В публикации идет речь об изготовлении на протяжении четверти века в Запорожской области, так называемых тепловых насосов. Тепловой насос по сравнению с любым традиционным теплогенератором позволяет экономить до 80% энергоресурсов. Эти установки используются для автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. Однако покупать тепловые насосы для того, чтобы экономить энергопотребление никто не торопится.
Сегодня в мире успешно эксплуатируется более 130 млн. теплонасосных установок различного функционального назначения.
Уже четверть века в Запорожской области изготавливаются так называемые тепловые насосы. Такой агрегат как бы выкачивает тепло оттуда, где оно есть хотя бы в самых незначительных количествах, аккумулирует его и, доведя до необходимой температуры, подает в систему. Однако покупать тепловые насосы для того, чтобы экономить энергопотребление никто не торопится.
Холодильник наизнанку
Сегодня в Украине стоимость производства тепла зависит от вида энергоносителя: когда-то самым дешевым был природный газ, затем — дизельное топливо и электричество. Но вырабатывать все это дорого.
Тепловой насос по сравнению с любым традиционным теплогенератором позволяет экономить до 80 % энергоресурсов! Он «забирает» тепловую энергию, накопленную за тепловое время года, из грунта, скальной породы или озера. Источником тепла может быть даже снег. Ведь тепло, отнимаемое от охлаждаемых продуктов, то есть теплота образования снега и его охлаждения, выделяется из нашего бытового холодильника и обогревает пространство позади него.
Тепловой насос – это как обычный кондиционер, но в обратном цикле. Ведь кондиционер может работать и на обогрев. Тепловые насосы работают по этому же принципу, и затраты идут только на циркуляцию теплоносителя.
Тепловой насос по определению – это, с одной стороны, источник энергии для какой-либо системы отопления и горячего водоснабжения, с другой – источник холода для системы кондиционирования. Направление передачи энергии в тепловом насосе противоположно естественному направлению в природе, ведь теплота перетекают от горячего тела к холодному.
Тепловой насос – это единственная установка, которая производит в 3-7 раз больше тепловой энергии, чем потребляет электрической (которой «кормится» компрессор). Эти установки используются для автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, охлаждения и поддержания постоянной температуры воды, используемой для технологических циклов, что позволяет контролировать и регулировать температурные режимы теплоносителей.
Большие планы
«Концепция развития топливно-энергетического комплекса Украины на 2006-2030 годы» предусматривает увеличение объема производства тепловой энергии за счет термотрансформаторов, тепловых насосов и аккумуляционных электронагревателей с 1,7 млн. Гкал/год в 2005 году до 180 млн. Гкал/год в 2030-м, то есть более, чем в 100 раз. Несомненно, что при соответствующей поддержке государства это могло бы быть большим стимулом в реальном, а не декларируемом внедрении энергосберегающих технологий.
Экономная заграница
Сегодня в мире успешно эксплуатируется более 130 млн. теплонасосных установок различного функционального назначения. В Норвегии хотя и добывают природный газ, газопровод отсутствует, они не обеспечивают газом потребителей, кроме промышленности. Есть электростанции, работающие на всех видах топлива, прежде всего, с учетом имеющейся биомассы. Второй пример Швеция, где порядка 20% энергии вырабатывается за счет тепловых насосов. Это огромный процент. В последние 30 лет эта страна практически отказалась от традиционных источников. У шведов нефть, газ и электроэнергия составляют около 10 % в структуре потребления. А все остальное – за счет возобновляемых источников, и, прежде всего, тепловых насосов.
В Америке индивидуальные дома, бунгало построены вдоль всех магистралей, газ туда не тянут. Электричеством не покроешь все нагрузки, да и разориться можно. Поэтому в каждом третьем коттедже стоят тепловые насосы. Например, пробивается скважина, там температура воды всегда
+8-9oС, за счет отбора тепла из скважины отапливается жилой объект.
Еще в 2000 году в США исследованиями и производством тепловых насосов (преимущественно класса «воздух-воздух») занималось более пятидесяти крупных фирм. Общее количество работающих тепловых насосов к 2003 году превысило 25 млн. В США наблюдается стабильный прирост продаваемых теплонасосных установок (ТНУ) на протяжении более 20 лет.
В Японии ежегодно производится и продается до 500 тыс. ТНУ различного функционального назначения и около 5 млн. теплонасосных систем. Это основное оборудование для обеспечения теплом жилищного фонда.
В Европе 77% тепловых насосов используют в качестве источника тепла наружный воздух, хотя в Швеции (там самые мощные установки в мире), Швейцарии и Австрии преобладают тепловые насосы, забирающие тепло из грунта. В Норвегии в этом плане большее разнообразие – на конец 1999 года там насчитывалось в эксплуатации 27200 теплонасосных установок. Из них 67% использовали в качестве источника тепла окружающий воздух, 19% – воду и грунт.
Своевременно поняли необходимость внедрения экономных технологий и в Китае, где спрос на реверсивные тепловые насосы еще в 1985 году составлял 500 тыс. единиц, а к 2003 – достиг 18 млн. В этом Китай превзошел Японию более, чем в два раза.
В Германии для систем отопления и горячего водоснабжения используют тепловые насосы большей мощности с приводом компрессоров от дизельных и газовых двигателей и утилизацией выхлопных газов.
