Ph.D. A.L. Petrosianas, docentas, A.B. Barseghyan, inžinierius, Jerevano valstybinis architektūros ir statybos universitetas, Jerevanas, Armėnijos Respublika

Įvadas

Esamų saulės kolektorių (SC) mažas efektyvumas ir didelė kaina riboja saulės šildymo sistemų tikslingo taikymo sritis. Tačiau iškastinio kuro atsargų išeikvojimas ir per didelis jo brangimas, nerimą kelianti aplinkos padėtis pasaulyje dėl kenksmingų ir šiluminių išmetimų į atmosferą lemia būtinybę ieškoti būdų, kaip pagerinti šilumos tiekimo sistemų energijos vartojimo efektyvumą, nes jos suvartoja. nemažas kiekis įvairaus potencialo šiluminės energijos. Remiantis , šiems poreikiams išleidžiama iki 40% viso pasaulyje pagaminamo kuro, todėl išsivysčiusios Europos šalys šilumos tiekimo srityje siekia maksimaliai išnaudoti netradicinius šilumos šaltinius: žematemperatūrinius antrinius ir atsinaujinančius. energijos išteklių. Ypatingą reikšmę turi saulės energija, žemės energija, nuotekos ir gruntinis vanduo ir tt Nemažai buvusios SSRS šalių, orientuotų į importinį kurą ir turinčios palankias klimato sąlygas (Užkaukazės šalys, Juodosios jūros regionas ir kt.), gali labai sėkmingai naudoti šias energijos rūšis (ypač saulės). Tačiau projektuotojai ir siauri specialistai susiduria su silpna saulės kolektorių sistemų moksline, projektavimo ir eksploatacine baze, techniniais sunkumais ir didelėmis importuojamos Europos įrangos kaina, taip pat psichologiniais veiksniais: saulės šildymo sistemos buvusi SSRS buvo beveik mokslinė fantastika.

Šiame straipsnyje aptariami žemos temperatūros SC ir šilumos siurblio (NSK + HP) bendro naudojimo saulės šilumos tiekimo sistemoje klausimai, kurių derinys leidžia pasiekti aukštą energijos vartojimo efektyvumą ir tvarus darbas sistemos visam vasaros laikotarpiui ir pereinamiesiems metų mėnesiams. Naudojant antžeminius šiluminės energijos akumuliatorius, tokios sistemos gali konkuruoti ir su tradiciniais šilumos šaltiniais.

Palyginimui taip pat buvo atsižvelgta į šilumos tiekimo sistemų variantų ypatybes, kuriose šilumos šaltinis yra vidutinės temperatūros SC (SCS) ir rajoninės katilinės katilai.

Schema su žema temperatūra saulės kolektoriai kartu su šilumos siurbliu

Šilumos tiekimo sistemos su NSC + TN schema su pagrindinių komponentų aprašymu ir sistemos veikimo principu parodyta fig. vienas.

Pirmoje grandinėje yra akumuliacinė talpa 1, cirkuliacinis siurblys 2, tiekimo 3 ir grąžinimo 4 šilumos vamzdžiai, prijungti prie vidinė sistema mikrorajono gyvenamieji pastatai ir antrojo kontūro kondensatorius 5 AG.

Antroje šilumos šaltinio grandinėje HP, be kondensatoriaus 5, turi droselį 6, garintuvą 7 ir kompresorių 8.

Ketvirtasis kontūras – saulės energijos panaudojimo sistema su žemos temperatūros SC 9, siurbliu 10 ir žemos kokybės šilumos šaltinio akumuliacine talpa 11, aplinkkeliu aplinkkeliu 12 su jo jungiamosiomis detalėmis.

Šilumos tiekimo sistemos su NSC + HP veikimo principas yra toks. Saulės valandomis spinduliuotės šiluma SC pagalba perduodama aušinimo skysčiui – vandeniui arba sūrymui (NaCl). SC pašildytas aušinimo skystis atšaldomas HP garintuve ir grąžinamas į akumuliacinį baką tolesniam šildymui. Naktį ir debesuotomis valandomis vanduo arba sūrymas praeina per aplinkkelio liniją, aplenkdamas SC, kad sumažintų šilumos nuostolius. Vietoj akumuliatoriaus 11 naudojant įžeminimo akumuliatorių (neparodyta diagramoje), šią sistemą galima naudoti žiemos mėnesiais, tačiau tai, kaip ir trečioji grandinė (vandens tiekimas iš įžeminimo akumuliatoriaus į garintuvas 7), tolesniuose skaičiavimuose nenumatyta.

Dėl žemos kokybės šilumos, perduodamos iš žemos temperatūros SC, šaltnešis išgaruoja garintuve 7, o garai patenka į kompresorių 8. Suslėgti šaltnešio garai, kurių temperatūra 80-85 °C, šildo pirminį aušinimo skystį. Įkaitintas, pavyzdžiui, iki 65 °C, aušinimo skystis patenka į akumuliacinį baką 1 ir po to tiekiamas į mikrorajono gyvenamuosius pastatus.

Kadangi aušinimo skysčio temperatūra NSC yra artima temperatūrai aplinką, tada žymiai sumažėjo šilumos nuostoliai nuo NSC paviršių, o tai lemia saulės šilumos tiekimo sistemos energinio efektyvumo didėjimą. Be to, ženkliai sumažėja reikiamas NSC paviršius, padidėja jų patikimumas. Sumažėja šilumos nuostoliai iš šilumos vamzdynų transportuojant žemos temperatūros aušinimo skystį, tačiau padidėja reikiamas paviršiaus plotas šildymo prietaisai adresu natūrali cirkuliacija pastatuose sumontuotas oras. Norint to išvengti, reikėtų naudoti fan coil įrenginius, kurie gali būti naudojami ir mikrorajono pastatų šaltam tiekimui.

Pasirinkimų palyginimas

Skaičiuojant šilumos tiekimo sistemos su SSK įrangos parametrus, lemiamas veiksnys yra kolektorių paviršiaus plotas (SSK), kurį galima nustatyti įvairių metodų. Pasirinkome aprašytą būdą, o šilumos apkrova buvo paimta miesto mikrorajono pastatų karšto vandens tiekimo apkrova (^QrBc):

kur 1 a yra bendra saulės spinduliuotė šioje srityje, ηсκ yra SSC efektyvumo koeficientas.

