URL-адрес сайта WordPress настроен неправильно. Проверьте настройки виджета.

Тепловые насосы. Расчет, выбор оборудования, монтаж.


Источник: IVIK.ua

4.1. Принцип действия теплового насоса

Использование альтернативных экологически чистых источников энергии может предотвратить назревающий энергетический кризис в Украине. Наряду с поисками и освоением традиционных источников (газ, нефть), перспективным направлением является использование энергии, накапливаемой в водоемах, грунте, геотермальных источниках, технологических выбросах (воздух, вода, стоки и др.). Однако температура этих источников довольно низкая (0–25 °С) и для эффективного их использования необходимо осуществить перенос этой энергии на более высокий температурный уровень (50–90 °С). Реализуется такое преобразование тепловыми насосами (TH), которые, по сути, являются парокомпрессионными холодильными машинами (рис. 4.1).

Низкотемпературный источник (ИНТ) нагревает испаритель (3), в котором хладагент кипит при температуре –10 °С…+5 °С. Далее тепло, переданное хладагенту, переносится классическим парокомпрессионным циклом к конденсатору (4), откуда поступает к потребителю (ПВТ) на более высоком уровне.

Тепловые насосы используют в различных отраслях промышленности, жилом и общественном секторе. В настоящее время в мире эксплуатируется более 10 млн. тепловых насосов различной мощности: от десятков киловатт до мегаватт. Ежегодно парк ТН пополняется примерно на 1 млн. штук. Так, в Стокгольме тепловая насосная станция мощностью 320 МВт, используя зимой морскую воду с температурой +4 °С, обеспечивает теплом весь город [4]. В 2004 г. мощность тепловых насосов, установленных в Европе, составляла 4 531 МВт, а во всем мире тепловыми насосами была получена тепловая энергия эквивалентная 1,81 млрд. м3 природного газа. Энергетически эффективны тепловые насосы, использующие геотермальные и подземные воды. В США федеральным законодательством утверждены требования по обязательному использованию геотермальных тепловых насосов (ГТН) при строительстве новых общественных зданий. В Швеции 50 % всего отопления обеспечивается геотермальными тепловыми насосами. К 2020 г. по прогнозам Мирового энергетического комитета доля геотермальных тепловых насосов составит 75 %. Срок службы ГТН составляет 25–50 лет. Перспективность применения тепловых насосов в Украине показана в [5].

Тепловые насосы подразделяют по принципу действия (компрессорные, абсорбционные) и по типу цепи передачи тепла «источник-потребитель». Различают следующие типы тепловых насосов: воздух-воздух, воздух-вода, вода-воздух, вода-вода, грунт-воздух, грунт-вода, где первым указывается источник тепла. Если для отопления используется только тепловой насос, то система называется моновалентной. Если дополнительно к тепловому насосу подключается другой источник тепла, работающий отдельно или параллельно с тепловым насосом, система называется бивалентной.

 

 

Рис. 4.1. Схема гидравлическая теплового насоса:

1 – компрессор; 2 – источник теплоты низкого уровня (ИНТ); 3 – испаритель теплового насоса;

4 – конденсатор теплового насоса; 5 – потребитель теплоты высокого уровня (ПВТ);

6 – низкотемпературный теплообменник; 7 – регулятор потока хладагента;

8 – высокотемпературный теплообменник

Тепловой насос с гидравлической обвязкой (водяными насосами, теплообменниками, запорной арматурой и др.) называют тепловой насосной установкой. Если среда, охлаждаемая в испарителе, такая же, как и среда, нагреваемая в конденсаторе (вода-вода, воздух-воздух), то путем изменения потоков этих сред можно изменить режим ТН на обратный (охлаждение на нагрев и наоборот). Если среды – газы, то такое изменение режима называют обратимым пневматическим циклом, если жидкости – обратимым гидравлическим циклом (рис. 4.2).

 

 

Рис. 4.2. Схема теплового насоса с обратимым гидравлическим циклом

В случае, когда обратимость цикла осуществляется изменением направления хладагента с помощью клапана обратимости цикла, используют термин «тепловой насос, работающий в обратимом холодильном цикле».

