Аналіз теплових насосів

Поняття, види та області застосування теплових насосів. Вибір приладу для обігріву приміщення у власному регіоні. Переваги використання ґрунтових зондів та насосів з горизонтальним теплообмінником. Сфери використання енергії, яку акумулює пристрій.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Вступ

Увесь сьогоднішній Світ страждає від економічних криз. Економіка найдосконаліших та наймогутніших держав не встояла перед нею і капітулювала. Щоб вижити, усьому Світу доводиться перебувати у стані жорсткої економії, задля спасіння своєї національної економіки для досягнення покращення життя народу. Ось тому зараз так поширено і розвивається напрямок альтернативної енергетики. Який забезпечує при мудрому підході до цього питання близько 60% економії коштів на придбання енергоресурсів(газ,вугілля,деревина,нафтопродуктів і.т.д).

Основні напрямки альтернативної енергетики є такі як сонячна енергетика,повітряна енергетика,геліоенергетика,фотоелектричні елементи, гідроенергетика, геотермальна енергетика, космічна енергетика. Одним із видів (пристроїв) альтернативної енергетики являється тепловий насос, який і є нашим завданням на наукову роботу. В подальшому ми будемо аналізувати пристрій, розглянемо найпоширеніші види конструкції та проаналізуємо найбільш розповсюджені джерела надходження енергії для роботи пристрою та сфери використання даного пристрою, а також проаналізувати вибір системи обігріву приміщення для проживання у власному регіоні та визначення усіх недоліків та переваг теплових насосів.

Метою даної роботи являється те, щоб зробити повний аналіз теплових насосів, дізнатися їх види та конструкцію, проаналізувати які з них є найбільш кращі в експлуатації, надійніші та економічніші. А також розробити схему приладу який буде розроблятись для дипломного проекту та для вирішення питання енергетичної економії у молодому підприємстві.



1. Поняття теплового насоса, класифікація і область застосування

Отже,що ж це таке тепловий насос, що він собою являє і деж він використовується ?

Тепловий насос - термодинамічна установка, в якій теплота від низько потенційного джерела передається споживачеві при більш високій температурі. При цьому витрачається механічна енергія.

Велику перспективу представляє використання теплових насосів в системах гарячого водопостачання (ГВП) будівель.

2. Загальні відомості про теплові насоси

Основу експлуатованого сьогодні у світі парку теплонасосного обладнання складають парокомпрессионниє теплові насоси, але застосовуються також і абсорбційні, електрохімічні та термоелектричні. Ефективність теплових насосів прийнято характеризувати величиною безрозмірного коефіцієнта трансформації енергії.

Коефіцієнт трансформації теплового насоса, або теплонасосної системи теплопостачання (ТСТ) Ктр являє собою відношення корисного тепла, що відводиться в систему теплопостачання споживачеві, до енергії, що витрачається на роботу теплонасосної системи теплопостачання, і чисельно дорівнює кількості корисного тепла, одержуваного при температурах Тоut і Тin, на одиницю енергії, витраченої на привід ТН або ТСТ. Реальний коефіцієнт трансформації відрізняється від ідеального, на величину коефіцієнта год, що враховує ступінь термодинамічної досконалості ГТСТ і незворотні втрати енергії при реалізації циклу. В наведені залежності реального та ідеального коефіцієнтів трансформації (К тр) теплонасосної системи теплопостачання від температури джерела тепла низького потенціалу Тin і температурного потенціалу тепла, що відводиться в систему опалення Тоut. При побудові залежностей, ступінь термодинамічної досконалості ТСТ ч була прийнята рівною 0,55, а температурний напір (різниця температур хладону і теплоносія) у конденсаторі і в випарнику теплових насосів дорівнював 7 ° C. Ці значення ступеня термодинамічної досконалості год і температурного напору між хладоном і теплоносіями системи опалення та теплосбора представляються близькими до дійсності з точки зору обліку реальних параметрів теплообмінної апаратури (конденсатор і випарник) теплових насосів, а також супутніх витрат електричної енергії на привід циркуляційних насосів, систем автоматизації, запірної і керуючої арматури. У загальному випадку ступінь термодинамічної досконалості теплонасосних систем теплопостачання ч залежить від багатьох параметрів, таких, як : потужність компресора, якість виробництва комплектуючих теплового насоса і необоротних енергетичних втрат, які, в свою чергу, включають: - втрати теплової енергії в сполучних трубопроводах ; - втрати на подолання тертя в компресорі ; - втрати, пов'язані з неідеальної теплових процесів, що протікають в випарнику і конденсаторі, а також з неідеальністю теплофізичних характеристик хладонов ; - механічні та електричні втрати в двигунах та інше.

