УДК 669.1

Бахтияр Балжан Торепашкызы кандидат технических наук, старший преподователь АУЭС

Устройство и принцип работы теплового насоса

В Теплонасосных установок имеется три основных агрегата (испаритель, конденсатор, компрессор) и три основных контура (фреоновый, водяной источника, водяной отопления).

Испаритель - кожухотрубный теплообменник, где в трубках циркулирует вода источника, а между трубок – жидкий фреон.

В испарителе теплового насоса (ТН) охлаждается вода источника, а снятая тепловая энергия не выбрасывается прямо в атмосферу, а греет в конденсаторе воду из системы отопления и горячего водоснабжения.

Источником для работы теплового насоса может служить любая проточная вода с температурой от +5 до +40° С. Чаще всего в качестве источника используют артезианские скважины, промышленные сбросы, градирные установки, незамерзающие водоемы.

Допустим, по трубкам испарителя движется вода источника (например, из скважины) с температурой +10°С. Путем регулировки давления дросселем настраивается такой поток фреона в испаритель, чтобы температура его кипения составляла +2 - +3°С. Теперь при тепловом контакте с “горячими” трубками часть фреона вскипает, отбирая таким образом тепло у воды. Охлажденная вода сбрасывается в другую скважину. Газообразный фреон всасывается в компрессор, сжимается им и, нагретый, выталкивается в конденсатор.

Конденсатор по устройству – такой же теплообменный аппарат, как и испаритель. Попадая в межтрубное пространство с температурой +70 - +80°С и вступая в тепловой контакт с водой из системы отопления (+45 - +50°С), фреон конденсируется на “холодных” трубках, передавая свое тепло воде из системы отопления. При этом жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда, за счет перепада давлений, через дроссель возвращается в испаритель. Так выглядит рабочий цикл ТН.

Следует еще раз подчеркнуть, что ТН тратит энергию не на выработку тепла, как электрообогреватель, а только на перемещение фреона по системе. Основная же часть тепла передается потребителю от источника. Этим и объясняется такая низкая себестоимость тепла от ТН.

Так как режим работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление горячей воды переменное, система горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами.

Эффективность работы ТН определяется коэффициентом трансформации теплоты φ, представляющим собой отношение теплоты q₁, переданное тепловому потребителю, к затраченной работе L:

Переданная потребителю теплота определяется как:

q₁ = q₂ + L

Тогда

Из представленных формул видно, что коэффициент трансформации φ превышает единицу. Обычно он равен от трех до семи, в зависимости от температур охлаждаемого источника и теплового потребителя, т.е. на 1 кВт электрической мощности, затрачиваемой на привод компрессора, можно получить 3 – 7 кВт тепловой энергии.

На рисунке 2 приведена зависимость эффективности ТН от температуры низкопотенциального источника, из которого следует, что чем выше температура охлаждаемого источника, тем выше коэффициент φ.

6,64

5,77

5,14

4,63

3,93

4,27

3,74

4

3

7

0 5 10 15 20 25 30 35 Т,⁰С

Рисунок 1 – Зависимость эффективности теплового насоса

от температуры низкопотенциального источника

Анализ теплопотребления в промышленности и коммунальном хозяйстве свидетельствует о том, что при нынешних ценах на электроэнергию и топливо и достигаемых коэффициентах преобразования (передачи теплоты) компрессорные тепловые насосы (ТН) являются эффективным средством энергосбережения.

СпИсок литературы

1. Закиров Д.Г. Утилизация вторичных энергетических ресурсов и использование возобновляемых источников энергии с применением тепловых насосов – основной путь сжигания энергоемкости производства. //Промышленная энергетика, 2002, № 5,

2. Проценко В.П., Горшков В.Г., Осипович С.В. Опыт внедрения и перспективы развития теплонасосных установок в Чувашской Республике. // Энергосбережение и водоподготовка, №3, с.37-41.

3. Алимгазин А.Ш., Бахтиярова С.Г., Айтмагамбетова М.Б. Применение теплового насоса в металлургическом производстве ОАО «Казцинк» одно из перспективных направлений энергосбережения в промышленной теплоэнергетике. В кн: Тезисы докладов Международной научно-практической конференции «Энергосберегающие технологии Прииртышья» (Павлодар, ПаУ, декабрь 2001с 58-59).

4. Бубялис Э., Марцинаускас К., Шкема Р. Возможности и перспективы применения тепловых насосов в производстве низкопотенциальной теплоты. // Денисова Промышленная энергетика, 2000, т.22, № 3