4.2. Низкопотенциальные источники тепла

4.2.1. Низкопотенциальный источник – воздух

 

Рис. 4.3. Схема теплового насоса «воздух- вода»

 

В системах кондиционирования широко используются тепловые насосы типа «воздух-вода». Наружный воздух продувается через испаритель, а тепло, отводимое от конденсатора, нагревает воду, используемую для обогрева помещения в помещении (рис. 4.3).

Преимуществом таких систем является доступность низкопотенциалного источника тепла (воздуха). Однако температура воздуха изменяется в большом диапазоне, достигая отрицательных значений. При этом эффективность теплового насоса сильно снижается. Так, изменение температуры наружного воздуха с 7 °С до минус 10 °С приводит к снижение производительности теплового насоса в 1,5–2 раза.

Для подачи воды от ТН к обогреваемым помещениям в них устанавливаются теплообменники, именуемых в литературе «фэнкойлами». Вода  к фэнкойлам подается гидравлической системой – насосной станцией (рис. 4.4).

 

 

Рис. 4.4. Схема насосной станции:

Р – манометры; РБ – расширительный бак; АБ – аккумулирующий бак; РП – реле протока; Н – насос;

БК – балансный клапан; Ф – фильтр; ОК – обратный клапан; В – вентиль; Т – термометр;

ПК – предохранительный клапан; ТП – теплообменник «фреон–жидкость»; ТХК – трехходовой клапан; КПЖ – клапан подпитки жидкости; КПВ – клапан подпитки воздуха; КВВ – клапан выпуска воздуха

Для повышения точности поддержания температуры в помещении и уменьшения инерционности в гидравлической системе устанавливаются аккумулирующие баки. Емкость аккумулирующего бака может быть определена по формуле [8]:

, л,                  (1)

где    – холодопроизводительность ТН, кВт;

         – объем охлаждаемых помещений, м3;

         – количество воды в системе, л;

         Z – количество ступеней мощности ТН.

Если VАБ получится отрицательным, то аккумулирующий бак не устанавливают.

Для компенсации температурного расширения воды в гидравлической системе устанавливают расширительные баки. Расширительные баки устанавливаются на всасывающей стороне насоса. Объем расширительного бака определяется по формуле [8]:

, л,                                                        (2)

где Vсист – объем системы, л;

k – коэффициент объемного расширения жидкости (вода 3,7·10-4, антифриз (4,0–5,5)·10-4);

ΔT – перепад температуры жидкости (при работе только в режиме охлаждения)

ΔT = tокр – 4 °С; при работе в режиме теплового насоса ΔT=60 °С – 4 °С = 56 °С);

Рпред – настройка предохранительного клапана.

Давление в системе (Рсист) зависит от взаимного расположения насосной станции и конечного потребителя (фанкойла). Если насосная станция расположена ниже конечного потребителя, то давление (Рсист) определяют как максимальный перепад высот (в барах) плюс 0,3 бара. Если насосная станция расположена выше всех потребителей, то Рсист = 1,5 бара.

Расширительный бак предварительно накачивается воздухом до давления на 0,1–0,3 бара меньше расчетного, а после монтажа давление доводится до нормы.

Конструкция расширительных баков показана на рис. 4.5.

 

 

Рис. 4.5. Конструкция расширительного бака:

1 – положение мембраны перед установкой (предварительная накачка воздухом на 0,1–0,3 бара);

2 – положение мембраны после подключения бака к сети;

3 – положение мембраны при температурном расширении жидкости.

Выпускаются расширительные установки (рис. 4.6), поддерживающие давление с водяной стороны в больших по объему системах отопления и кондиционирования. Установка оснащена свободно программируемым процессором и может быть подсоединена с помощью интерфейса к центральному пульту управления. Это значительно упрощает контроль над функционированием системы.