Teritorijos saulės spinduliuotės vertės nustatomos atsižvelgiant į bendrą mėnesio spinduliuotę ir saulės spindulių trukmę. Apylinkės aktinometriniai ir meteorologiniai duomenys, pavyzdžiui, Jerevano sąlygoms, pateikti lentelėje.

Sumažėjus bendrai saulės spinduliuotei ir kylant vidutinei mėnesio lauko temperatūrai, SSC (ηsκ) efektyvumas didėja ir pasiekia maksimumą liepos mėnesį. Apskritai vidutinis sezoninis SSC efektyvumas su neselektyvine sugeriančia danga yra maždaug 0,48 (2 pav.). Didžiausias NSC efektyvumas yra 0,7–0,74.

Šilumos tiekimo sistemos skaičiavimai atlikti Jerevano mikrorajonui, kuriame gyvena 20 tūkst. žmonių, KV apkrova 7 MW ir apkrovos trukmė 7 mėn. per metus (nuo balandžio iki spalio). Reikalingas SSC paviršiaus plotas karšto vandens apkrovai padengti buvo 2 m 2 /žmogui. ir atitinkamai visam mikrorajonui - 40 tūkst.m 2.

Šilumos tiekimo sistemai su NSC + HP reikalingas kolektoriaus paviršius (Fhck + th) per nurodytą sezoną pateikiamas grafiko pavidalu pav. 3. Kaip matyti iš šio paveikslo grafikų, apskaičiuotas NSC paviršius naudojant HP gali būti 16,5 tūkst. m 2, tai yra 2,4 karto mažiau, palyginti su SSC.

Nagrinėjamas sistemas pagal techninius ir ekonominius rodiklius reikėtų palyginti su tradiciniais šilumos šaltiniais – su katilais. Renkantis įrangą būtina nustatyti sumažėjusias sezono išlaidas pagal konkrečias kapitalo investicijas lyginamoms šilumos tiekimo sistemoms ir sąnaudoms etaloninis kuras. Taip pat būtina atsižvelgti į žalą aplinkai dėl vienos ar kitos šilumos tiekimo sistemos naudojimo su įvairių šaltinių karštis.

Atlikus skaičiavimus nustatyta, kad šilumos tiekimo sistemai su SSC sumažintos sąnaudos sieks 444 tūkst. JAV dolerių per metus, sistemai su NSC + HP - 454,7 tūkst. JAV dolerių per metus, o už a. sistema su rajonine katiline - 531,9 tūkst.USD/metus.

Iš gautų rezultatų darytina išvada, kad lyginami saulės energijos tiekimo sistemų variantai yra beveik lygiaverčiai (sistema su NSC + HP 2,4% lenkia sistemą su SSC sumažintomis sąnaudomis). Tačiau kiekviena iš sistemų turi savo teigiamą ir neigiamos pusės tiek ekonominių, tiek techninė pusė, kuris gali pažeisti šį lygiavertiškumą. Visų pirma, padidėjus elektros energijos sąnaudoms, sumažėjus šilumos apkrovai, padidės sistemos su NSC + HP kaina. Regionuose, kur nurodytais mėnesiais saulės intensyvumas ir lauko oro temperatūra yra žemesnė, o žemės sklypų kainos ir pan. aukštos, sistemos su SSC energetiniai-ekonominiai rodikliai mažinami.

Sistemos variantas su rajonine katiline yra 17% brangesnis už kitas sistemas, o pagrindinis sąnaudų straipsnis yra iškastinio kuro kaina, kuri turi tendenciją didėti.

Kadangi lyginamų sistemų pagrindinės įrangos kaina, palyginti su degalų sąnaudomis, gali didėti santykinai nedideliu tempu, būtina analizuoti sistemas specifinių degalų sąnaudų požiūriu, kadangi į importuojamus degalus orientuotose šalyse, be to, ekonominius rodiklius, didžiausią susidomėjimą kelia kuro ar energijos taupymo klausimas.

Ant pav. 4 sistemai su NSC + HP rodo specifinių degalų sąnaudų pokytį, kuris yra susijęs su vidutinės mėnesio lauko temperatūros pasikeitimu. Tuo pačiu metu vidutinės sezoninės specifinės degalų sąnaudos šiai sistemai yra 53 g etaloninio kuro/kW*h šiluminės energijos, o tai yra daug didesnės nei sistemos su SSC (0,4 g etaloninio kuro/kW*h). Tai reiškia, kad Jerevano miesto sąlygomis sistema su SSC degalų ir energijos taupymo požiūriu yra pranašesnė už sistemą su NSC + TN.

Tame pačiame paveiksle parodytos vidutinės sezoninės specifinės kuro sąnaudos šilumos tiekimo sistemai pagal rajoninę katilinę. Kaip ir tikėtasi, ši vertė yra daug didesnė nei atitinkamos vertės saulės šildymo sistemoms su įvairiais deriniais, nes. pastarieji vietoj iškastinio kuro naudoja saulės energiją. Nes atpigimas Įvairios rūšys degalų yra neįmanomi dėl jų atsargų išsekimo, tai į importuojamą kurą orientuotoms šalims šie rodikliai gali būti pagrindiniai. Tačiau šiuo atveju reikėtų atsižvelgti ne tik į ekonominius, bet ir aktinometrinius bei meteorologinius vietovės rodiklius.

Iš to, kas išdėstyta pirmiau, darytina išvada, kad siūlomos saulės šildymo sistemos nurodytomis sąnaudomis yra beveik lygiavertės (dėl auksta kaina SSK). Tačiau yra ir kitų saulės energijos panaudojimo galimybių, ypač naudojant „saulės“ tvenkinius ar baseinus, kurių kapitalo investicijos yra daug mažesnės nei SSK. „Saulės“ tvenkiniai kartu tarnauja kaip žemos kokybės šilumos kaupikliai, nes naudojant antifrizo skystis, net ir žiemos mėnesiais jų temperatūra yra lygi arba žemesnė už aplinkos temperatūrą. preliminarūs skaičiavimai patvirtinkite tai, tačiau tai yra kito straipsnio tema.

