Актуальностьработы. Техническая возможность и энергетическая эффективность применения тепловых насосов в качестве источников теплоснабжения и теплохладоснабжения доказана много лет назад. Однако практическое использование этой разработки в государствах СНГ получило широкое распространение только в последние годы (на территориях, дефицитных по топливу, и на тех объектах, где применению тепловых насосов оказывается государственная поддержка) [1].
Применение тепловых насосов (ТН), в том числе парокомпрессионного типа, позволяет повысить температурный потенциал возобновляемых и вторичных энергоресурсов до необходимого температурного уровня, в частности для систем теплоснабжения.
Свойства и энергетическая эффективность ТН значительно изменяются на режимах, отличных от номинального, т.е. при изменении условий использования, определяемых, в основном, температурами холодного и горячего теплоносителей. Вопрос эффективного использования тепловых насосов на этих режимах, несмотря на его очевидную важность, в литературных источниках освещен недостаточно, не разработан метод моделирования работы ТН на таких режимах [2].
Цель работы – исследовать возможности применения тепловых насосов в системе теплоснабжения в зависимости от температуры наружного воздуха.
Тепловой насос можно использовать практически в любых теплотехнологиях, но не всегда это дает необходимый экономический эффект, а в некоторых случаях и вовсе не рентабельно. Это зависит от ряда факторов, таких как температура низкопотенциального источника энергии, холодопроизводительности компрессора, коэффициента трансформации и цена на электроэнергию в регионе.
Для исследования эффективности теплового насоса при различных режимах работы была использована экспериментальная установка, позволяющая моделировать температуру низкопотенциального источника и мощность компрессоров. Схема установки показана на рис. 1.
На основании мониторинга температуры наружного воздуха и рекомендуемых комфортных параметров внутреннего воздуха с учетом теплопотерь через ограждающие конструкции здании была построена диаграмма целесообразности применения тепловых насосов (рис. 2).
Рис. 1. Принципиальная схема установки для исследования работы теплового насоса в системе теплоснабжении: 1 – бак низкопотенциальной энергии; 2 – фильтр осушитель; 3 – конденсатор; 4 – испаритель; 5 – компрессор 1 (ФГрВ-1,75); 6 – компрессор 2 (ФГрВ-2,8); 7 – ресивер; 8 – дроссельный вентиль; 9 – тен; 10 – бак генератор тепла; 11 – персональный компьютер; 12 – терморегулятор
Анализ диаграммы (рис. 2) показал, что тепловой насос можно использовании в системе теплоснабжения жилого здания для получения рекомендуемых комфортных параметров внутреннего воздуха при температуре наружного воздуха до минус 15 °С, а при температуре наружного воздуха ниже минус 1 °С требуется дополнительная мощность для отопления.
Основываясь на полученных результатах можно рекомендовать использование теплового насоса в системе теплоснабжения, использующего энергию обратного теплоносителя из системы отопления с температурой 40 °С. При этом, дополнительное тепло из системы центрального теплоснабжения, будет использоваться только при температурах наружного воздуха ниже минус 15 °С. Использование данного подхода позволит более рационально использовать тепловую энергию, когда строительство новых домов в уже существующих районах приводит к увеличению теплопотребления без увеличения тепловой способности предприятий теплоснабжения.
Рис. 2. Диаграмма эффективности применения теплового насоса
Заключение
Тепловой насос можно использовании в системе теплоснабжения жилого здания для получения рекомендуемых комфортных параметров внутреннего воздуха при температуре наружного воздуха до минус 15 °С, а при температуре наружного воздуха ниже минус 15°С требуется дополнительная мощность для отопления.