Як і холодильна машина, тепловий насос споживає енергію на реалізацію термодинамічного циклу (привід компресора). Коефіцієнт перетворення теплового насоса - відношення теплопродуктивності до електроспоживанню - залежить від рівня температур у випарнику і конденсаторі. Температурний рівень теплопостачання від теплових насосів в даний час може варіюватися від 35 ° C до 62 ° C. Що дозволяє використовувати практично будь-яку систему опалення. Економія енергетичних ресурсів досягає 70 %. Промисловість технічно розвинених країн випускає широкий асортимент парокомпрессионних теплових насосів тепловою потужністю від 5 до 1000 кВт.



3. Огляд найбільш розповсюджених видів теплових насосів

Теплові насоси з СО₂

У теплових насосах даного типу джерелом тепла виступає грунт. На ділянці буриться необхідну кількість свердловин глибиною 75 метрів, в які опускаються зонди. Але, на відміну від розсільних зондів, СО₂ контур виконаний з міді і оснащений захисною оболонкою PE, а не пластику, і заправлений не водою (антифризом), а газом СО₂(рис.1).

У чому переваги такої системи? По-перше, коефіцієнт перетворення у системи СО₂- вода вище, ніж у системи розсіл - вода на 20 % і більше. По-друге, скорочується кількість свердловин за рахунок підвищення теплообміну мідного зонда (65-70 Вт / мм.). Відсутність циркуляційного насоса первинного контуру - додаткова економія : газ в такій системі циркулює сам за рахунок перепаду температур. До того ж природна робота первинного контуру надійніша : немає циркуляційного насоса - немає поломок.

Переваги теплового насоса СО₂- вода

· Потрібно менше місця для буріння.

· Більш низькі експлуатаційні витрати, ніж у теплових насосів типу розсолу.

· Висока надійність за рахунок автономної роботи зовнішнього контуру.

· Тривалий термін служби.

· Найвищий потенціал економії CO₂ з усіх систем теплових насосів.



Рис.1- Схема теплового насоса з СО₂

Тепловий насос прямого геообміну

Тепловий насос прямого геообміну (або прямого випаровування рис.2) називається так, тому що процес випаровування фреону відбувається безпосередньо в землі.

У зрошувальних теплових насосах тепло землі відбирається земальним колектором і транспортується в тепловий насос. У розсільному тепловому насосі є теплообмінник розсіл - фреон,в якому і відбувається передача тепла від землі до фреону і, в результаті, випаровування самого фреону.

Тобто традиційний тепловий насос складається з трьох контурів:

· первинний (передача тепла від розсолу фреону)

· холодильний (процес випаровування-стиснення - конденсації фреону)

· вторинний (передача тепла від фреону системі опалення)

У тепловому насосі прямого випаровування є тільки два контури

· первинний, він же холодильний (випаровування фреону в землі і стиснення його компресором)

· вторинний (передача тепла від фреону в систему опалення)

Конструктивно це реалізовано наступним способом: з компресора теплового насоса виходить дві мідні трубки (лінії всмоктування), за якими фреон в газоподібному стані під низьким тиском проходить із землі до компресора. Ці трубки ведуть до колектора або гребінці випарника. Іпарітелем є мідні або алюмінієві труби, укладені на глибині 2 метри. Кількість контурів залежить від теплової потужності теплового насоса.

У чому переваги теплового насоса прямого геообміну ?

Такі теплові насоси ефективніше системи з глибинними вертикальними зондами на 20 % за рахунок :

· Властивостей міді та алюмінію, які передають тепло набагато краще поліетилену

· Товщини стінки труби (0,8 мм у міді і 3-5 мм у поліетилену)

· Теплоємності фреону, яка вище теплоємності води, що покращує відбір тепла із землі

· Відсутності проміжного теплообмінника, отже, втрат тепла

· Відсутності циркуляційного насоса первинного контуру, який споживає електроенергію і потребує сервіс.

До всього іншого теплові насоси прямого геообміну дешевше теплових насосів розсіл - вода або грунт- вода.

Рис.2- Тепловий насос прямого геообміну

Геотермальні теплові насоси грунт-вода

Тепловий насос типу розсолу витягує тепло з грунту за допомогою пластикових труб (т.зв. геотермальний зонд або грунтовий колектор), заповнених екологічно чистим антифризом(рис.3).

Є два основних способи монтажу первинного конт...