Технические характеристики:

  1. Объем, л 200–5 000;
  2. Максимальное избыточное давление, бар  10,0;
  3. Максимальная температура, °С 120.

Реле протока (РП) отключает холодильную машину при отсутствии потока жидкости, что предупреждает замерзание жидкости в теплообменнике (ТП). Трехходовой клапан смешивает два потока жидкости (А и В), поддерживая заданную температуру жидкости. Управляется трехходовой клапан микроконтроллером.

 

Рис. 4.6. Расширительная установка для систем отопления и кондиционирования

Конструкция трехходового клапана приведена на рис. 4.7.

В нижнем крайнем положении запорного конуса проход потоку В закрыт, в верхнем положении конуса закрыт проход потоку А. Для перемещения запорного конуса на весь ход от одного до другого крайнего положения подается управляющее напряжение питания на электропривод в диапазоне от 0 до 10 В. Питание электродвигателя – 24 В.

 

 

 

Рис. 4.7. Трехходовой клапан для регулировки расхода жидкости

С выхода привода выдается контрольный сигнал о положении запорного конуса. Время полного хода конуса составляет 100–150 секунд. Имеется возможность ручного перемещения конуса с помощью шестигранного ключа.

Перетечки жидкости при закрытом канале не превышают 1 % от пропускной способности. В случае неисправности трехходового клапана и гидравлической системы после трехходового клапана жидкость будет циркулировать через обратный клапан (ОК).

Для установки расчетного расхода жидкости в системе используется балансировочный клапан, который представляет собой высокоточный клапан ручного или автоматического регулирования. На балансировочном клапане имеются выходы для измерения расхода и давления жидкости. Выпускаются балансировочные клапаны, настраиваемые наладочным контроллером. Для настройки балансировочного клапана в наладочный контроллер вводятся расчетные значения расхода и давления, после чего контроллер автоматически устанавливает балансировочный клапан в необходимое положение.

К расширительному баку подключаются клапаны подпитки жидкости (КПЖ) и клапаны подпитки воздуха (КПВ). При установке фильтра (Ф) необходимо обращать внимание на направление потока жидкости через фильтр. В самой верхней точке гидравлической схемы устанавливается автоматический воздуховыпускной клапан (ВК). Предохранительный клапан настраивается по предельно допустимому давлению самого слабого элемента в сети плюс 1 бар (7–10 бар).

При необходимости работать по бивалентной схеме можно параллельно ТН подключить бойлер с электроподогревом по схеме, показанной на рис. 4.8.

 

 

Рис. 4.8. Схема подключения электрического котла в систему теплового насоса

4.2.2. Тепловые насосы с водяными источниками тепла

В тепловых насосах с водяными источниками тепла (реки, озера, моря) используется накопленная энергия Солнца. Эта энергия является идеальным источником для тепловых насосов, так как она поступает непрерывно, хотя и является менее доступной, чем воздух. Температура воды в незамерзающих водоемах не опускается ниже 4 °С, а артезианская вода имеет почти постоянную температуру 10–12 °С. Учитывая, что при отборе тепла воду нельзя охлаждать ниже 0 °С, перепад температуры на теплообменнике составляет несколько градусов. При этом для увеличения отбора необходимого количества тепла требуется увеличивать расход воды. Для ТН небольшой мощности не рекомендуется качать грунтовую воду с глубины более 15 м. В противном случае потребуется большие затраты на насосы и их эксплуатацию.

 

Рис. 4.9. Тепловой насос, использующий тепло грунтовых вод

Контур отбора тепла из водоема может быть открытым или закрытым. В первом случае вода из водоема перекачивается через охладитель, охлаждается и возвращается в водоем (рис. 4.9). Такая система требует фильтрации подаваемой в охладитель воды и периодической чистки теплообменника. Как правило, устанавливается промежуточный разборный теплообменник. Забор и возврат воды должны осуществляться в направлении потока грунтовых вод, чтобы исключить «байпасирование» воды. Заборная магистраль должны быть с обратным клапаном (4), располагаемым в точке забора или после глубинного насоса (5). Подвод и отвод грунтовых вод к тепловому насосу должен быть защищен от замораживания и прокладывается с наклоном в сторону скважины.