1. Saulės energijos naudojimas šilumos tiekimo sistemose su SSC ir NSC + HP kuro ir energijos taupymo sumetimais yra daug efektyvesnis ir ekologiškesnis nei kuro deginimas rajoninėse katilinėse.

2. Jerevano miesto aktinometrinėmis ir meteorologinėmis sąlygomis mikrorajono karštam vandeniui šilumos tiekimo sistemos su SSC ir NSC + HP yra lygiavertės mažesnėmis sąnaudomis, tačiau kuro taupymo požiūriu sistema su NSC + HP yra daug prastesnis už sistemą su SSC.

3. Šilumos tiekimo sistema su NSC + TN ir antžeminiu akumuliatoriumi gali tiekti karštą vandenį mikrorajonui žiemos mėnesiais, taip pat aprūpinti mikrorajoną ar kitus vartotojus šaltu kombinuotu šilumos ir šalčio generavimu, kuris labai padidės. šios sistemos energetiniai ir ekonominiai rodikliai.

4. Sistemos našumas naudojant NSC+HP ir saulės tvenkinį ar baseiną gali būti daug didesnis nei naudojant kitas saulės energijos šildymo sistemas dėl mažų kapitalo investicijų į sistemą ir jos galimybės veikti žiemos mėnesiais.

Literatūra

1. Petrosianas A.L. Saulės energijos ir šilumos siurblių naudojimas gyvenamųjų namų šildymui. Šešt. mokslinis Jerevano darbai Valstijos universitetas architektūra ir statyba. 2 tomas. 2003. S. 122-124.

2. Beckman W., Klein S., Duffy J. Saulės šilumos tiekimo sistemos skaičiavimas. M.: Energoizdat, 1982. S. 80.

3. Devočkinas M.A. ir tt Techniniai ir ekonominiai skaičiavimai energetikos sektoriuje dabartinis etapas. Izvestija vuzovas. Energija. Minskas, 1987. Nr. 5. S. 3-7.

4. MT34-70-010-83. Bendrojo išmetamųjų teršalų kiekio nustatymo metodika kenksmingų medžiagųį atmosferą iš šiluminių elektrinių katilų. Sojuztechenergo. M., 1984. S. 19.

Daugelio šalių šilumos tiekimo sistemose garų suspaudimo šilumos siurbliai (AG), kurių galia iki 0,5 MW su stūmokliniai kompresoriai. Taip pat gaminami sraigtiniai AG, kurių instaliuota šiluminė galia iki 9 MW, ir turbokompresoriniai, kurių instaliuota šiluminė galia iki 9 MW. Šiuo metu pasaulyje šilumos tiekimo sistemose eksploatuojama daugiau nei 18 mln. didelių AG . Didžiausiu mastu jie naudojami Švedijoje, kur įrengtas bendras šiluminė galia AG viršijo 1200 MW, o didžiausio iš jų galia siekia 320 MW.

Rusijoje bendra instaliuota AG šiluminė galia yra tik 65 MW. Per pastaruosius 10 metų valstybinė sistemašilumos siurblių įrenginių kūrimas, statyba ir eksploatavimas praktiškai nustojo egzistuoti. SSRS egzistavo norminių dokumentų, AG kūrimo, gamybos, šilumos siurblių instaliacijų (HPU) projektavimo sistema šilumos tiekimo sistemose.

VNIIholodmash (Maskva) užsiėmė TN plėtra. Šilumos siurbliai pagaminta programinė įranga "Melitopolmaš" (45-65 kW), eksperimentinė gamykla VNIIkholodmaš (80 kW), Čita "mašinų gamybos gamykla (100 kW), Maskvos gamykla "Compressor" (300, 500 kW), NPO "Kazankompressormash" (1.0, 2,5, 8,5, 11,5 MW).

Šiuose VT buvo panaudota konstrukcija šaldymo mašinos, dėl ko jie buvo trumpi, nes HP kompresorių išleidimo ir įsiurbimo slėgių santykis yra 3 kartus didesnis. AG įrengimo projektus sukūrė VNIPIenergo-prom, kurio Krymo filialas sukūrė 26 projektus su 117 AG, kurių bendra šiluminė galia 165 MW. Sėkmingai eksploatuojamos dešimtys šilumos tiekimo sistemų su HP. Taigi Jaltoje veikė šilumos siurblio šilumos tiekimo sistema naudojant šilumą jūros vandens kurių galia 2,5 MW.

Svetlogorsko celiuliozės ir popieriaus gamykloje Leningrado sritis veikė 18 MW šiluminės galios HE.

HP panaudojimo Rusijos šilumos tiekimo sistemose perspektyvas lemia jų ekonominė ir technologinė paklausa. Įprastas AG efektyvumo įvertinimas yra perskaičiavimo koeficientas (šilumos energijos kiekio AG išėjime ir jo pavarai skirtos elektros energijos kiekio santykis).

Pagal šią sąmatą, norint gauti 100 W šiluminę galią esant AG galiai, reikia vidutiniškai išleisti 30 kW elektros galios. Kaip matyti, toks palyginimas nėra objektyvus. Eksploatuojant AG su elektrine pavara, atsižvelgiant į realų elektros gamybos efektyvumą ir jos nuostolius, norint gauti 100 kW šiluminės galios HPI išvade, reikia išleisti 170 kW (atsižvelgiant į kuro ekvivalentą). ).

Kai AG varomas vidaus degimo varikliu (turbina), tokiai pačiai galiai (100 kW) gauti AG pakanka tik 88 kW pirminio iškastinio kuro energijos.

