua/teplovye-nasosy/upravlenie-3. (дата обращения 06.01.16).

8. Трубаев П.А. Тепловые насосы: Учеб. пособие / П.А. Трубаев, Б.М. Гришко. - Белгород: Изд-во БГТУ им. В.Г. Шухова, 2009. - 142с.

9. L. Rybach. Status and prospects of geothermal heat pumps (GHP) in Europe and worldwide; sustainability aspects of GHPs. [Электронный ресурс]. - URL: https://www.researchgate.net/publication/228945969_Status_and_prospects_of_geother mal_heat_pumps_GHP_in_Europe_and_worldwide_sustainability_aspects_of_GHPs. (дата обращения 06.01.16).

Размещено на Allbest.ru