Расстояние между заборной (2) и возвратной (1) скважинами должно быть не менее 5 м. Точка выхода воды в возвратной скважине должна быть ниже уровня грунтовых вод.

Объемный расход воды определяется из холодопроизводительности ТН

(3)

где L – объемный расход воды, м3

      cp – удельная теплоемкость воды, равная 1,163 10-3  кВт ч/кг К;

      – плотность воды, 1000 кг/м3;

      – разность температур заборной и возвратной воды.

Откуда  .             (4)

Если принять Qx = 12 кВт (определяется по паспорту теплового насоса), а = 4 К, то м3/ч.

Закрытый контур укладывается на дно водоема. Ориентировочное значение тепловой мощности на 1 м трубопровода закрытого контура составляет порядка 30 Вт [2]. То есть для получения 10 кВт тепла контур должен иметь длину 300 м. Для того, чтобы контур не всплывал, на 1 погонный метр необходимо устанавливать груз около 5 кг.

4.2.3. Тепловые насосы с грунтовыми теплообменниками

В грунтовых ТН используется тепловая энергия, накопленная в грунте за счет нагрева ее Солнцем или другими источниками. Аккумулированное грунтом тепло трансформируется с помощью горизонтально проложенных грунтовых теплообменников (которые также называют грунтовыми коллекторами) или с помощью вертикально расположенных теплообменников (грунтовые зонды).

 

Рис. 4.10. Тепловой насос с грунтовыми коллекторами

Как правило, грунтовые теплообменники изготавливаются из полиэтиленовых или металлопластиковых труб диаметром 25–40 мм.

При горизонтальном исполнении (рис. 4.10) трубопровод, в котором циркулирует жидкость, зарывается в землю на глубину ниже уровня промерзания почвы (1,2–1,5 м). Минимальное расстояние между трубами 0,7–1,0 м. В зависимости от диаметра трубы на каждый квадратный метр площади забора тепла может быть проложено 1,4–2,0 м трубы. Длина каждой ветви горизонтального коллектора не должна превышать 100 м, иначе потери давления в трубе и требуемая мощность насоса будут слишком велики.

Количество трансформируемого тепла, а, следовательно, и размер необходимой поверхности для расположения грунтового коллектора существенно зависит от теплофизических свойств грунта и климатических условий местности. Теплофизические свойства, такие как теплоемкость и теплопроводность, очень сильно зависят от состава и состояния грунта. В этом отношении определяющим является доля воды, содержание минеральных составляющий (кварц, полевой шпат), а также доля и размер пор, заполненных воздухом. Аккумулирующие свойства и теплопроводность грунта тем выше, чем больше доля воды, минеральных составляющих и чем ниже содержание пор.

Среднее значение удельной тепловой мощности  грунта приведено в таблице 1 [7].

Таблица 1. Среднее значение удельной тепловой мощности грунта

 

Тип грунта Удельная мощность грунтового коллектора, Вт/м2 Удельная мощность грунтового зонда, Вт/м
Песчаный сухой 10–15 20
Песчаный влажный 15–20 40
Глинистый сухой 20–25 60
Глинистый влажный 25–30 80
Водоносный слой 30–35 80–100

 

Требуемая площадь для расположения коллектора рассчитывается по формулам (5) и (6 )

, м2                 (5)

, Вт                    (6)

где    – теплопроизводительность ТН, Вт;

– потребляемая мощность ТН от сети, Вт;

g – удельная мощность грунтового коллектора, Вт/м2.

Так, если холодопроизводительность ТН составит 10 кВт, то в песчаном влажном грунте (g = 20 Вт/м2) для размещения коллектора потребуется площадь

, м2.

Чтобы трансформировать тепло с такой площади необходимо проложить в грунте полиэтиленовые трубы диаметром 25 × 2,3 мм и длиной 500 × 1,4 = 700 м. (1,4 – удельный расход трубы на квадратный метр площади). Трубы необходимо прокладывать отдельными контурами по 100 м каждый, т. е. 7 контуров.