9.5 lentelė

Gamintojas		Tipo eilės projektinė šiluminė galia, kW	Projektinė šilumos tiekimo temperatūra, °C	Kaina doleriais už 1 kW apskaičiuotos šiluminės galios	Gamybos etapas
Federalinė valstybinė vieninga įmonė "Rybinsko instrumentų gamykla"				Nuo 291 (ATNU-10) iki 321 (ATNU-14)	Individualiems užsakymams
„Karatas“ (Sankt Peterburgas)		5, 10, 18, 25, 30, 50, 60		Nuo 1000 (TN-KR-5) iki 300 (TN-KR-6)
UAB "Polad" (Toliatis)		8, 17, 6, 29, 5, 16, 40		Nėra duomenų	- ‘’-
CJSC NPF „Triton-LTD“ (Nižnij Novgorodas)	NTPB, NTV	10, 20, 35, 60, 80, 150, 300, 500, 1000, 2200, 5000		Nuo 420 (NTPB-16) iki 90 (NTK-500)	-‘’-
Maskvos gamykla "Kompresorius"				Nuo 294 (NT-280-4-9-08) iki 346 (NT-410-4-9-08)	-‘’-
UAB „Energija“ (Novosibirskas)		110, 280, 300, 500, 1000, 3000			Masinė produkcija

Nors šiuo metu Rusijoje nėra valstybinės šilumos siurblių šilumos tiekimo plėtros programos, tam tikras darbas vis dar juda šia kryptimi. Rusijos Federacijos energetikos ministerija parengė projektą valstybinis standartas"Netradicinė energetika. Šilumos siurbliai buitiniam vandens tiekimui". Rusijos Federacijos Gosstrojaus įsakymu sukurta " Gairės dėl šilumos siurblių naudojimo ir jų naudojimo techninio ir ekonominio naudingumo apskaičiavimo metodikos būsto ir komunalinėse paslaugose“ (rengėjas – FSUE „MNIIEKO TEK“, Permė, vadovas – technikos mokslų daktaras D. G. Zakirovas). Rusijos Federacijos mokslas ir technologija organizavo konkursą HPI sukurti naudojant mažo potencialo šilumos šaltinius, kurių vieneto šiluminė galia iki 20 MW.

HP kūrimą ir gamybą Rusijoje daugiausia vykdo CJSC Energia (Novosibirskas), vadovaujama Ph.D. tech. Mokslai Yu. M. Petin. Ji serijiniu būdu gamina šilumos siurblius, kurių galia nuo 0,1 iki 5 MW.

Labiausiai masiškai gaminamos mašinos yra NT-300 . Tokie AG įrengti mokykloje Karasuko mieste, Novosibirsko srityje, Centrinės statistikos administracijos pastate Gornoaltaisko mieste, kurorte „Goryachinsk“ Buriatijoje, Jelizovo mieste ir kaime. Terminis Kamčiatkoje, Mirny valstybiniame ūkyje Altajaus kraštas. NT-500 eksploatuojamas mokslo centras„Ekologijos institutas“, Krasnojarskas. Dvi NT-1000 mašinos buvo sumontuotos Novosibirsko srityje, keturi NT-3000 šilumos siurbliai sumontuoti Tiumenėje ir Kaune (Lietuva). Lentelėje pagal žinyną parodytos techninės ir sąnaudos HP charakteristikos Rusijos gamintojai. Pagal , rusiškų AG savikaina yra 90-000 USD/MW, tai yra žymiai mažesnė nei užsienio. Taigi JAV stūmoklinio AG kaina yra 279 tūkst.dol./MW, Europoje sraigtinių 137-159 tūkst.dol./MW, turbokompresorių 1500 tūkst.dol/MW.

Šilumos tiekimo sistemų projektavimą objektams, naudojantiems HP Maskvoje, atlieka UAB „Insolyar-Invest“ komanda, vadovaujama Ph.D. tech. Mokslai G. P. Vasiljevas. Rybinsko instrumentų gamybos gamyklos šilumos siurbliai ATNU-15 sumontuoti Ekopark-Fili pastatų ir gyvenamojo namo Nikulino-2 mikrorajone Maskvoje, mokyklos Filippovo kaime, Liublinskio rajone. Jaroslavlio sritis.

Sostinei jie sukūrė šilumos siurblių šilumos tiekimo sistemų projektavimo standartus. Šilumos siurblių šilumos tiekimo sistemų, naudojančių kasyklų vandenų ir vandentiekio šilumą, projektavimą ir statybą atlieka FSUE „MNIIEKO TEK“ komanda, vadovaujama inžinerijos mokslų daktaro. Mokslai D. G. Zakirova. Sparčiausiai šilumos siurblių tiekimo tempai vystosi Novosibirsko srityje.

Ten 30 gyvenviečių objektuose, kurių bendra šiluminė galia 21 MW, įgyvendinama regioninė tikslinė šilumos siurblių įrengimo programa.

Atsižvelgiant į tai, kas išdėstyta pirmiau, galima padaryti tokias išvadas:

1. Pasaulinė patirtis rodo didelio masto AG panaudojimo šilumos tiekime perspektyvas. Didžiausia sėkmė buvo pasiekta tokiomis sąlygomis valstybės parama.

2. Šiuo metu Rusijoje didelės HP paklausos stoka paaiškinama šiomis priežastimis:

– mažos kuro, šilumos ir elektros sąnaudos;

valstybės techninės, ekonominės politikos ir reguliavimo sistemos trūkumas šioje srityje;

– nepakankama informacija ir mažai patirties praktinis pritaikymas;

– mažas patikimumas, riboti buitinio dizaino dydžiai;

– didelės užsienio AG kainos vidaus rinkai.

3. HP panaudojimo Rusijos šilumos tiekimo sistemose perspektyvas lemia:

– technologinis poreikis, įskaitant antrinių energijos išteklių naudojimą, geotermine energija;

– kuro, šilumos ir elektros kainų didėjimo tendencija;

– patyrusių HP kūrėjų ir gamintojų buvimas šalyje, galintis bendradarbiaujant su užsienio partneriais užtikrinti konkurencingos HP gamybą.

Daugelio šalių šilumos tiekimo sistemose plačiai naudojami iki 0,5 MW galios garų suspaudimo šilumos siurbliai (AG) su stūmokliniais kompresoriais. Taip pat gaminami sraigtiniai AG, kurių instaliuota šiluminė galia iki 9 MW, ir turbokompresoriniai, kurių instaliuota šiluminė galia iki 9 MW. Šiuo metu pasaulyje šilumos tiekimo sistemose eksploatuojama daugiau nei 18 mln. didelių AG. Didžiausiu mastu jie naudojami Švedijoje, kur bendra instaliuota AG šiluminė galia viršijo 1200 MW, o didžiausia iš jų – 320 MW.

