на данный момент энергосберегающие технологии становятся не просто популярными, но жизненно необходимыми. В детстве нам любили рассказывать о неисчерпаемых богатствах полезных ископаемых нашей Родины, что нефти газа угля и леса у нас больше, чем в любой другой стране. Нам говорили, что бережное отношение к природным ресурсам позволит многим поколениям пользоваться теплом, электричеством и горячей водой. А м. тем ныне многие регионы России уже испытывают острую нужду в тепле и в электричестве. Альтернативные источники получения тепла не рассматривались именно из-за богатства природных ресурсов, и теперь нам приходится обращаться к опыту европейских стран, не избалованных милостями природы.

Теплоснабжение в условиях России с ее долгими и достаточно суровыми зимами требует больших затрат топлива, превосходящих фактически вдвое затраты на электроснабжение. Основными недостатками традиционных источников теплоснабжения являются низкая энергетическая (особенно на малых котельных), экономическая и экологическая эффективность (традиционное теплоснабжение - один из основных источников загрязнения городов). Высокие транспортные тарифы на доставку энергоносителей усугубляют негативные факторы теплоснабжения. крайне не желательно не учитывать и такой серьезный термодинамический недостаток, как низкий энергетический КПД использования химической энергии топлива для теплоснабжения, составляющий в системах отопления 6-10%.
Чрезвычайно велики затраты на тепловые сети - вероятно, самый ненадежный элемент в системах централизованного теплоснабжения. Удельная аварийность для трубопроводов диаметром 1400 мм составляет одну аварию в год на l км длины, а для труб меньшего диаметра - около шести аварий. Если учесть, что общая протяженность тепловых сетей в России доставляет 650 тыс. км, а в полной замене нуждаются 300 тыс. км, становится очевидным, что строительство и поддержание тепловых сетей в рабочем состоянии требуют затрат, соизмеримых со стоимостью ТЭЦ или районных котельных. А могут ли помочь нетрадиционные методы теплоснабжения?

Одним из них - полезное использование рассеянного низкотемпературного (5-30° C) природного тепла или сбросного промышленного тепла с последующим использованием тепловых насосов.
Тепловые насосы избавлены от большинства перечисленных недостатков централизованного теплоснабжения широко применяются за рубежом. Если в 1980 г. в США работало около 3 млн. теплонасосных установок, в Японии - 0,5 млн., в Западной Европе - 0,15 млн., то в 1993 г. общее количество работающих теплонасосных установок (ТНУ) в развитых странах превысило 12 млн., а ежегодный выпуск составил более 1 млн. единиц. Массовое производство этих насосов налажено во всех развитых странах. По прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 г. в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения тепловыми насосами составит 75 %.

Использование тепловых насосов для отопления, горячего водоснабжения и т.п. представляет собой альтернативу сжиганию органического топлива, центральному паровому или водяному отоплению, электрообогреву и др. Это машина, которая поглощает низкопотенциальную теплоту из окружающей среды и передает ее в систему теплоснабжения потребителю в виде нагретой воды или воздуха. Характерная особенность теплового насоса: при подводе к нему, например, 1 кВт электроэнергии, в зависимости от режима работы и условий эксплуатации возможно получ. до 3-4 кВт тепловой энергии. Эффективность теплового насоса характеризует его k преобразования - отношение тепла в кВт, полученного в насосе к затратам мощности на привод насоса. Этот k варьируется от 2 до Номенклатура выпускаемого заводом холодильного оборудования служит основой, на которой построено производство тепловых насосов. Приведенный пример использования тепловых насосов - это только одна из возможных схем их применения.
Источником низкопотенциальной теплоты могут быть: наружный воздух, вода рек, озер, морей,
подземные воды, грунтовое тепло, солнечная энергия, и низкопотенциальная теплота искусственного происхождения: сбросные воды, нагретые продукты технологических циклов,
вытяжной воздух системы вентиляции.

