Теплові насоси: вигоди та переваги

Теплові насоси мають низку переваг перед традиційними джерелами тепла. До них насамперед відносяться висока ефективність перетворення електроенергії, екологічно чиста технологія перетворення тепла, надійна автоматизація роботи установки, мінімальні експлуатаційні витрати, значний термін служби без капітального ремонту, малі габарити та вага.

Одним із основних джерел створення парникового ефекту на планеті є існуючі системи теплопостачання. Теплопостачання в кліматичних умовах України потребує великих витрат палива, які перевищують майже вдвічі витрати на електропостачання. Виробництво електроенергії загалом здійснюється за допомогою гідроелектростанцій (ДРЕС), де при спалюванні палива лише 35-40% теплової енергії перетворюються на електроенергію, а решта 60-75% не використовується для опалення, а викидається в навколишнє середовище. Викиди СО2 можуть бути зменшеними, якщо для теплопостачання використовувати промислові теплові стоки. Якщо це важко реалізувати з тепловими викидами ДРЕС, оскільки вони віддалені від потенційних споживачів, то великі підприємства хімії та металургії та інші, що створюють великомасштабне скидання теплової енергії в навколишнє середовище, зазвичай знаходяться поблизу об'єктів споживання тепла. Їх тепло низькопотенційне (10 ° С до 30 ° С), що не дозволяє використовувати цю енергію безпосередньо в існуючих системах опалення міст. Однак технологія теплових насосів дозволяє підняти потенціал цього тепла, після чого воно може використовуватися як теплоносій у теплофікаційних мережах.В Україні загальний обсяг електричної енергії та понад 50% теплової енергії виробляється промисловими тепловими електростанціями (ТЕЦ). Основу ТЕЦ складають парові котли високого тиску та електрогенератори з приводом від парових турбін. Термодинамічний цикл парових турбін дозволяє використовувати від 35% до 45% енергії, що спалюється для вироблення електрики. Частина низькопотенційного тепла просто доводиться скидати в атмосферу. З іншого боку, перекачування теплоносія із відносно високими температурними параметрами від ТЕЦ до споживача призводить до невиправдано високих втрат теплової енергії в довкілля через ізоляцію теплотраси. Навіть поверховий аналіз економічних показників енергосистеми показує, що основна частка вартості електричної та теплової енергії припадає на його транспортування до споживача та втрати внаслідок транспортування. Великим недоліком є ​​спалювання природного газу для компенсації дефіциту теплової енергії для потреб опалення та гарячого водопостачання.

Нещодавно вважалося, що використання теплових насосів на підприємствах, які постачають теплоту від ТЕЦ, є неекономічним. Наразі ці оцінки переглядаються, оскільки реальне ставлення цін на електроенергію, теплоту ТЕЦ та паливо змушують деякі підприємства переходити на власні генератори тепло- та навіть електроенергії.

З таким підходом використання теплових насосів є досить ефективним. Необхідно відзначити, що використання теплонасосних установок призводить до економії палива, зменшення забруднення навколишнього середовища та ущільнення графіків електричного навантаження.Крім того, теплові насоси оснащуються електронними таймерами керування, дозволяючи програмувати їх роботу в добовому або тижневому режимі. Додатковою перевагою теплових насосів є те, що їх можна експлуатувати в реверсивному режимі, тобто як нагрівальні та охолоджувальні установки. Завдяки цьому збільшується ступінь використання обладнання, тим самим скорочується термін окупності капіталовкладень. А під час безпосередньої роботи теплові насоси важливим фактором є їх ККД, оскільки саме від нього залежатиме діапазон можливих температур низькопотенційного джерела. Досягнення максимального економічного ефекту можливе лише у разі комплексного підходу до реалізації енергетичних програм.

Таким чином, можна сформулювати такі основні принципи, які мають здійснюватись на підприємствах теплоенергетики з метою дати значну економію первинних ресурсів:

1. Проведення модернізації енергетичних об'єктів, яка має бути зорієнтована на максимальне вироблення власних енергоресурсів підприємства;

2. Максимально можлива утилізація вторинних енергетичних ресурсів (ВЕР);

3. Проведення заходів, які забезпечують загальне скорочення енергетичних витрат;

4. Застосування енергоресурсобережних технологій, зокрема теплонасосних установок (ТНУ).

Перспективно для підприємства є використання теплонасосної установки з використанням теплоти вентиляційних викидів.

Повітряне опалення характерне для багатьох промислових підприємств. Установки утилізації теплоти вентиляційних викидів дозволяють попередньо нагріти зовнішнє повітря, що надходить до цеху, до 8°С. Температура мережі, нагріта в теплонасосній установці, для нагрівання опалювального повітря не перевищує 70°С. За таких умов теплонасосна установка може працювати за досить високого коефіцієнта перетворення.

На сьогодні потреби України в такому обладнанні є величезними. Є потреба у всій серії теплових насосів потужністю 5, 10, 25, 100 та 1000 кВт. Так, у середній смузі України для опалення будинку площею 100 м2 необхідно мати теплову потужність 5-10 кВт, а насоса з тепловою потужністю 100 кВт достатньо для опалення типових шкіл, лікарень, адміністративних будівель. Теплові насоси потужністю 1000 кВт зручні для завдань повернення теплових відходів, використання гарячих джерел. За оцінками фахівців, вартість встановлення теплового насоса в українських умовах оцінюється приблизно від 300 доларів США за 1 кВт теплової потужності за терміном окупності обладнання від двох до чотирьох років, що насамперед залежить від цін на паливо та кліматичних умов конкретного регіону.

Введення в експлуатацію близько 100 тисяч теплових насосів сумарною тепловою потужністю 2 ГВт дозволить забезпечити теплотою 10 млн осіб за середнього терміну служби насоса 15 років.Для визначення доцільності використання теплових насосів через використання низькопотенційного тепла ВЕР, необхідно взяти до уваги наступне:

- збіг за часом виходу скидних теплових потоків та споживання теплоти;

- місце виходу скидних теплових потоків та місце споживання теплоти;

- фазу носія скидної теплоти (тверда, рідка, газоподібна);

- витрата скидних потоків та потреба в теплоті;

- Потенціал скидної та споживчої теплоти.

Використовувати теплові насоси вигідно не лише з погляду економії палива. Вони очищають воду річок та озер від надлишкового тепла. «Теплове забруднення» цих об'єктів скиданням у них стічних вод міст та відпрацьоване тепло вод заводів та теплоелектростанцій з кожним роком стає більш помітним. Наші річки за останні півстоліття стали не тільки брудними, а й теплими. Теплове забруднення природи вже переростає у глобальну проблему, спричиняючи порушення клімату Землі. І дуже скоро людство має вводити квоти для країн за річним скиданням тепла у водойми та атмосферу, як уже ввела квоти на викиди парникових газів.

Використання теплових насосів сприяє зменшенню емісії продуктів горіння внаслідок зменшення споживання хімічної енергії, що міститься в первинному паливі.

Основним джерелом шуму в теплових насосах є компресори та вентилятори.Обмеження шуму до значень, менш допустимих у приміщеннях, досягнуто за рахунок використання ротаційних (лопатевих та спіральних) компресорів, а також шляхом винесення джерела шуму за межі опалюваних приміщень за допомогою двоблочного компонування типу SPLIT або використанням високотехнологічного обладнання, якого в Україні зараз, на жаль, немає.