В промышленности и в жилищно-коммунальном хозяйстве как источник теплоты для работы тепловых насосов могут быть использованы следующие виды тепловых вторичных энергетических ресурсов:

♦ теплота охлаждающей воды паровых турбин тепловых и атомных электростанций, промышлен­ных печей, компрессорных установок, аппаратов химической технологии. Часто эта вода исполь­зуется повторно и направляется на охлаждение в градирни и аппараты воздушного охлаждения (АВО);

♦ теплота сточных вод различных промышленных предприятий и предприятий жилищно - коммунального хозяйства (бани, прачечные, бассейны);

♦ теплота продуктов сгорания в котельных установках и промышленных печах, а также печах по сжиганию твердых и жидких отходов;

♦ теплота продуктов сгорания в газотурбинных установках и дизельных двигателях;

♦ теплота водяных паров низкого давления, выбрасываемых в атмосферу (выпар);

♦ теплота отработанного сушильного агента в сушильных установках;

♦ теплота горячих растворов в выпарных и ректификационных установках;

♦ теплота масла, используемого в турбинах электростанций и в электрических трансформаторах;

♦ теплота воздуха, уходящего из систем вентиляции и кондиционирования воздуха жилых, обще­ственных и промышленных зданий;

♦ теплота вытяжного воздуха станций метрополитена и воздуха каналов метро.

Для работы тепловых насосов могут быть использованы также следующие природные источники тепло­ты:

♦ теплота наружного воздуха (при положительных температурах);

♦ вода естественных и искусственных водоемов (рек, озер, морей);

♦ тепло геотермальных источников;

♦ теплота грунта, которую получают при помощи специальных трубчатых теплообменников;

♦ теплота подземных вод;

♦ тепло, получаемое в результате использования солнечной энергии. Низкопотенциальную теплоту вторичных энергетических ресурсов можно использовать напрямую при помощи теплообменных аппаратов, например, для подогрева приточного вентиляционного воздуха, предварительного подогрева воздуха, направляемого в топочные устройства, подогрева сушильного агента в установках для сушки материалов и т. д., однако далеко не всегда это осуществимо на практике. Теплота повышенного потенциала, получаемая в тепловых насосах, имеет более широкие области ис­пользования. Кроме указанных областей потребления она может использоваться также на отопление, горячее водоснабжение, подогрев технологических газов и жидкостей в аппаратах химической техноло­гии, выпарных, перегонных и ректификационных установках, в процессах варки, при рекомпрессии пара. Наиболее целесообразно применять ТН в следующих случаях:

♦ имеется стабильный во времени источник теплоты с температурой 10-50°С.

♦ есть потребитель теплоты с температурой 60 - 120°С. Во многих случаях именно отсутствие по­требителя теплоты затрудняет применение тепловых насосов.

♦ имеется источник недорогой электрической энергии при дефиците тепла.

♦ если разница между температурами источника и потребителя - невелика. В этом случае тепло­вой насос имеет большой коэффициент преобразования.

♦ если источником теплоты является горячая вода или конденсирующийся пар или парогазовая смесь. Эти теплоносители, в отличие от воздуха, имеют высокий коэффициент теплоотдачи, что обеспечивает малые габариты испарителя теплового насоса.

♦ если необходима одновременная выработка теплоты и холода. Например, охлаждение молоч­ных продуктов и отопление цеха.

♦ если в летнее время тепловой насос можно использовать в системе кондиционирования, а в зимнее - в системе отопления.

Рассмотрим некоторые схемы, в которых могут быть использованы тепловые насосы.

Пар от турбины *

1----------------------- Г

Вода в систему теплоснабжения

Рис.25. Применение теплового насоса для утилизации тепла оборотной водытепловой электростанции.

На рис.25 представлено использование теплового насоса для охлаждения оборотной воды, охлаждаю­щей конденсатор паровой турбины тепловой электростанции. Для охлаждения оборотной воды обычно применяются градирни. Температура воды, поступающей из конденсатора в испаритель теплового насо­са может составлять в зависимости от сезона от 20 до 35°С, что позволяет получать высокий коэффи­циент преобразования и короткий срок окупаемости. Применение теплового насоса позволяет снизить затраты воды, поступающей на подпитку системы водоснабжения, улучшить экологическую обстановку вблизи градирни. Уменьшение температуры воды, поступающей в конденсатор за счет более глубокого ее охлаждения позволяет увеличить КПД станции.