Принцип работы теплового насоса вытекает из работ и описания цикла Карно, опубликованного в его диссертации в 1824 г. Практическую теплонасосную систему предложил Вильям Томсон (лорд Кельвин) в 1852 г. под названием умножитель тепла. Она показывала, как холодильную машину эффективно использовать для отопления. Томсон указывал, что ограниченность энергоресурсов не позволит непрерывно сжигать топливо в отопительных печах, а его умножитель тепла будет потреблять топлива меньше. Тепловой насос Томсона (ТН) использовал воздух в качестве рабочего тела: он засасывался в цилиндр, расширялся, охлаждаясь от этого, а затем проходил теплообменник, где нагревался воздухом наружным. После сжатия до атмосферного давления воздух из цилиндра поступал в обогреваемое помещение нагретым до температуры выше окружающей. Подобная машина была построена в Швейцарии. Томсон заявил, что его ТН способен давать необходимое тепло при использовании только 3% энергии, затрачиваемой на отопление.
Дальнейшее развитие теплонасосные установки получили только в 20-30-х годах двадцатого века, когда в Англии была создана первая установка для отопления и горячего водоснабжения с использованием тепла окружающего воздуха. Затем несколько демонстрационных установок создали в США. Первую крупную теплонасосную установку в Европе ввели в действие в Цюрихе в 1938-1939 гг. В ней использовались тепло речной воды, ротационный компрессор и хладогент. Она обеспечивала отопление ратуши водой с температурой 60° С при мощности 175 кВт. Имелась система аккумулирования тепла с электронагревателем для покрытия пиковой нагрузки. Летом установка работала на охлаждение. С 1939 по 1945 гг. было создано ещё 9 подобных установо, чтобы сократить потребление угля, некоторые из них успешно проработали более 30 лет.
Итак, в 1824 г. Карно впервые использовал термодинамический цикл для описания цикла, и этот цикл остаётся фундаментальной основой для сравнения с ним и оценки эфф. ТН. Тепловой насос можно рассматривать как обращённую тепловую машину, которая получает тепло ( 1.1. от высокотемпературного источника и сбрасывает его при низкой температуре, отдавая полезную работу. Теплонасос требует затраты работы для получения тепла при низкой температуре и отдачи его при более высокой.
Наиболее широкое применение тепловой насос нашёл в домашнем теплоснабжении и кондиционировании воздуха, в особенности, в США, где требуется круглогодичное кондиционирование: охлаждение в летние месяцы и нагрев в зимние. Реверсивный тепловой насос, решающий обе задачи, выпускается уже более 30 лет, он экономичен и надежен.
В Европе, где, по крайней мере, для индивидуальных зданий круглогодичное кондиционирование не нужно, более перспективен одноцелевой тепловой насос. В сравнении с обычными системами центрального отопления его стоимость и эксплуатационные расходы находятся на приемлемом уровне.
Тепловой насос может использовать различные источники низкопотенциального тепла, отдавая его в конденсаторе при повышенной температуре потоку газа, жидкости или тепловому аккумулятору, жидкому или твердому. В большинстве случаев используется водяная система центрального отопления, в которой горячая вода циркулирует к радиаторам в каждой комнате, или воздушная, где нагретый воздух подается к каждой комнате по каналам. Широко применяются комнатные радиаторы, аккумуляционные установки и конвекторы как дополнительные источники тепла. Температура в системах распределения тепла изменяется от 40 для воздушных систем до 100° С для водяных или паровых систем. Типичная температура воды - около 75° С.
Поскольку эффективность насоса зависит от температуры конденсации, для него желательно снижение температуры распределения тепла. Очевидно, что при увеличении поверхности теплообмена, например, с помощью панелей в полах, приемлема температура 50° С. Повышение расхода циркулирующего воздуха снизит его температуру до 35°С. Практическая реализация этих тенденций в новых зданиях может радикально изменить отношение к теплонасосам. Системы центрального отопления обычного типа с котельными внутри здания обеспечивают и все домашнее горячее водоснабжение. Это следует учитывать при конструировании тепловых насосов. но отопление требует больших затрат энергии, чем горячее водоснабжение - например, в Англии они соотносятся как 60-65% и 20%.
В Европе наиболее распространена водяная система отопления, но там, где требуется круглогодичное кондиционирование, применяется распределение нагретого или охлажденного воздуха. Воздушная система хороша для строящихся зданий, но при реконструкции она сложнее водяной с трубами небольшого диаметра. Воздушная система требует каналов большого сечения, а их сложно устанавливать в существующих зданиях.
Как отопительное устройство, теплонасос не обязательно должен служить централизованной системой на несколько комнат. Можно установить индивидуальный кондиционер в каждой комнате со своим компрессором и конденсатором, внешним или внутренним источником тепла для испарителя. В общем, тепловые насосы способны конкурировать с большинством обычных систем отопления и кондиционирования.

Важной функцией теплового насоса, определяющей его популярность, является горячее водоснабжение. В большинстве исследований роли теплонасосов в будущем основным считается отопление, но отмечается, что горячее водоснабжение и восстановление тепла становятся все более важными по мере роста строительству малоэнергоемких домов и полностью интегрированных систем, основанных на тепловых насосах.
но при этом выпадает основная проблема - применение тепловых насосов в уже существующих зданиях, проблема замены одной установки, дающей одновременно и горячее водоснабжение (центральной котельной) теплонасосом, способным одновременно решать обе задачи. Эта проблема связана с экономичностью использования низкотемпературного внешнего теплового источника для получения горячей воды высокой температуры.
Высокая стоимость электроэнергии препятствует её применению в широких масштабах для нагрева, и часто отопительная система включает тандем - тепловой насос и котёл на органическом топливе. При этом насос даёт воду, нагретую до необходимой температуры.
Несмотря на сравнительную дешевизну отечественных тепловых насосов по отношению к зарубежным, внедрение теплонасосов встречает финансовые трудности. Не последнюю роль играют новизна и непривычность этой техники для наших потребителей. Эти проблемы преодолевались за рубежом путем предоставления на несколько лет льгот предприятиям, внедряющим теплонасосные установки. В большинстве стран Западной Европы на прибыль, получаемую от применения теплонасосов, устанавливался меньший налог, а иногда были прямые финансовые дотации. Австрийским фирмам, использующим тепловые насосы, установлена дотация до 100 тыс. шиллингов, а ФРГ в начале 90-х годов таким фирмам предоставлялась налоговая скидка до 7,5% капитальных затрат (при условии их капитализации), что равноценно дотации в размере до 20% затрат на теплонасосные установки. В итоге в Австрии сейчас работают 105 тыс. тепловых насосных станций, дающих ежегодную экономию 116 тыс. тонн мазута.

повсеместное внедрение тепловых насосов позволит сэкономить значительную часть современных энергоносителей и капиталовложений для их оплаты, обеспечить теплом проблемные в этом отношении регионы, направить средства на развитие производства или инфраструктуры предприятия. Применение таких насосов в отдельных зданиях позволит регулировать теплорежим в помещениях, делая его наиболее комфортным. все - таки Европа не зря применяет тепловые насосы - может быть, и нам стоит обратить внимание на столь полезный и выгодный опыт развитых стран?

Источник: http://www.cwk.kazan.ru