Все распределители и коллекторы следует располагать в доступных местах для осмотра, например, в отдельных распределительных шахтах вне дома или в подвальной шахте дома. Фитинги должны изготавливаться из коррозионностойких  материалов. Все трубопроводы в доме и вводы через стену должны быть теплоизолированы с обеспечением диффузионной непроницаемости для пара, чтобы избежать появления конденсата, т.к. в подающей и обратной магистралях находится холодный (относительно температуры подвала) теплоноситель.

При вертикальном исполнении грунтового зонда бурится скважина глубиной 60–200 м, в которую опускается несколько U-образных трубопроводов (рис. 4.11).

 

а б

 

                                                                                                                                  

Рис. 4.11. Тепловой насос с грунтовым зондом

а – общая схема, б – схема грунтового зонда

1 – обратная магистраль, 2 – подающая магистраль, 3 – петлевой зонд, 4 – защитный колпачок

В глинистом влажном грунте при холодопроизводительности теплового насоса 10 кВт длина зонда (глубина скважины) должна быть

, м

Целесообразно сделать 2 петли с глубиной залегания 50 м диаметром Dу = 32 × 3 мм. Общая длина труб составит 200 м . Скважина с трубами заливается бетонитом, хорошо проводящим тепло. Количество теплоносителя определяется внутренним объемом труб коллектора (зонда) и подводящих труб. Диаметр подводящих труб берут на размер большим, чем труба коллектора. В нашем примере при трубе зонда Dу = 32 × 3 мм и подводящей трубе Dу = 40 × 2,3 мм длиной 10 м внутренний объем (таблица 2)с учетом подающей линии составит 2 × 100 × 0,531 +10 × 0,984 = 116,04 л. Расход теплоносителя теплового насоса находят по паспорту на тепловой насос. Примем 1600 л/ч. Тогда расход на одну петлю составит 800 л/ч.

Таблица 2. Удельный внутренний объем труб

 

Типоразмер Dу × t, мм 25 × 2,3 32 × 3,0 40 × 2,3 50 × 2,9 63 × 3,6
Объем на метр трубы, л 0,327 0,531 0,984 1,59 2,445

 

Потери давления в трубах зависят от диаметра труб, плотности и расхода теплоносителя и определяется по данным завода-изготовителя труб. Так, для труб HDPE (полиэтилен высокой плотности) 32 × 3 мм и расходе 800 л/ч составляет 154,78 Па/м, а для труб диаметром 40 × 2,3 – 520,61 Па/м [7]. Откуда общее падение давления в сети составит 36161,1 Па, что необходимо учесть при выборе насоса.

Срок службы грунтового коллектора зависит от кислотности почвы: при нормальной кислотности (pH =5,0) – 50–75 лет, при повышенной (pH >5,0) – 25–30 лет.

4.1. Эффективность тепловых насосов

В качестве основного показателя эффективности теплового насоса применяется коэффициент преобразования или отопительный коэффициент СОР (coefficient of performance), равный отношению теплопроизводительности теплового насоса к мощности, потребляемой компрессором. В режиме охлаждения для оценки эффективности применяется холодильный коэффициент EER (energy efficiency ratio), равный отношению холодопроизводительности теплового насоса к мощности, потребляемой компрессором.

;                         (4)

(5)

где – энергия, отдаваемая ПВТ;

        – тепловая энергия, отбираемая у ИНТ;

      – затраченная электроэнергия;

      и – температуры конденсации и кипения в тепловом насосе.

Температура  определяется давлением конденсации хладагента в ТН, а – температурой ИНТ. Так, если принять = 281,16 К (8 °C) и = 323,16 К (50 °С), то COP будет равен 7,7. Если тепло отводится водой, то различные хладагенты позволяют достичь следующих температур [1]: R717, R502, R22 – около +50 °С, R134a – +70 °С, R142 – +100 °С.

