Тепловые насосы для чайников

SRO 19
By SRO 19 18 октября, 2017 00:59

Тепловые насосы для чайников

Обещала — выполняю. Как объяснить неинженеру, что такое тепловой насос?

 

Мария Степанова, главный редактор ЕА

Обычный насос позволяет повернуть в обратном направлении естественный поток жидкости (качать снизу вверх).

Тепловой насос позволяет в обратном направлении качать теплоту – от более холодной среды к более теплой. Для этого затрачивается определенная работа (внешняя энергия).

Эффективность ТН характеризуется коэффициентом преобразования теплоты – отношение отданной теплоты к затраченной работе. Это не КПД, этот коэффициент всегда больше единицы.

Чтобы доставить теплоту (или холод) потребителю, ТН могут использовать разные физические процессы.

Самые распространенные – пароконденсатные ТН. Принцип их действия основан на цикле конденсации и испарения фреона и законе физики, согласно которому при повышении давления температура повышается. В ТН такого типа работа прикладывается для сжатия фреона, а при конденсации он отдает теплоту. Затем происходит расширение, хладагент испаряется и берет тепло от низкопотенциального (чуть тепленького) теплоносителя, а затем цикл повторяется. Для инженеров тут надо вспоминать цикл Карно, изотермы, энтропию, но это уж их профдеформация. А мы популяризуем.

Другой вид – абсорбционные ТН – работают на смеси газообразного хладагента и его раствора в жидкости, за счет ряда физических явлений и приложенной внешней теплоты также происходит выделение теплоты, взятой из низкопотенциального источника. Правда, к другой стороне установки надо подать, наоборот, холод. Но эффект все равно выше единицы.

Термоэлектрические (еще один вид) ТН используют эффект возникновения электрического тока при нагреве спаев разнородных металлов и, наоборот, охлаждение спаев при пропускании через них электрического тока.

И так далее. Главное – ТН умудряется «высосать» теплоту из не очень-то теплой среды и передать ее более теплой. Вжжжжух, как говорится.

У этой прекрасной миссии находится куча применений, начиная с холодильника или сплит-системы кондиционера. А можно делать систему отопления для частного дома, где тепло берется из-под земли (там температура всегда примерно одинаковая типа +8, и эти +8 обогреют жилые комнаты до нужных +20), или из грунтовых вод, или из открытого водоема, а бывает, даже из воздуха. А ведь в жаркие сезоны так же точно можно комнаты охлаждать – и тогда из этих +8 под землей мы сумеем снизить температуру в доме от +30 до тех же +20.

Тепловые насосы не всегда конкурируют с традиционными вариантами отопления. Выгодные схемы с ТН получаются в системе централизованного теплоснабжения – при ТЭЦ на отработанном паре либо охлаждающей турбины воде, дальше по цепочке при индивидуальном или централизованном тепловом пункте и даже на обратной воде у потребителя (это позволяет очень экономично присоединить новых потребителей).

Грех не использовать ТН для утилизации тепла в промышленности, где оно «сбрасывается» в процессе производства — можно воды нагреть для душевых или отопление опять же организовать.

Кольцевые системы для многоэтажных зданий – офисных, или отелей – позволяют делать в каждой комнате индивидуальное климат-регулирование, и когда на солнечной стороне жарко, помещения будут охлаждать, а их теплом нагревать комнаты на теневой стороне, и наоборот, и все это вот с тем коэффициентом эффективности, который гораздо круче, чем просто поставить рекуператор.

И да, в наших условиях страдает экономика – относительно дешевый газ, конкурировать с которым почти невозможно, да учитывая стоимость импортного оборудования. Хотя линейка зарубежных моделей удивляет разнообразием готовых решений, но есть и отечественные.

Вот и получается, что в чистом виде ТН, если посчитать ТЭО, не мегакрутоэффективен либо неэффективен вообще. Но если его хорошо приаттачить к местным условиям и достроить теми или другими инженерными нашлепками – пиковым котлом на чем-нибудь дешевом, или догревателем, или вот встроить в имеющуюся систему отопления, или приспособить собирать сбросное производственное тепло – то варианты могут получиться очень привлекательные.

Вот он, вызов для инженерного ума)) Посмотреть на условия заказчика и придумать СХЕМУ. В общем, если уже хочется, тут надо

а) умного инженера, который реально понимает в физике процессов и сопутствующем оборудовании,

б) который предусмотрит и корректно обсчитает все факторы (будет ли промерзать грунт с годами, какую глубину скважины взять, диаметр трубы и все вот это, и

в) грамотно посчитать экономику.

И добавить к этому возможные «экстерналии», как сейчас модно говорить, т.е. сопутствующие эффекты – меньше зависимость от централизованных систем, или выше надежность, меньше экологических последствий, и дальше, у кого сколько фантазии.

В общем, тема будет развиваться. За ликбез спасибо всем откликнувшимся, в первую очередь реверанс в сторону П.А. Трубаева из Белгородского технологического университета.

 

Присоединяйтесь к ЕА
в Телеграм

на Facebook

SRO 19
By SRO 19 18 октября, 2017 00:59
Добавить комментарий

Нет комментариев

Нет Комментариев!

Вы можете быть первым, кто прокомментирует эту статью.

Написать комментарий
Просмотреть комментарии

Добавить комментарий

Ваш E-mail адрес не будет опубликован.
Обязательные к заполнению поля помечены*

*

code

Избранное в Telegram