Rusijoje bendra instaliuota AG šiluminė galia yra tik 65 MW. Per pastaruosius 10 metų valstybinė šilumos siurblių įrenginių kūrimo, statybos ir eksploatavimo sistema praktiškai nustojo egzistavusi. SSRS egzistavo norminių dokumentų, AG kūrimo, gamybos, šilumos siurblių instaliacijų (HPU) projektavimo sistema šilumos tiekimo sistemose. AG sukūrė VNIIholodmaš (Maskva) Šilumos siurbliai buvo gaminami Melitopolmašo gamybos asociacijoje (45 - 65 kW), eksperimentinėje gamykloje VNIIholodmaš (80 kW), Čitos mašinų gamybos gamykloje (100 kW), Maskvos kompresorių gamykloje. (300, 500 kW), NPO „Kazankompressormash“ (1,0, 2,5, 8,5, 11,5 MW). Šiuose AG buvo panaudota šaldymo mašinų konstrukcija, todėl jų ištekliai buvo trumpi, nes išleidimo ir įsiurbimo slėgių santykis kompresoriai AG trigubai didesni.HP įrengimo projektus sukūrė VNIPIenergoprom, kurio Krymo filialas sukūrė 26 projektus su 117 AG, kurių bendra šiluminė galia 165 MW.Sėkmingai veikė dešimtys šilumos tiekimo sistemų su AG.Pavyzdžiui, Jaltoje, a. Svetlogorsko celiuliozės ir popieriaus gamykloje Leningrado srityje eksploatuota 18 MW šiluminės galios HE šilumos tiekimo sistema, naudojanti jūros vandens šilumą.

HP panaudojimo Rusijos šilumos tiekimo sistemose perspektyvas lemia jų ekonominė ir technologinė paklausa. Įprastas AG efektyvumo įvertinimas yra perskaičiavimo koeficientas (šilumos energijos kiekio AG išėjime ir jo pavarai skirtos elektros energijos kiekio santykis). Pagal šią sąmatą, norint gauti 100 W šiluminę galią esant AG galiai, reikia vidutiniškai išleisti 30 kW elektros galios. Eksploatuojant AG su elektrine pavara, atsižvelgiant į realų elektros gamybos efektyvumą ir jos nuostolius, norint gauti 100 kW šiluminės galios HPI išvade, reikia išleisti 170 kW (atsižvelgiant į kuro ekvivalentą). ). Kai AG varomas vidaus degimo varikliu (turbina), tokiai pačiai galiai (100 kW) išgauti AG reikia tik 88 kW pirminio iškastinio kuro energijos.

Nors šiuo metu Rusijoje nėra valstybinės šilumos siurblių šilumos tiekimo plėtros programos, kai kurie darbai šia kryptimi vis dar vykdomi. Rusijos Federacijos energetikos ministerija parengė valstybinio standarto „Netradicinė energetika. Šilumos siurbliai buitiniam vandens tiekimui“. Rusijos Federacijos valstybinio statybos komiteto užsakymu buvo parengtos „Šilumos siurblių naudojimo metodinės rekomendacijos ir jų naudojimo būsto ir komunalinėse paslaugose techninio ir ekonominio efektyvumo apskaičiavimo metodas“ (kūrėjas - Federalinė valstybinė vieninga įmonė „MNIIEKO TEK“, Permė, mokslinis patarėjas – technikos mokslų daktaras D. G. Zakirovas). Rusijos Federacijos mokslo ir technologijų ministerija organizavo HE kūrimo konkursą naudojant žemos kokybės šilumos šaltinius, kurių vieneto šiluminė galia iki 20 MW.

HP kūrimą ir gamybą Rusijoje daugiausia vykdo CJSC Energia (Novosibirskas), vadovaujama technikos mokslų kandidato Yu. M. Petin. Ji serijiniu būdu gamina šilumos siurblius, kurių galia nuo 0,1 iki 5 MW. Labiausiai masiškai gaminamos mašinos yra NT-300. Tokie AG įrengti Novosibirsko srities Karasuko mokykloje, Centrinės statistikos administracijos pastate Gornoaltaisko mieste, kurorte „Goryachinsk“ Buriatijoje, Jelizovo mieste ir kaime. Terminis Kamčiatkoje, Mirny valstybiniame ūkyje Altajaus krašte. NT-500 eksploatuojamas mokslo centre "Ekologijos institutas" Krasnojarske. Dvi NT-1000 mašinos sumontuotos Novosibirsko srityje, keturi NT-3000 šilumos siurbliai sumontuoti Tiumenėje ir Kaune. Rusijos AG kaina yra 90–100 tūkstančių dolerių / MW, o tai yra žymiai mažesnė nei užsienio. Taigi JAV stūmoklinio AG kaina yra 279 000 USD/MW, Europoje varžto AG kainuoja 137 000–159 000 USD/MW, o turbokompresoriaus – 1 500 000 USD/MW.

Šilumos tiekimo sistemų projektavimą objektams, kuriuose naudojami šilumos siurbliai Maskvoje, atlieka OJSC „Insolyar-Invest“ komanda, vadovaujama technikos mokslų kandidato G. P. Vasiljevo. Rybinsko instrumentų gamybos gamyklos šilumos siurbliai ATNU-15 montuojami į Maskvos Nikuli-2 mikrorajono gyvenamųjų pastatų šilumos tiekimą, Jaroslavlio srities Liublinskio rajono Filippovo kaimo mokyklą. Sostinei jie sukūrė šilumos siurblių šilumos tiekimo sistemų projektavimo standartus. Šilumos siurblių šilumos tiekimo sistemų, naudojančių kasyklų vandenų ir vandentiekio šilumą, projektavimą ir statybą atlieka FSUE „MNIIEKO TEK“ komanda, vadovaujama technikos mokslų daktaro. Mokslai D. G. Zakirova. Sparčiausiai šilumos siurblių tiekimo tempai vystosi Novosibirsko srityje. Ten 30 gyvenviečių objektuose, kurių bendra šiluminė galia 21 MW, įgyvendinama regioninė tikslinė šilumos siurblių įrengimo programa.