Следует помнить об основном правиле, вытекающем из (4): чем меньше разность температур между и источником и приемником тепла в тепловом насосе, тем выше коэффициент преобразования.

Когда в тепловых насосах одновременно используется тепло и холод (например, охлаждение холодильных камер и нагрев офисных помещений), то

(6)

При равнопотенциальном цикле =

(7)

При указанных выше температурах суммарный коэффициент преобразования может достигать 12, 7, что характеризует высокую энергетическую эффективность теплового насоса. Реальные СОР несколько ниже и составляют порядка 3–5.

В абсорбционных тепловых насосах коэффициент преобразования ниже, чем в компрессионных, из-за больших потерь в элементах абсорбционного контура. Так, при использовании грунтовых вод с T0 = 281,16 К (8°C) и температурой полезного тепла = 323,16 К (50 °С), коэффициент преобразования абсорбционного ТН составит всего 1,45 [1]. Температура полезного тепла в абсорбционных тепловых насосах зависит также от температуры нагрева генератора. При указанных выше температурах нагрев генератора должна быть не меньше 150 °С.

За период отопительного сезона (октябрь–май) для обогрева 100 м2 жилого помещения электрическим котлом потребуется 37440 кВт электроэнергии, а тепловым насосом – 12024 кВт. При тарифе 0,24 грн за 1 кВт электроэнергии экономия составит 6100 грн. (данные ООО «Сантехник ЛТД и Ко»).

По данным http://www.aeroprof.by применение ТН в 1,2–1,5 раза выгоднее самой эффективной газовой котельной.

Стоимость теплового насоса ориентировочно можно оценивать из расчета 750–1500 грн за 1 кВт вырабатываемой тепловой мощности. Срок окупаемости 7–14 лет.

4.2. Выбор оборудования для тепловых насосов

Выбор оборудования начинается с расчета теплопотребления здания. В настоящее время имеется разнообразные программы для расчета на ПК теплопотребления, которые можно найти в Интернете или получить у поставщиков оборудования.

Ориентировочный расчет можно сделать исходя из отапливаемой площади здания и количества потребляемой горячей воды. Также в случае периодических плановых отключений электроэнергии необходимо увеличить тепловую мощность теплового насоса. Если время отключения электроэнергии не превышает 2-х часов, этот фактор можно не учитывать.

Удельное теплопотребление зависит от типа здания:

  • здание с низким потреблением (современные материалы, утепление стен, окна из стеклопакетов) – 40 Вт/м2;
  • новостройка, хорошая теплоизоляция – 50 Вт/м2;
  • здание со стандартной теплоизоляцией – 80 Вт/м2;
  • старые постройки без особой изоляции – 120 Вт/м2.

Учет дополнительной тепловой мощности для компенсации потерь тепла на время  плановых отключений электроэнергии производится следующим образом.

Определяют суточное (за 24 ч) потребление тепла

, кВт, (8)

где – теплопроизводительностьТН, кВт;

– время отсутствия электроэнергии.

Расчет дополнительной тепловой мощности для приготовления горячей воды производят исходя потребления одним человеком около 50 л воды с температурой 45 °С, что соответствует 0,25 кВт/чел. Более точный расчет можно выполнить пользуясь данными таблицы 3.

Таблица 3. Суточное потребление горячей воды

Категория Потребление воды, л/чел Удельное теплопотребление, Втч/чел Теплопотребление для горячей воды, кВт/чел
темп. воды 60°С темп. воды 45°С
Низкое потребление 10–20 15–30 600–1200 0,08–0,15
Стандартное потребление 20–40 30–60 1200–2400 0,15–0,3
Квартира, занимающая этаж 32 45 1800 0,225
Одноквартирный жилой дом 35 50 2000 0,25

Рассмотрим пример построения теплового насоса с обратимым гидравлическим циклом, работающего круглогодично в двух режимах (охлаждение или нагрев) в зависимости от периода года с использованием оборудования и программного обеспечения компании CIAT (Франция).

Исходные требования:

1. Теплопроизводительность 510 кВт.