Воздух Рис.26. Применение теплового насоса для подогрева приточного воздуха в системе вентиляции.

На рис.26 представлено использование теплового насоса для утилизации тепла вентиляционных вы­бросов промышленного предприятия. Наличие вредных веществ, паров жидкостей или твердых частиц в вентиляционных выбросах делают невозможным применение рециркуляции вытяжного воздуха. Ис­пользование теплового насоса в такой схеме позволяет отказаться от традиционного в таких случаях использования теплообменников-утилизаторов. Теплоты, вырабатываемой насосом обычно оказывает­ся достаточно для подогрева воды, обеспечивающей работу калориферов, нагревающих приточный воз-

Дух.

ҐҐ

В систему теплоснабжения Рис.27. Применение теплового насоса совместно с газотурбинной установкой. 1, 2 - ступени сжатия воздуха в компрессоре, 3 - промежуточный водовоздушный теплообменник, 4 - тепловые насосы, 5 - каме­ра сгорания, 6 - газовая турбина, 7 - котел-утилизатор.

Особо следует разобрать случаи, когда применение тепловых насосов не оправдано.

1. В качестве источника теплоты для работы нецелесообразно применять теплоту специально сжигае­мого для этих целей топлива, даже в том случае, если это топливо является очень дешевым. Тем­пература дымовых газов и так достаточна для того, чтобы непосредственно нагревать теплоноси­тель в котельной установке. При работе же теплового насоса, полученная потребителем теплота (без учета потерь) будет равна сумме полученной теплоты от продуктов сгорания и работы, затра­чиваемой на привод компрессора. В этом случае она производится с КПД гораздо ниже единицы. Это вовсе не означает того, что теплота продуктов сгорания не может быть использована в тепло­вых насосах, однако целесообразно использовать ее в тех случаях, когда основная ее часть уже за­трачена на непосредственный нагрев теплоносителя и продукты сгорания существенно охлаждены.

2. Источником теплоты для теплового насоса не следует брать «обратную» воду систем теплоснабже­ния, отдавшую теплоту в отопительных приборах. Это связано с тем, что вода из системы тепло­снабжения непосредственно нагревается за счет первичного топлива и потребитель теплоты несет двойные затраты: он оплачивает стоимость топлива и стоимость электрической энергии на привод компрессора.

3. При использовании в качестве источника теплоты воздуха окружающей среды следует иметь в виду, что существует порог температуры кипения рабочего агента и соответствующей температуры на­ружного воздуха, когда работа теплового насоса становится невозможной. Значение этой темпера­туры определяется типом применяемого рабочего агента и давлением в испарителе теплового насо­са. Таким образом, при низких температурах воздуха работа таких тепловых насосов становится сначала неэкономичной (вследствие уменьшения коэффициента преобразования), а затем физиче­ски невозможной.

Достоинства тепловых насосов широко известны: это возможность существенной экономии топлива,

Экологическая чистота (при работе тепловых насосов не сжигается топливо), возможность работать как

В централизованы^ так и нецентрализованных системах теплоснабжения и др. Про недостатки тепловых

Насосов упоминают реже, поэтому остановимся на них подробнее.

1. Источники вторичных энергоресурсов не всегда стабильны во времени и их не теплопроизводитель - ность не всегда достаточна для того чтобы обеспечить теплотой потребителя в холодной период го­да. Поэтому в системах теплоснабжения для надежной работы кроме теплового насоса необходим дополнительный источник теплоты.

2. Шум от компрессоров тепловых насосов затрудняет их применение в жилых и общественных здани­ях, особенно в тех случаях, когда применяются тепловые насосы большой мощности.

3. Фреоны, используемые как рабочее тело, достаточно дороги. При разгерметизации контура теплово­го насоса и при проведении ремонтных работ их приходится менять и потребитель несет дополни­тельные затраты.

4. На настоящий момент стоимость тепловых насосов высока и срок их окупаемости при нынешних це­нах на энергоносители (около 280 руб. за Гкал теплоты и 60 копеек за КВт/ч электроэнергии) может быть большим.