Технические науки/3.Отраслевое машиностроение

Савченко В.А. Радионенко В.М.

Донецкий национальный университет экономики и торговли имени Михаила Туган-Барановского, Украина

Инновации в области конструкций тепловых насосов

В наши дни все чаще используется возобновляемая электроэнергия, например, от ветровых и гелиоустановок. Меняется сама стратегия энергетики – на смену «генерации, зависящей от потребления», приходит «потребление, частично зависящее от генерации». В домашнем хозяйстве тепловые насосы предоставляют наибольшие возможности для управления нагрузкой. Время блокировки не оказывает заметного влияния на комфорт проживания в современных зданиях с системами теплых полов, поскольку тепловым аккумулятором является все здание.

В последнее время рынок тепловых насосов стремительно растет. Это оборудование относится к классу экологических чистых, так как не использует для выработки тепла топливо, при этом современные тепловые насосы позволяют достичь высоких показателей теплоотдачи. Сегодня тепловой насос на 1 кВт израсходованной электроэнергии способен производить 5 кВт тепла.

Сегодня применение тепловых насосов во многих странах — норма. В Швеции они вообще составляют 50% всего отопительного оборудования (ТН «черпают» тепло из Балтийского моря с температурой воды + 4ОС.). К слову, согласно прогнозам Мирового энергетического совета (МИРЭС), к 2020 году на Западе с помощью этого оборудования будет осуществляться примерно 75% коммунального и производственного теплоснабжения. Хотелось бы, чтобы и наша страна входила в список государств, сумевших избежать энергетического кризиса.

Тепловой насос собирает рассеянное в природе (в грунте, воде, воздухе) низкопотенциальное тепло и передает его в дом. Обычно он представляет собой систему из трех замкнутых контуров: в первом (внешнем) циркулирует теплоноситель, собирающий тепло окружающей среды, во втором - хладагент (вещество, которое, испаряясь, отбирает тепло у теплоносителя, а конденсируясь, отдает его теплоприемнику), в третьем - теплоприемник (вода в системах отопления и горячего водоснабжения). Во второй контур встроены аппараты-теплообменники - испаритель и конденсатор, а также устройства, которые меняют давление хладагента - дроссель и компрессор.

Рабочий цикл выглядит так. Жидкий хладагент продавливается через дроссель, его давление падает, и он поступает в испаритель, где вскипает, отбирая тепло, поставляемое коллектором из окружающей среды. Далее газ, в который превратился хладагент, всасывается в компрессор, сжимается и, нагретый, выталкивается в конденсатор. Конденсатор является теплоотдающим узлом теплонасоса: здесь тепло принимается водой в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и сгущается в жидкость, чтобы вновь подвергнуться разряжению в расширительном вентиле и вернуться в испаритель. После этого рабочий цикл начинается сначала.

Наиболее приемлемыми вариантами установок для нашей климатической зоны являются тепловые насосы типа «грунт - вода» и «вода - вода».

Тепловой насос извлекает тепловую энергию даже тогда, когда на улице температура наружного воздуха -20 С. За год снижаются затраты на отопление с помощью теплового насоса по отношению к обычному отоплению, в среднем до 50%. Такая потенциальная экономия окупит первоначальные затраты на установку теплового насоса в течении всего нескольких отопительных сезонов.

Тепловой насос может брать тепло из воздуха, воды и почвы, там, где наиболее сконцентрировано тепло солнечной энергии и перерабатывает его в отопление или горячее водоснабжения для Вашего последующего использования.

Инновации в конструкции теплового насоса:

1. Мягкий пуск компрессора, что приводит к уменьшению механического износа деталей компрессора, и как следствие к увеличению срока службы компрессора.

2. Плавное регулирование теплопроизводительности теплового насоса без циклов включения/отключения компрессора и как следствие, отсутствие пусковых токов - уменьшены в несколько раз по сравнению с прямым или конденсаторным пуском, что снижает нагрузку на электрическую сеть.

3. Отсутствие необходимости в накопительном баке системы отопления, что снижает стоимость теплового насоса.

4. Отсутствие реактивных токов в сети, что приводит к снижению энергопотребления на 20-25%.

5. Точное поддержание регулируемого параметра (температура подаваемого или обратного теплоносителя, температура воздуха в помещении) с помощью изменения частоты вращения электродвигателя. Для этого используется встроенный в преобразователь частоты (инвертор) ПИ-регулятор (пропорционал+интеграл).

6. Наличие дополнительных защит двигателя компрессора - токовая защита, контроль обрыва фазы нагрузки, тепловой интеграл и т.п.

7. Возможность повышения теплопроизводительности теплового насоса при пиковых нагрузках за счет повышения частоты электродвигателя компрессора до 65-80 Гц. При использовании роторных, поршневых или спиральных компрессоров повышение частоты вращения электродвигателя на 10 Гц приводит к росту теплопроизводительности теплового насоса на 20%.

Большое количество преимуществ позволяет использовать тепловые насосы во многих отраслях и сферах жизни. Такая установка способна отапливать и коттедж, и городской комплекс, и ферму удаленную от энергоресурсов. Во всех странах мира широко применяются тепловые насосы. Количество таких установок измеряется миллионами штук. Во всем мире десятки наукоемких фирм проводят исследования и выпускают оборудование для тепловых насосов.

Литература:

1. Рей Д., Макмайкл Д.Тепловые насосы. - М.: Энергоиздат, 1982. - 224 с

2. [Электронный ресурс]- climatic.dn.uа