2. Низкотемпературный источник – морская вода с температурой:

      теплый период года ≤20 °С,

      холодный период года 7 °С.

3. Высокотемпературный потребитель – вода с температурой на выходе теплообменника 55 °С.

4. Минимальная температура наружного воздуха – минус 10 °С (Крым, Украина).

Данную задачу решим, используя тепловой насос с обратимым гидравлическим циклом, схема которого приведена на рис. 2.

Учитывая, что температура наружного воздуха отрицательная (минус 10 °С) в тепловом насосе, применяем двухконтурную систему. В первичном контуре применяем раствор этиленгликоля с температурой замерзания ниже –10 °С (20-процентная смесь этиленгликоля с водой).

В соответствии с исходными требованиями выберем перепад температур в высокотемпературном контуре Dtвых = 5 °С (50/55 °С). Тогда температуры теплоносителя в контуре конденсатора должны быть соответственно 55/60 °С. Для получения таких температур в тепловом насосе целесообразно использовать хладагент R134a [1].

В соответствии с исходными требованиями зададим перепад температур ИНТ 7/4 °С, тогда в контуре испарителя перепад температур соответственно составит 5/2 °С.

Используя программу подбора оборудования фирмы CIAT, определим тип и параметры теплового насоса в режимах работы на нагрев и охлаждение. Программой выбран тепловой насос HYDROCIAT 2500B X LW/LWP R134a с параметрами, приведенными в табл. 4, внешний вид которой показан на рис. 12.

Таблица 4. Технические характеристики водоохлаждающей машины HYDROCIAT 2500B X LW/LWP R134a

 

Параметр Режим нагрева Режим охлаждения
Производительность испарителя, кВт 326,0 395,9
Теплоноситель MEG20 % MEG20%
Температура теплоносителя в испарителе (вход/выход), °С 5,0/2,0 6,0/2,0
Расход теплоносителя через испаритель, м3 102,8 93,4
Производительность конденсатора, кВт 517,0 553,9
Температура теплоносителя в конденсаторе (вход/выход), °С 55/60 45,1/50
Расход теплоносителя через конденсатор, м3 93,4 102,1
Потребляемая мощность, кВт 191 158,0

 

 

Рис. 4.12. Тепловой насос HYDROCIAT 2500B X LW/LWP R134a

Далее подбираем пластинчатый высокотемпературный теплообменник «тепловой насос–потребитель» по следующим исходным данным (режим нагрева):

  1. Температура воды (выход-вход): 55/50 °С.
  2. Температура 20-процентного раствора этиленгликоля в первичном контуре (выход-вход): 60/55 °С.
  3. Расход 20-процентного раствора этиленгликоля: 93,4 м3/ч (см. табл. 1).

Программа CIAT выбирает пластинчатый теплообменник PWB 30 11 производительностью 517 кВт (табл. 5).

Таблица 5. Технические характеристики теплообменника PWB 30 11 с 43 пластинами (тепловой насос – потребитель) в режиме нагрева

 

Теплоноситель Вода MEG20%
Температура теплоносителя (вход/выход), 0С 50/55 60/65
Расход теплоносителя, м3 90,4 93,5
Материал теплообменных пластин нержавеющая сталь нержавеющая сталь
Тип пластин 8H+13J 8H+13J

 

Низкотемпературный теплообменник «морская вода–тепловой насос» в режиме нагрева подбираем по следующим исходным данным:

  1. Источник низкопотенциальной теплоты (первичный контур): морская вода с температурой вход/выход – 7/4 °С.
  2. Температура 20-процентного раствора этиленгликоля в первичном контуре 5/2 °С.
  3. Расход 20-процентного раствора этиленгликоля 102,8 м3/ч.

Программа CIAT выбирает пластинчатый теплообменник PWB 45 11.