В Грузии эксплуатируются системы кондиционирования воздуха на базе ТНУ на Семтредской чайной фабрике, Сагареджайском молочном комбинате в курзале Пицунды, климатобальнеологической лечебнице в Гаграх, торговом центре Сухуми. В России группа ЗАО «Энергия» (Новосибирск) и комплекс «Тепломаш», ОАО «Кировский завод» (С.-Петербург) выпускают теплонасосные установки мощностью от 10 до 3000 кВт. Ожидается, что к 2010 году действующий парк ТНУ в России будет вырабатывать до 20 млн. Гкал тепла, а в 2015– более 45 млн. Гкал. В городе Дивногорске планируют использовать теплоту воды Енисея. Это позволит снизить годовой расход электроэнергии на отопление и горячее водоснабжение города до 40000 МВт/ч, экономить бюджетные средства города (100 млн. рублей в год.) Стоимость всего проекта – 400 руб. То есть через 4 года затраты полностью окупятся.
Общий объем продажи выпускаемых за рубежом тепловых насосов составляет $125 млрд., что превышает мировой объем продажи вооружений в три раза. Ежегодный рост количества таких систем, установленных почти в тридцати странах, оценивается в 10%. И это не предел, ведь там деньги считать умеют. Согласно данным Международного энергетического агенства (IEA), к 2020 году в развитых странах мира доля отопления и горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов должна составить 75%.
Разновидности тепловых насосов. Грунт – вода (грунтовый тепловой насос)
Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что обеспечивает относительно равномерный уровень температуры источника тепла на протяжении всего года. Это позволяет эксплуатировать тепловой насос с высоким коэффициентом мощности. Тепло окружающей среды передается вместе со смесью из воды и антифриза (спирта). Забор тепла из грунта осуществляется с помощью проложенной в нем на глубине 1-1,2 м системы пластиковых труб. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами – около 1м.
Вода – вода (водяной тепловой насос)
Источником тепла могут быть поверхностные (реки, озера) или почвенные воды (скважины). Но если рядом течет незамерзающая река или есть озеро, можно уложить трубы на дно, притопив грузами.
Вертикальные коллекторы – это система длинных труб, опускаемых в глубокую скважину (50-150 м). Здесь нужен всего пятачек земли, зато требуются дорогостоящие бурильные работы. На глубине всегда одинаковая температура – около 10 оC, поэтому данный вид коллектора более эффективен.
Воздух – вода (воздушный тепловой насос)
Окружающий воздух особенно легко использовать в качестве источника тепла, он имеется везде и в неограниченном количестве.
Преимущества использования отопительных систем на базе тепловых насосов:
— высокая эффективность преобразования электроэнергии по сравнению с электронагревательными приборами;
— экологически чистая технология;
— отсутствие выбросов в атмосферу вредных веществ и углекислоты;
— использование озонобезопасного вида фреона;
— надежная автоматическая работа установки, не требующая постоянного присутствия человека;
— минимальные эксплуатационные расходы по сравнению с другими отопительными системами;
— длительный срок службы без капитального ремонта (10 – 20 лет: 45 тыс. часов для ТНУ с поршневым компрессором; 60 тыс. часов – для ТНУ с винтовым компрессором);
— малые габариты и вес.
Основные достоинства применения теплонасосных технологий:
-высокая энергетическая эффективность;
— экологическая чистота;
— надежность;
— комбинированное производство теплоты и холода в одной установке;
— мобильность;
— универсальность по тепловой мощности;
— универсальность по виду используемой низкой потенциальной энергии;
— полная автоматизация работы установки.
Интерес к тепловым насосам появляется и в Украине. Например, в Харькове такие установки работают на вокзале, системы расположены в грунте на глубине около 20 метров под автостоянкой. Для обогрева пятиэтажного дома понадобится тепловой насос размером около пяти кубических метров.
Сейчас муниципалитет Бердянска, славящийся стремлением к целесообразности в городском хозяйстве, проявил интерес к тепловым насосам, работающим на придонной морской воде. Специалисты мелитопольского завода холодильного оборудования «Гефма» изучают такую возможность. Добытое тепло планируется подавать в коммунальные сети, чтобы зимой обогревать и обеспечивать горячей водой часть жилищного фонда.
– Проект быстро окупится, – заверяет главный инженер предприятия «Гефма». – Если раньше для этого нужно было четыре года, то сейчас потраченные деньги «отобьются» где-то за два с половиной года.
Технико-экономические расчеты показывают, что затраты топлива в системах теплоснабжения на базе тепловых насосов для объектов ЖКХ могут быть уменьшены по сравнению с крупными отопительными котельными в 1,2-1,8 раза, по сравнению с мелкими котельными и индивидуальными теплогенераторами – в 2-2,6 раза, а по сравнению с электронагревателями – даже в 3-3,5 раза.
В НПП «Инсолар» совместно с ИП Маш НАН Украины создана серия тепловых насосов для технологических процессов сушки. Сушильные установки успешно применены для мягкой сушки древесины, керамики, гипсовых форм, овощей и фруктов, лекарственных трав, продуктов питания. Лабораторные и промышленные испытания показали, что энергозатраты на
1 кгудаляемой влаги могут быть снижены в 2-4 раза по сравнению с традиционной сушилкой. Совместное использование тепла и холода позволяет охлаждать высушенный материал, что очень важно при сушке сырья для сельскохозяйственного производства.
По материалам «Украинской технической газеты».