Согласно мировой практике 60…70% тепловых насосов устанавливаются для индивидуального теплоснабжения. Требования к температуре воды систем теплоснабжения приведены в табл. 13.
В качестве источников низкопотенциальной теплоты в тепловых насосах может быть использована теплота грунта [<Ind.(В-33) 11 > ], воздуха, грунтовых вод и воды в естественных водоемах (табл. 14).
Таблица 13
Требуемая температура воды для теплоснабжения [<Ind.(П-17) 12 >, <Ind.(С-47) 13 > ]
| Вид теплоснабжения
| Температура высокопотенциального теплоносителя,°С
|
| на входе в систему
| на выходе из системы
|
| Горячее водоснабжение
| Централизованные открытые системы и местное теплоснабжение
| 60…75
| –
|
| Централизованные закрытые системы
| 50…75
| –
|
| Отопление с нагревательными приборами – радиаторами, при разной температуре наружного воздуха t в
| t в = 10 °С
t в = 0 °С
t в = –10 °С
t в = –20 °С
t в = –30 °С
|
|
|
| Водяное отопление «теплый пол»
| до 50
| –
|
Таблица 14
Схемы использования низкопотенциальной теплоты
в тепловом насосе
| Наименование
| Особенности схемы
| Тип и температура промежуточного теплоносителя
|
Открытый цикл
| Используются грунтовые воды, теплоноситель забирается из водоносного слоя и возращается в него. Схема характеризуется простотой, так как отсутствует промежуточный контур теплоносителя, но стоимость монтажа водозабора может быть высокой
| При использовании теплоты грунтовых вод промежуточный теплоноситель – вода с температурой 8…15 °С, воды из открытых водоемов – антифриз или рассол (1…10 °С),
|
Окончание табл. 14
| Наименование
| Особенности схемы
| Тип и температура промежуточного теплоносителя
|
Закрытый цикл
| Промежуточный теплоноситель прокачивается через замкнутый контур, расположенный в водоеме, водоносном слое или бытовых стоках. Высокая стоимость монтажа испарителя
| При использовании теплоты грунтовых вод промежуточный теплоноситель – вода с температурой 8…15 °С, воды из открытых водоемов – антифриз или рассол (1…10 °С), бытовых стоков – вода (10…17 °С)
|
Грунтовый горизонтальный теплообменник
| Замкнутый контур теплообменника укладывается в горизонтальные траншеи глубиной 4…6 м и длиной до 100 м. Требуют большой площади поверхности
| Промежуточный теплоноситель – антифриз или рассол. Температура грунта на глубине свыше 4 м постоянна и соответствует среднегодовой температуре воздуха (2…10 °С).
|
Грунтовый вертикальный теплообменник
| Замкнутый контур теплообменника устанавливается вертикально в пробуренные отверстия на глубину до 100 м. Применяется в тяжелом грунте или при ограниченной площади поверхности.
| То же
|
Воздушный теплообменник
| Испаритель помещается в вентиляционные воздуховоды, удаляющие нагретый воздух из помещения, или в атмосферный воздух. Использование воздуха характеризуется быстрым падением мощности при снижении его температуры, образованием измороси на поверхности испарителя при температуре воздуха ниже 6°С
| Промежуточного контура нет, температура вытяжного воздуха 18…25 °С, атмосферного воздуха в отопительный период –10…10 °С
|
Эффективность работы теплового насоса зависит от температуры низкопотенциального теплоисточника, чем он выше, тем меньше в тепловом насосе затраты энергии (рис. 17). В табл. 15 приведена оценка эффективности тепловых насосов, применяемых для разных видов теплоснабжения, в зависимости от температуры низкопотенциального источника.
Рис. 17. Эффективность работы теплового насоса
при различной температуре низкопотенциального теплоносителя
Таблица 15
Оценка коэффициента преобразования теплоты
для различных способов использования теплового насоса [<Ind.(К-102) 3 > ]
| Вид и температура низкопотенциального источника теплоты
| Вид теплоснабжения и температура горячего теплоносителя
|
| Отопление
напольное
| Отопление
нагретым
воздухом
| Отопление с интенсивными
теплообменниками
| Отопление
радиаторное,
вода
| Горячее
водоснабжение
|
| 25...35 °С
| 25...30 °С
| 40...55 °С
| 70...100 °С
| 50...80 °С
| 40…50 °С
|
| Воздух, –5...15 °С
| 4,0
| 3,9
| 3,15
| –
| 2,65
| 3,15
|
| Грунт, 5...10 °С
| 4,0
| 3,9
| 3,15
| 2,0
| 2,65
| 3,15
|
| Грунтовые воды, 8...15 °С
| 4,4
| 4,0
| 3,6
| 2,25
| 2,9
| 3,6
|
| Естественные водоемы, 4...17 °С
| 4,4
| 4,0
| 3,6
| 2,25
| 2,9
| 3,6
|
| Сточные воды, 10...17 °С
| 4,7
| 4,2
| 3,8
| 2,25
| 3,15
| 3,8
|
| Оборотная вода, 25...40 °С
| –
| –
| 4,5
| 3,0
| 3,35
| 4,5
|
Тепловой насос применяется в основном для индивидуального теплоснабжения зданий. В США в связи с особенностями климата уже более 40 лет применяются реверсивные тепловые насосы, выполняющие функции отопления в холодный период и кондиционирования в жаркий период, тепловыми насосами оснащаются около 30% строящихся индивидуальных коттеджей.
В Европе с менее жарким климатом в большей степени используются одноцелевые тепловые насосы.
Например, в Швеции, климатические условия в которой более суровые, чем в срдней полосе России, тепловые насосы обеспечивают 70% всего отопления. В этой стране эксплуатируются крупные теплонасосные установки мощностью 40 МВт в г. Мальмё, 39 МВт в г. Уппсала, 42 МВт в г. Эребру, 320 МВт в г. Стокгольме, использующие теплоту Балтийского моря и озер. В Финляндии за последние пять лет продажа тепловых насосов увеличилась в 2 раза, они устанавливаются в 10% новых домов.
В ряде стран использование тепловых насосов предусмотрено законодательством, например в США согласно федеральному законодательству для новых общественных зданий используются только тепловые насосы, в Германии предусмотрена дотация на установку тепловых насосов в 400 евро за каждый кВт мощности.
В 1986–1989 г. ВНИИхолодмашем разработаны тепловые насосы мощностью от 17 кВт до 11,5 МВт, и до 1992 г. их было выпущено около 3000. В настоящее время тепловые насосы выпускаются на базе заводов, производящих холодильные установки, а также рядом фирм (в г. Москве, Новосибирске, Нижнем Новгороде), специализирующихся только на тепловых насосах. Примеры использования тепловых насосов представлены в табл. 16.
Таблица 16
