Вы тут:
Главная » Статьи » Геотермальная энергетика

Всегда ли эффективен тепловой насос?
 
1. Сколько стоит?
 
Многие заказчики, знающие о тепловом насосе понаслышке, не имеют представления о его реальной стоимости, полагая, что затраты на его устройство будут сопоставимы с затратами на покупку привычного газового котла. В таких случаях их желание установить тепловой насос может исчезнуть тотчас же после того, как он узнает, во что это ему примерно обойдется.

Разумеется, точную цену на предпроектной стадии никто определить не сможет, потому что цена эта зависит от множества факторов, численные значения которых станут известными в процессе проектирования. Тем не менее, порядок цифр уже известен, и потому рекомендуется на самом начальном этапе проектирования предупредить заказчика, что в результате применения отопительного теплового насоса стоимость здания увеличится примерно на 0,7... 1,1 доллара на каждый Ватт тепловой мощности теплового насоса. Понятно, что чем здание больше, тем этот удельный показатель меньше.
После получения этой информации заказчик, который всегда желает знать, во что ему обойдется квадратный метр строящегося здания, начнет вычислять удорожание строительства, вызванное применением теплового насоса. Если тепловая защита дома не выполнена должным образом, и удельная тепловая мощность отопительной системы, отнесенная к одному квадратному метру общей площади дома, составляет, например, 80 Вт/м2, то и удорожание будет выражаться примерно тем же числом, но уже в единицах измерения долл./м2 

 Таким образом, в дом площадью 400 м2 с отопительным тепловым насосом придется дополнительно вложить (80 х 400) около 30 тыс. долларов. Если этот дом хорошо утеплить и довести удельную тепловую мощность системы отопления до 40 Вт/м2 , то и дополнительные затраты на установку теплового насоса можно сократить почти вдвое.

Утеплить дом тоже недешево, но выполненное в процессе строительства утепление сэкономит деньги в течение многих лет эксплуатации, в то время как дорогой тепловой насос в работе обойдется еще дороже. Поэтому устанавливать отопительный тепловой насос в плохо утепленном доме не рекомендуется.
 

2. От чего зависит эффективность эксплуатации.

2.1. Коэффициент преобразования Коэффициент преобразования теплового насоса [1] выражается через отношение величины теплового потока Q, полученной в конденсаторе тепловой энергии к затраченной в компрессоре электрической мощности N.
 
 
 

Чем больше коэффициент преобразования, тем эффективнее тепловой насос. Обычно отопительные тепловые насосы работают с коэффициентом преобразования, значения которого лежат в интервале 3,5…5. Тепловые насосы, работающие с коэффициентом преобразования 3 и ниже, считаются неэффективными, и такая работа, если в этом есть необходимость, допустима лишь в течение относительно короткого промежутка времени, несмотря на то, что при этом получено в три раза больше тепла, чем затрачено электрической энергии. На самом деле, сопоставлять расходы тепловой и электрической энергии только по их количеству некорректно, потому что их качественные характеристики неадекватны, и для выработки одного киловатт-часа электроэнергии на тепловой электростанции нужно втрое больше топлива, чем на производство такого же количества тепла в котельной.

На рис. 1 показано, что при коэффициенте преобразования теплового насоса, равном 2,5, количество тепловой энергии, поступающей в дом для его отопления, меньше энергии топлива, которое сжигают на электростанции, чтобы получить нужное для теплового насоса количество электроэнергии. В этом случае тепловой насос не может считаться энергосберегающим оборудованием, потому что его применение приводит к увеличению расхода топлива в энергетической системе. Любой котел с КПД бо лее 83% будет энергетически более эффективен.
 
Рисунок 1. Схема потоков энергии на электрической станции и в тепловом насосе, иллюстрирующая неэффективность теплового насоса при коэффициенте преобразования, равном 2,5.
 
 

При работе теплового насоса с коэффициентом преобразования, равном, например, 5, удается получить намного больше тепла, чем содержится в топливе (рис.2).
 
Рисунок 2. Схема потоков энергии на электрической станции и в тепловом насосе, иллюстрирующая высокую энергетическую эффективность теплового насоса при коэффициенте преоб-
разования, равном 5.
 
 
С учетом всех этих особенностей преобразования энергии в тепловых насосах, в декабре 2008 года Европейским парламентом принята Директива по ис пользованию возобновляемых источников энергии (Directive on the Use of Renewable Energy Sources), которая не допускает использования тепловых насосов с коэффициентом преобразования, равном 2,875 и ниже. Величина коэффициента преобразования теплового насоса зависит от разности температур кипения холодильного агента в испарителе и его конденсации в конденсаторе. Чем меньше эта разность, тем выше коэффициент преобразования.

Температура кипения зависит от температуры окружающей среды, используемой в качестве источника теплоты для теплового насоса, и, проектируя систему теплоснабжения с тепловым насосом, инженер не имеет возможности изменить эту температуру. Зато, выбирая температуру конденсации, проектировщик должен задаться достаточно низкой температурой. Поэтому обычные для водяных отопительных систем температуры теплоносителя 95-70 С никогда не применяют в системах с тепловыми насосами. Наиболее экономичными по расходу энергии являются отопительные системы, например, системы с обогревом пола, в которых циркулирует вода с температурой ниже 40С.