Pasaulio patirtis liudija apie didelio masto AG panaudojimo šilumos tiekime perspektyvas. Didžiausias pasisekimas pasiektas valstybės paramos sąlygomis. Šiuo metu Rusijoje didelės TN vjuen paklausos stoka paaiškinama šiomis priežastimis:

– žema kaina kuras, šiluminė ir elektros energija;

- valstybinės techninės, ekonominės politikos ir reguliavimo sistemos šioje srityje trūkumas;

- nepakankama informacija ir nedidelė praktinio taikymo patirtis;

mažas patikimumas, riboti namų dizaino dydžiai;

– didelės užsienio AG kainos vidaus rinkai.

HP naudojimo Rusijos šilumos tiekimo sistemose perspektyvas lemia:

– technologinė paklausa, įskaitant antrinių energijos išteklių, geoterminės energijos naudojimą;

– kuro, šilumos ir elektros kainų didėjimo tendencija;

– patyrusių HP kūrėjų ir gamintojų buvimas šalyje, galintis bendradarbiaujant su užsienio partneriais užtikrinti konkurencingos HP gamybą.

Šilumos siurblių panaudojimo Maskvos komunalinėje ekonomikoje efektyvumas ir perspektyvos

http://www.abok.ru/for_spec/articles.php?nid=3843

G. P. Vasiljevas, OJSC „Insolar-Invest“ direktorių valdybos pirmininkas

Pastebimai pastaruoju metu padidėjęs dėmesysį naują energiją taupančios technologijos, įskaitant šilumos siurblius. UAB "Insolar-Invest" turi didelę patirtį šilumos siurblių srityje Maskvoje ir visoje Rusijoje.

Šiandien iš Maskvos energijos balanso matyti, kad pagrindiniai energijos ištekliai yra gamtinės dujos - 96%, mazutas - 2,7% ir anglis - 1,3%. Energijos taupymo problemoms spręsti svarstysime šilumos siurblių naudojimo perspektyvą sostinėje. Yra žinoma, kad pagrindinis pagrindinis dalykas naudojant šilumos siurblius, tai yra žemos kokybės šilumos šaltinis, be kurio šilumos siurbliai negali būti naudojami ir neduoda jokio efekto. Pabandykime rasti tokių šaltinių Maskvoje.

Iš bendro žemos kokybės šilumos šaltinių sąrašo galima naudoti saulės energiją. saulės energija kaip žemos kokybės šilumos siurblių šaltinis turi didelį resursą – jo potencialią dalį energijos balanse netradiciniai šaltiniai energijos yra apie 4%. Be to, svarbus išteklius yra vėdinimo emisijų energija iš gyvenamųjų ir visuomeninių pastatų: pastatai plūduriuoja, skleidžia. šiltas oras, kuris apšildomas šilumos tiekimo sistemomis ir išmestas į gatvę – 9 proc. Toliau galime įvardyti nuotekų šilumą - 13,1%, tai yra šiluma, su kuria išeina karštas vanduo, išleidžiamas į kanalizaciją ir tt Gali būti panaudota dalis požeminės šilumos. Žemos kokybės upės šilumos panaudojimas turi didžiausią potencialą. Maskva - 27,7%, o paviršinių Žemės sluoksnių dirvožemis - 46,1%. Tinkamai racionaliai žiūrint į šį klausimą, visi išvardinti šaltiniai gali patenkinti ir beveik visiškai patenkinti Maskvos poreikius.

„Insolar-Invest“ specialistai mano, kad dabartinis Maskvos energijos balansas yra tam tikrų iškraipymų, ir jau seniai bando reklamuoti ir pasiūlyti savo schemą (1 pav.). Nors esame įpratę girdėti, kad turime energijos stygių turintį miestą, iš tiesų regionui tinka 40–45% „Mosenergo“ elektros energijos gamybos pajėgumų. Todėl, jei yra racionalu spręsti šią problemą, didelė dalis elektros energijos, ypač ne piko metu, gali būti naudojama šilumos siurbliams varyti. Kas tada gali nutikti? Pažiūrėjus į schemą (1 pav.), paaiškės: į CHP buvo pristatyta 100 vnt. kuro formoje gamtinių dujų ir kt., 38 vnt. – tai apytikslės elektrinės techninės galimybės, 38 vnt. pagaminta elektros pavidalu, likusi dalis šiluminės energijos pavidalu eina, tarkime, miestui šildyti. Tuo pačiu metu miesto apkrovų struktūra yra tokia, kad šios galios koreliuoja taip: elektros apkrovos sudaro 14% visos miesto energetinės apkrovos. Todėl, jeigu dalis apšvietimui sunaudotos elektros energijos panaudojama sostinės reikmėms ir panaudojama pagal schemą, 28 vnt. į šilumos siurblių pavarą, tai galų gale, pridėjus čia grunto ar kitų žemo potencialo šaltinių šilumą, per tokį ciklą gauname apie 156 vnt. naudingos energijos.

1 paveikslas (išsami informacija)

Šilumos siurblių naudojimo Maskvos komunalinėje ekonomikoje schema

Pažiūrėkime, kas gali nutikti, jei mieste šilumos siurbliams varyti bus panaudota 5 tūkst.MW (lentelė). Iš tikrųjų tokiu variantu šilumos siurblių pagalba galima padengti miesto šilumos apkrovų padidėjimą iki 2020 m. Ekonominis efektas, kurį šiuo atveju galima gauti tik naudojant kurą, mūsų skaičiavimais, Maskvai bus apie 0,5 milijardo JAV dolerių. Tai sutaupoma naudojant tokią schemą.