Таблица 6. Технические характеристики теплообменника PWB 45 11 c 63 пластинами (море–тепловой насос)

 

Теплоноситель MEG20% морская вода
Температура теплоносителя (вход/выход), °С 2/5 7/4
Расход теплоносителя, м3 103,0 100
Материал теплообменных пластин титан титан
Тип пластин 10H+22J 10H+22J

 

Выполним проверочный расчет рассчитанного ранее теплообменника PWB 30 11 с 43 пластинами для теплого периода года и определим температуры воды на выходе/входе потребителю.

Программа CIAT показала, что в летний период производительность теплообменника PWB 30 11 составит 437 кВт и температуры холодоносителя составят (выход/вход) 7,5/12 ºС. (табл. 7)

Таблица 7. Технические характеристики теплообменника PWB 30 11 с 43 пластинами (тепловой насос – потребитель) в режиме охлаждения

 

Теплоноситель MEG20 % вода
Температура теплоносителя (вход/выход), 0С 2/6,2 12/7,85
Расход теплоносителя, м3 93,4 90,4
Материал теплообменных пластин нержавеющая сталь нержавеющая сталь
Тип пластин 8H+13J 8H+13J

 

Таким образом, подобранный тепловой насос HYDROCIAT 2500 XLW/LWP R134a обеспечивает:

  • в холодный период года теплопроизводительность 517 кВт при потребляемой мощности 191 кВт;
  • в теплый период года холодопроизводительность 395,9 кВт при потребляемой мощности 158 кВт.

Ниже представлена принципиальная схема теплового насоса с обратимым гидравлическим циклом, рассчитанная выше.

 

 

Рис. 4.13. Принципиальная схема теплового насоса с обратимым гидравлическим циклом

Номенклатура некоторых тепловых насосов компании CIAT приведена в табл. 8.

Таблица 8. Тепловые насосы фирмы CIAT (Франция)

Тип теплового насоса Производительность, кВт Область применения
по холоду по теплу индивидуальные дома многоквартирные здания общественные зданиая производство
AUREA 2 7…28 9…36 +      
DYNAСIAT LG/LGP/ILG 35…350 40…370   + +  
HYDROCIAT LW/LWP 275…1140 350…1420   + + +

Вывод.

  1. Тепловые насосы, использующие возобновляемые источники тепла, являются самым энергетически эффективным отопительным оборудованием.
  2. Системы, построенные на базе ТН, надежные, безопасные и долговечные.
  3. Получение тепла посредством теплового насоса – экологически чистый технологический процесс.
  4. Современное климатическое оборудование (например, CIAT, Франция) позволяет создать ТН с производительностью от десятков кВт до МВт.

Литература.

  1. В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен. Учебник по холодильной технике: Пер. с франц. – М.: Издательство Московского Университета, 1998. – 1142 с., ил.
  2. Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ. – М.:Энергоиздат, 1982. – 224 с., ил.
  3. Эль Садин Хасан. Выбор оптимальных параметров системы теплохолодоснабжения жилого дома//Холодильная техника, 2003, №3, с.18–21.
  4. Овчаренко В.А. Овчаренко А.В. Використання теплових насосів//Холод М+Т, 2006, №2 с. 34–36.
  5. Пять шагов на пути к избавлению от метановой зависимости//Отопление Водоснабжение Вентиляция + кондиционеры, 2006, №1, с. 30–41.
  6. Бондарь Е.С., Калугин П.В. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха с аккумуляцией холода//С.О.К., 2006, №3, с. 44–48.
  7. Viesmann.Системы тепловых насосов. Инструкция по проектированию.5829 122-2 GUS 2/2000
  8. Белова. Системы кондиционирования с чиллерами и фанкойлами
Реклама


Добавить комментарий

Please log in using one of these methods to post your comment:

Логотип WordPress.com

Для комментария используется ваша учётная запись WordPress.com. Выход / Изменить )

Фотография Twitter

Для комментария используется ваша учётная запись Twitter. Выход / Изменить )

Фотография Facebook

Для комментария используется ваша учётная запись Facebook. Выход / Изменить )

Google+ photo

Для комментария используется ваша учётная запись Google+. Выход / Изменить )

Connecting to %s