В литературе имеется немало формул для расчета коэффициента преобразования теплового насоса, но все они неточны, и пользоваться ими в практических расчетах затруднительно, да и не имеет смысла, поскольку в полных каталогах производителей тепловых насосов всегда можно найти величины тепловой и электрической мощности любого серийного агрегата при различных температурных условиях. Отношение этих величин и есть коэффициент преобразования.
 
Знать температуры кипения и конденсации холодильного агента для проектировщика отопительной системы не столь важно, как располагать информацией о температурах теплоносителя, охлажденного в испарителе или нагретого в конденсаторе. Поэтому в каталогах тепловых насосов «вода-вода» приводятся значения тепловых и электрических мощностей тепловых насосов с учетом именно этих температур.

2.2. Тарифы на энергоносители.
 
 Каким бы эффективным ни был тепловой насос, степень его привлекательности для заказчика зависит не столько от степени его технического совершенства или схемы использования, сколько от тарифной политики государства.
Затраты на электрическую энергию, необходимую для работы теплового насоса, будут меньше, чем затраты на покупку природного газа или тепловой энергии, которые могли бы применяться для традиционных отопительных систем, если соблюдается неравенство:
 
 
где Тэ - тариф на электрическую энергию;
Тт - тариф на один из традиционных энергоносителей;
е - коэффициент преобразования теплового насоса;
n - коэффициент полезного действия традиционного генератора тепла.
 

Для того, чтобы можно было применить формулу 3, нужно, чтобы тарифы Тэ и Тт были выражены в одинаковых единицах измерения. Обычно тариф на газ выражают в грн/м2 , а тариф на тепловую энергию в грн/Гкал, в то время как тарифы на электрическую энергию всегда выражают в грн/кВт • ч. Для возможности сопоставления тарифов удобно пользоваться следующими зависимостями:
 

Пример 1
В односемейном доме система отопления получает тепло от газового котла, работающего с КПДη=0,9. Выгодно ли применить в этом доме тепловой насос, который будет работать с коэффициентом преобразования 3,5, если действующий тариф на электроэнергию составляет 0,7 грн/кВт*ч, а на газ - 1,5 грн/м3?

Пересчитаем тариф на газ:
1,5 грн/м3 = 1,5*0,106 = 0,159 грн/кВт*ч)
 и вычислим правую часть неравенства 3:      
                            
                                       (3,5/0,9)*0,159 = 0,168.

Сопоставим теперь левую и правую части неравенства 3:
                                       
                                       0,7 > 0,618.
 
Поскольку неравенство 3 не выполняется, замена газового котла тепловым насосом при указанных тарифах невыгодна и приведет к увеличению затрат на энергоносители.
 

3. Срок окупаемости
 
Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат определяется, как правило, в результате технико-экономического расчета, выполняющегося на основе проектных проработок объекта, на котором предполагается использование теплового насоса. Но в данном случае, речь не идет о конкретном объекте, и потому здесь уместен самый общий анализ, в результате которого заказчик сможет оценить возможный срок окупаемости на предпроектной стадии.
 

4. Некоммерческая выгода
 
Не одними только деньгами порою определяется выбор того или иного технического решения. Если говорить о тепловом насосе, то, по крайней мере, три обстоятельства, прямого отношения к коммерческим выгодам не имеющие, могут послужить причиною благосклонного к нему отношения.

Первое из них - это более высокая степень энергетической независимости объекта. Можно было бы говорить здесь об автономном отоплении, если бы этот термин апологеты газовых котлов не присвоили совершенно безосновательно системам, привязанным к газопроводу. На самом деле, полностью автономные отопительные системы не существуют, и даже так называемые «пассивные» дома, утепленные столь тщательно, что для поддержания внутри них комфортной температуры зимой достаточно внутренних тепловыделений, не могут считаться вполне автономными, потому что источ никами тепла в них является бытовое оборудование, работающее от системы электроснабжения.
 
Вместе с тем, тепловой насос, использующий энергию окружающей среды, способен обеспечить более высокую степень энергетической независимости здания по сравнению с газовым котлом, получающим топливо из месторождений, расположенных за много тысяч километров от потребителя.
 
Конечно, остается зависимость от системы электроснабжения здания, но электрическая энергия, в отличие от природного газа, будет существовать пока не исчезнет цивилизация, а проблемы, связанные с возможностью временного отключения энергии, могут быть при необходимости устранены установкой резервных источников, например, дизельгенераторов.
 
 
 
 
 
 
 
 
 


Источник: http://ООО ЭСКО «Экологические Системы»
Категория: Геотермальная энергетика | Добавил: wizold (07.12.2011)
Просмотров: 752 | Теги: тепловой насос, отопление тепловым насосом, эффективность теплового насоса, расчеты теплового насоса | Рейтинг: 0.0/0
Всего комментариев: 0
Имя *:
Email *:
Код *:
Solar-Time (c) 2014-2017 // AlexandrS
SiteMap.xml
Наверх