 |
|
Примеры применения тепловых насосов для теплоснабжения
Существуют различные модели тепловых насосов передачи (“накачки”) низкопотенциального тепла различных сбросов (бытовых, промышленных, станционных) на уровень, требуемый для отопления. Рассмотрим примеры применения моделей тепловых насосов, используемых для централизованного теплоснабжения в Японии, Швеции, Германии. Такие тепловые насосы (теплотрансформаторы) имеют реальные термодинамические преимущества перед прямым сжиганием топлива или электрообогревом.
Японская модель
Новая система теплоснабжения с использованием тепла сточных вод (рисунок 9.1) была внедрена в процессе модернизации городской инфраструктуры, когда был создан новый городской центр с деловыми и административными зданиями, учреждениями образования и культуры, научно-исследовательскими институтами.
Рисунок 9.11 – Использование теплового насоса в Японии
“Бесплатный” тепловой источник в виде сточных вод выбран для города как один из наиболее надежных – всегда доступный и имеющий постоянную температуру. Два тепловых насоса могут извлекать 3,5 МВт бесплатного тепла из переработанных отходов с температурой 15°С и поставлять району 5 МВт тепла. Покупается только 30% энергии. Предусмотрено аккумулирование тепла и использование системы не только для обогрева, но и для охлаждения. В японской модели подача тепла осуществляется с температурой 47°С вместо 150°С. Снижение температуры горячей воды на входе приводит к уменьшению тепловых потерь в зданиях с 72% до 29% при самых консервативных оценках.
Шведская модель
Швеция – вторая страна в списке мировых лидеров по применению тепловых насосов в районных системах теплоснабжения. Шведы используют все возможные типы тепловых отходов. Чем выше температура источника, тем выше КПД тепловых насосов.
Рисунок 9.12 - Применение тепловых насосов в районных системах теплоснабжения Швеции
Районные теплонасосные станции используют тепло сбросных потоков с температурой 25°С от многочисленных промышленных предприятий. Одна из причин высокого КПД системы – тип зданий: скандинавские дома имеют лучшую изоляцию в мире.
Хотя теплые промышленные отходы – богатый источник тепла для тепловых насосов, у них есть недостатки. Фабрики работают с перерывами, многие предприятия прекращают работу на выходные. Поэтому должен быть другой вспомогательный источник тепла. Если в качестве вспомогательного источника подключаются котельные, то эффективность преобразования в системе снижается.
Другим недостатком является принятая практика размещения тепловых насосов рядом с источниками тепла и подача по трубопроводам уже нагретой воды с достаточно высокой температурой (80°С). Системы более эффективны, если холодная вода подается к тепловому насосу, расположенному вблизи здания, где она нагревается.
Немецкая модель
Рассмотрим одну из лучших в мире систем теплоснабжения с тепловыми насосами (рисунок 9.3). В этой системе удалось соединить максимум преимуществ и минимум недостатков. Используются промышленные тепловые сбросы текстильного завода. Вода подается к зданиям холодной, тепловые насосы расположены около потребителя, поэтому практически нет потерь при транспорте теплоносителя.
Единственный недостаток в немецкой модели – потребность во вспомогательном котле. Текстильный завод не работает в выходные, так что приходится закупать 20% энергии в виде топлива для котла. Имея надежный геотермальный тепловой источник в добавление к системе, можно было бы улучшить КПД системы.
Рисунок 9.13 – Система теплоснабжения с тепловыми насосами в Германии