engineering_ru | Геотермальный тепловой насос в условиях Сибири и Урала

holodilshik.livejournal.com posting in

Добрый день, друзья и коллеги!
Это моя первая заметка тут, поэтому прошу сильно не бить)))

Уже активно начался отопительный сезон, поэтому предлагаю порассуждать о насущном - об отоплении.
Предлагаю немного поговорить на достаточно интересную и малоразвитую в нашей стране тему: тепловые насосы в системах отопления частных домохозяйств и небольших коммерческих объектов. Их энергоэффективности, полезности, работоспособности в наших условиях.

Вообще говоря строго научно: тепловой насос - это устройство предназначенное, для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой.
Сам по себе, по своему физическому смыслу и конструктивно, тепловой насос и холодильная машина представляют из себя одно и тоже. Просто , как ни странно это звучит, они предназначены для прямо противоположных целей.

Если холодильные установки предназначены для получения в определенном объеме холода, а образовавшееся тепло они отводят при этом в окружающую среду, то тепловые насосы, наоборот, преследуют своей целью получение холода, а холод они отводят в окружающую среду.

Вообще с концепцией теплового насоса работал еще лорд Кельвин в середине 19-го века. А первый насос был установлен аж в 1855 году. По сути, концепция, обоснования разработаны уже более ста лет назад!
Я не хочу тут давать сложные диаграммы и уравнения. Тут нет в них особой необходимости, чтобы не перегружать текст. Если кому-то потребуется готов сделать.
Существует несколько типов тепловых насосов. Основные это воздушные и геотермальные - по используемой для отвода холода среде. И по принципу действия на компрессорные и адсорбционные.
Я хочу остановиться на компрессорных геотермальных тепловых насосах. Причем применимости их в условиях Урало-Сибирского региона, т.е. при заведомо низких температурах окружающей среды. Оговорюсь сразу - я считаю, что воздушные насосы для нашего региона (Урал и Сибирь) вообщне имеют смысла к применению. Об этом в одной из следующих заметок.
Я рассматриваю тут вариант скважины, ввиду того, что, как правило, у всех частных домохозяйств на участках, есть существующие скважины. И для обычных домов можно использовать существующую скважину. Это для потребителя.
Для специалиста, есть определенная проблема - из-за чего тепловые насосы на данный момент не нашли повсеместного применения, как в домостроении, так и в промышленности.
Одна из проблем состоит в изначально низкой температуре воды в скважина. Беру из практики. Этим холодным летом - температур воды в скважинах не превышает +6, а то и 5,5 градусов! Что же мы имеем, а получаем мы следующее: очень низкую температуру кипения - в районе 0 градусов. В то время как, более-менее безопасная температура +3,5 градуса. И температуру жидкости на входе/выходе в теплообменник (расчетные) +6/+3 град С.
Здесь и далее речь идет о пластинчатых теплообменниках, т.к. на мощности в среднем до 100 кВт они дешевле, чем кожухотрубные, не говоря уже о компактности и доступности. Получается система, работающая постоянно на грани разморозки, которой необходимо постоянное обеспечение расхода воды через пластинчатый теплообменник. Отсюда внимание к тонкостям подбора, а в дальнейшем настройки, чтобы поймать эту грань работоспособности системы. О чем тут можно сказать, в сотый раз о квалификации пусконаладчика или инженера, сделавшего подбор оборудования.
При этом можно смело утверждать, что схема рабочая! Мало того - Эффективная.Из опыта, теоретического и практического, на 1 кВт затраченной электроэнергии мы получим в худшем случае 3,5 кВт тепла, в обычном случае 4 кВт тепла. Примерно одинаковые компрессоры ведущих производителей дают примерно одинаковые показатели энергетической эффективности тепловых насосов. Важен сам факт, что современное оборудование позволяет достигать для тепловых насосов - на каждый 1 кВт потраченной электроэнергии выработки 4 кВт тепла.

Рисунок 1 - Пример подбора компрессора для теплового насоса на 20 кВт

ZH15K1P

Видно, что при потребляемой мощности 5 кВт он даст при идеальных условиях 20 кВт тепла. Тут конечно, не учитывается мощность скважинного насоса, но она не так велика.

В данном случае, мы говорим о низкопотенциальном тепле, которое подходит для отопления "теплые полы". Для радиаторов температура теплоносителя будет недостаточна или их придется сделать очень громоздкими - с большой площадью теплообмена. Но с точки зрения физиологии водяные теплые полы - самый оптимальный способ отопления, обеспечивающий наилучшее распределение температура в объеме помещения.Что касается электрических тепловых полов - хотелось бы отметить следующее - как и любой носитель электричества, он создает электромагнитные поля действия, которых на организм человека до конца не изучен, кроме того на них нежелательно класть коврики, ставить предметы....
Есть еще один минус таких систем - достаточно высокая стоимость самой установки, а также монтажа и пуско-наладочных работ. По моим скромным прикидкам 1 кВт тепла обходится грубо в 10 тысяч рублей, но это понятно средняя температура по больнице.

Но на мой взгляд, тепловые насосы, несмотря на все проблемы не только имеют, но и должны широко применяться в районах Сибири и Урала. У нас до сих пор остается много районов, где отсутствует и не предвидится газ, поэтому, как альтернативу электрическим котлам вполне можно предложить тепловой насос.

Хотелось бы выслушать комментарии и мнения участников.

Flat | Top-Level Comments Only

From:

boud.livejournal.com

Срок окупаемости этих килоВаттов?
10 тысяч на кВт, это утопия. В небольших системах надо говорить о величинах порядка 30-40 на кВт при том, что в земле срок эксплуатации не будет чересчур уж большим. По моим ощущениям - окупаемости нет никакой. Вся экономия - на подведённой мощности. Хотя тут, как раз. экономия существенная, особенно в больших системах.

From:

holodilshik.livejournal.com

Не утопия. Небольшие 10 кВт насосы вполне укладываются в 110 тысяч рублей (без скважинного насоса) и монтажа. Большие получаются дороже - 50 кВт на европейских комплектующих - можно уложиться в 700-800 тысяч по моим прикидкам.
Т.е примерно пропорция 12-15 тысяч рублей.
Китайские поделки дешевле, европейские дороже. Тут нужно смотреть конкретного производителя.