Lentelė
Maskvos šilumos tiekimo galimybė naudojant šilumos siurblius

Pavadinimas techninis ir ekonominis
rodikliai

Variantas Bendrasis planas

Variantas su TST

57 200
39 700

Elektros apkrovos dalis, %

Žinoma, kad šilumos siurblių sistemos dažniausiai vertinamos pagal energijos transformacijos koeficientą. Tai efektyvumo rodiklis, kuris skaitine prasme yra lygus šilumos siurblio sistemos pagamintam naudingosios šilumos kiekiui, tenkančiam priėmimo metu sunaudotos energijos vienetui. Ant pav. 2 parodytos idealaus transformacijos santykio (Ktrid) pagal Carnot ciklą priklausomybės nuo mažo potencialo šaltinio (Ti) temperatūros raudonai geltonos spektro linijos, o mėlynai žalios spektro linijos rodo realus transformacijos koeficientas (Ktrreal), t.y. rodiklis, atsižvelgiant į efektyvumą tikrosios sistemos ir automobiliai. Tai reiškia, kad už 1 kW sunaudotos elektros energijos galite gauti nuo 2,5 iki 3,5 kW naudingos šilumos.

2 pav.

Energijos transformacijos koeficiento reikšmės priklausomybė nuo žemos kokybės šilumos šaltinio temperatūros

Buvo atlikta Rusijos teritorijos analizė pagal energijos gavimą naudojant šilumos siurblius sąlygomis Rusijos klimatas. Sudarytos žemės geoterminio šilumos siurblio šilumos tiekimo sistemų transformacijos koeficiento reikšmių izoliacijos parodė, kad šalies pietuose energijos transformacijos koeficiento reikšmė yra apie 4 ir apie 2,7 - Rusijos šiaurėje. Tai gana geri rodikliai ir reiškia, kad pietuose iš 1 kW galima gauti 4 kW naudingos šiluminės energijos. Visas zonavimas buvo atliktas atsižvelgiant į grunto temperatūrų pokyčius sistemos veikimo metu, nes kyla daug ginčų: užšals gruntas ar ne. Pakankamai atsakingai galime pasakyti, kad jis neužšąla. Tiesiog jį reikia tinkamai suprojektuoti. Insolar-Invest projektuoja sistemas, atsižvelgdama į šiluminį režimą, kuris dirvožemyje susiformuoja penktaisiais šių sistemų eksploatavimo metais.

Savitosios energijos sąnaudos geoterminių šilumos siurblių sistemų pavarai, sumažintos iki 1 m2 per metus, Maskvai yra apie 90 kWh/m2, atsižvelgiant į šildymą, vėdinimą ir karšto vandens tiekimą. MGSM atsižvelgia tik į šildymą ir vėdinimą.

Pastaba svarbus punktas: nelabai efektyvu, pasirodo, maksimaliai sukurti sistemą vardinė galia objektas, nes pasirodo pervertinta kapitalo investicijų vertė. Todėl, kaip taisyklė, naudojama bendra šilumos siurblio ir smailės priartinimo galia, kuri gali veikti tradiciniu kuru arba kaip elektrinis šildytuvas. Tai leidžia optimizuoti ir gauti gana gerus visos sistemos ekonominius rezultatus.

Racionalus smailės šiluminės galios santykis arčiau šilumos siurblio elektros galios Maskvai yra maždaug 1,2. Kai kur šiaurėje ir už jos ribų šis santykis yra 2–2,8. Patikslinus, šis ryšys yra ne su šilumos siurblio šilumos galia, o su elektrine pavara, nes šiluminė galia bus 3 kartus didesnė.

Dabar apsvarstykite šilumos siurblių sistemų poveikį aplinkai. Deja, mūsų šalyje nėra labai daug arba praktiškai nėra norminių dokumentų, kurie leistų atsižvelgti į tokių sistemų aplinkosauginį efektyvumą. Ir tai labai reikšminga, nes pagal paskaičiavimus už 1 rub. arba dolerių ekonominio efekto, kurį gauna vartotojas, valstybė ar savivaldybė, šiuo atveju miestas gauna iki 3 dolerių efekto būtent dėl ​​šios aplinkos dedamosios.

„Insolar-Invest“ specialistai pasiūlė metodiką, kuri tokias sistemas prilygintų tradicinėms. Šie klausimai buvo svarstomi atsižvelgiant į ekonominį pagrįstumąšilumos perdavimo varža arba atitvarinių pastatų šiluminė apsauga, atsižvelgiant į aplinkosauginį komponentą tarifuose ir be jo. Pirmuoju atveju, kai svarstomas pastatas ar objektas neatsižvelgiant į aplinkos komponentą, šilumą ekranuojančio apvalkalo šilumos perdavimo varžos vertė yra 2,9 m2 deg/W, t.y., reikia šiek tiek padidinti šilumos perdavimo atsparumas. Antruoju atveju, t.y. atsižvelgiant į aplinkosaugos perspektyvą ir efektyvumą įvairios technologijos, ši vertė buvo 4,4 m2 deg/W.

Metodikoje atsižvelgiama į žalą aplinkai, kurią sukelia deginant iškastinį kurą mieste. Ir tai turėtų būti kažkoks priedas prie tarifų, mūsų duomenimis, apie 18 centų už kWh deginamo iškastinio kuro. Tai nereiškia, kad žmonės turi mokėti pinigus. Tai apie kad kai variantai lyginami TDL stadijoje įvairios sistemos objekto energijos tiekimui, būtų pageidautina taikyti kažką panašaus, siekiant atsižvelgti į naujų sistemų aplinkosauginį efektyvumą. Kadangi tai, ką projektuojame šiandien, įdėjome į projektą, bus eksploatuojami rytoj, poryt ir ilgus metus vėliau. Todėl būtina strategiškai suvokti, kokia bus miesto, regiono ir visos šalies ekologija.

S.P. Filippovas , narys korespondentas RAS; M.D. Dilmanas, mokslų daktaras; M.S. Jonovas, inžinierius; Rusijos mokslų akademijos Energetikos tyrimų institutas (INEI RAS), Maskva

Įvadas

Šilumos siurbliai kaip technologija, leidžianti iš dalies pakeisti iškastinį kurą ir aprūpinti šilumą minimalios išlaidos pirminė energija, yra užsienio ir šalies mokslininkų bei pramonės įmonių dėmesio centre.

