Тепловые насосы сравнительный расчет
В настоящее время в нашей стране появился значительный спрос на тепловые насосы. Данное явление обусловлено постоянным ростом цен на традиционные источники энергии и непрекращающимися экологическими проблемами. Сегодня на рынке теплотехники представлены самые различные разновидности этого оборудования. Причем выбор типа и мощности тепловых насосов производится индивидуально для каждого объекта и выполняется еще на проектировочном этапе.
Здесь же выполняются экономические расчеты эффективности использования теплогенераторов, и просчитывается срок их окупаемости. В общем, под тепловым насосом подразумевается термодинамическое устройство, способное трансформировать низкотемпературную тепловую энергию от низкопотенциальных источников, в более высокую составляющую для получения горячей воды или воздуха способных отапливать помещение.
На сегодняшний день в нашем регионе наибольшее распространение получили два типа ТН (парокомпрессионные и абсорбционные). Первые из них (ПТН) отличаются по типу, применяемого компрессора на спиральные, винтовые и поршневые, а по приводу на электрические, и работающие от ДВС. Теплоносителем в системе ПТН выступают фторхлорсодержащие углеводороды или фреоны.
Абсорбционные тепловые насосы (АТН) бывают солевыми и водоаммиачными (в зависимости от типа абсорбента). Причем процесс трансформации тепловой энергии в них происходит тепловым способом, в отличие от ПТН, где для осуществления термодинамических процессов необходимо использование механической или электрической энергии. Так как парокомпрессионные и абсорбционные теплогенераторы во время функционирования потребляют различные виды энергии, то для осуществления сравнительного анализа представленных систем необходимо определение общего показателя эффективности. Такой характеристикой может выступать удельное потребление топлива на единицу вырабатываемого тепла.
Тепловые насосы сравнительный расчет выполняется в такой последовательности. Сначала определяется энергоэффективность установок. Для ПТН формула имеет вид:
? = Qп /Qк,
где:
Qп – количество произведенной тепловой энергии;
Qк – затраты электрической энергии в тепловом эквиваленте на работу компрессора.
Исходя из представленного графика зависимости коэффициента преобразования от уровня разности температур между нагретой (tw2) охлажденной жидкостью (ts2), можно сделать вывод, что чем ниже перепад этих температур, тем выше эффективность всей гелиосистемы.
Если рассматривать абсорбционную термодинамическую установку, то ее эффективность может быть охарактеризована коэффициентом трансформации, рассчитываемая по формуле:
М = Qп /Qг,
где:
Qп – объем произведенной тепловой энергии;
Qг – количество высокотемпературного тепла подводимого к генератору ТП.
Далее, исходя из полученных значений, можно произвести вычисления удельного расхода топлива в тепловом эквиваленте для различных режимов работы установок:
1. При работе компрессора от электроэнергии в ПТН:
В = 1/(? · ?эл),
где:
В — удельный расход топлива;
ф — энергоэффективность установки;
?эл – КПД электропривода.
2. При работе компрессора от ДВС или газопаровой турбины в ПТН:
В = 1/(? · ?м + ?т),
где:
?м – КПД механического привода;
?т – КПД теплового привода.
3. При производстве тепловой энергии с применением абсорбционного теплового насоса:
В = 1/(М · ? ),
где:
? – КПД устройства для производства тепла высокой температуры в режиме огневого обогрева.
4. Для расчета удельного расхода топлива при использовании традиционного котла можно воспользоваться выражением:
В = 1/?,
где:
? – КПД представленного котла.
Подставив необходимые данные в представленные выражения можно сделать вывод о целесообразности применения тех или иных типов теплогенераторов и подобрать самый подходящий из них. Безусловно, использование тепловых насосов требует вложения существенных инвестиций. Но в связи с постоянным ростом стоимости энергоносителей данные затраты окупятся в довольно короткие сроки и смогут приносить чистую прибыль в виде экономического эффекта от внедрения инновационных технологий. Дополнительным свойством использования тепловых насосов является пассивное улучшение экологической ситуации и сокращение энергопотребления.