Šilumos siurblys yra aplinkai nekenksminga sistema, leidžianti gauti šilumą kotedžų šildymui ir karšto vandens tiekimui naudojant žemos kokybės šaltinius ir perduodant ją į aušinimo skystį su daugiau. aukštos temperatūros. Kaip mažo potencialo šaltiniai, žemės ir arteziniai vandenys, ežerai, jūros, žemės šiluma, antriniai energijos ištekliai - išmetimai, nuotekų, ventiliacijos emisijos ir kt. Išleidę 1 kW elektros galios kompresinio šilumos siurblio (HPU) pavaroje, galite gauti 3-4, o su tam tikromis sąlygomis ir iki 5-6 kW šiluminės galios.

HE taikymas pasaulyje ir Rusijoje

Užsienyje šilumos siurblių technologija gyvenamųjų ir biurų pastatų šilumai tiekti plačiai naudojama jau daugiau nei 30 metų. Masinis jo pritaikymas buvo aštuntojo dešimtmečio energetikos krizė. 2009 metais žemės šilumos siurblių skaičius pasaulyje viršijo 2,8 mln. vnt., jų bendra instaliuota šiluminė galia – 35 GW, o metinė šiluminės energijos gamyba – 214 tūkst. TJ. Tokio tipo HE įrengimo lyderiai buvo JAV ir Švedija, didelis skaičius jie eksploatuojami Japonijoje, Vokietijoje, Šveicarijoje. AT pastaraisiais metais HE pradėjo aktyviai diegti Kinijoje. Daugelyje šalių plačiai naudoti HPS padeda kylančios energijos kainos, taip pat teisės aktai dėl energijos vartojimo efektyvumo, aplinkosaugos teisės aktai, reikalavimai mažinti šiltnamio efektą sukeliančių dujų išmetimą. Bet svarbiausia, kad HE rinkos užsienyje formuojasi, kaip taisyklė, remiant valstybei. Įmonės, siūlančios ekologiškas švarūs įrenginiai, naudojasi mokesčių lengvatomis, o namų savininkai, įsigiję tokią įrangą, gauna subsidijas, subsidijas, lengvatines paskolas.

Šilumos siurblių naudojimo patirtis mūsų šalyje dar nedidelė, tačiau sąlygos juos įgyvendinti yra. Pirma, todėl, kad brangstant kurui ir elektrai bei didėjant aplinkosaugos reikalavimams, didėja jų panaudojimo tikslingumas. Antra, mūsų šalyje aktyviai vystosi mažaaukštė statyba, kurios dalis bendroje nuomojamo būsto apimtyje pastaraisiais metais siekia 40-47% ir turi tendenciją augti. 2009 m. mažaaukščių namų šildymo ir karšto vandens tiekimo (KV) reikmėms sunaudota 52 mln. tce kuro.

HPS įvedimo apribojimai

HPP naudojimo efektyvumo tyrimas autonominis šildymas ir mažaaukščių pastatų karšto vandens tiekimas parodė, kad, palyginti su tradicinėmis sistemomis autonominis šilumos tiekimas- individualūs dujiniai ir elektriniai katilai – HE turi nemažai apribojimų, kuriems įveikti reikia papildomų išlaidų.

Pagrindiniai šilumos siurblių naudojimo apribojimai yra šie.

1. Didelės specifinės kapitalo investicijos. Šilumos siurblių įrangos rinka Rusijoje tik formuojasi. Iš esmės pristatomi užsienio (Vokietijos, Austrijos, JAV) gamybos šilumos siurbliai, kurie yra gana brangūs. Be pagrindinės įrangos, jos montavimo ir derinimo kainos, dažniausiai šilumos tiekimo srityje antžeminėms HE reikia gręžti 50-100 m gylyje, o tai irgi brangu. Ekonomiškesnis sprendimas yra HPI su horizontaliu kolektoriumi. Tačiau apgyvendinti horizontalus kolektorius reikalingas laisvas didelio ploto žemės sklypas, kuris vėliau pašalinamas iš ūkinės apyvartos: jame negalima statyti pastatų, sodinti medžių ir krūmų. Šiuo metu individualiose šilumos tiekimo sistemose plačiau naudojamos HE su vertikaliu zondu. Taigi, atsižvelgiant į centrinių regionų sąlygas, tik gręžinio gręžimo kaina yra 1800–3000 rublių. (atsižvelgiant į vietovės geologines charakteristikas) vienam tiesiniam metrui.

Atsižvelgiant į tai, kad specifinė investicija į HE yra žymiai didesnė nei alternatyviems šildytuvams, šilumos siurblys montuojamas tik dalyje skaičiuojamo šildymo apkrova(vadinamoji bazinė dalis) su didžiausios šilumos apkrovos padengimu iš pigesnio šildytuvo. Šilumos siurblio dalies, dengiančios bendrą vartotojo šilumos apkrovą, nustatymas yra optimizavimo problema, kuri sprendžiama kiekvienu konkrečiu atveju. Jo rezultatas priklauso nuo namo šilumos tiekimo schemos, stovinčių lauko temperatūrų trukmės grafiko tankio regione, šilumos siurblio ir piko šildytuvo kainos santykio, elektros sąnaudų regione.

Skaičiavimai rodo, kad HE komplektas su pajungimu ir gręžinio išgręžimu yra brangesnis nei dujų ar elektrinis katilas. Apskritai sistemos su HE įrengimas yra 2,4-2,8 karto brangesnis nei šilumos tiekimas iš katilo.

2. Temperatūros ribos šilumos siurblio išleidimo angoje. Maksimali temperatūra, kurią gali užtikrinti geoterminių šilumos siurblių šildymo kontūras, paprastai yra 55 °C, už individualūs modeliai- 60-65 °С. Siekiant užtikrinti, kad šilumos siurblys veiktų visą šildymo laikotarpis ir maksimaliai padidinti jų energijos taupymo galimybes, būtina naudoti žematemperatūrines šildymo sistemas – šildymo sistemas su maksimalios temperatūros tiesioginėse ir atvirkštinėse linijose atitinkamai ne aukštesnėje kaip 70 ir 50 °С. Tačiau žemos temperatūros sistemoms reikalingas didesnis šildymo prietaisų plotas, palyginti su tradicinėmis šildymo sistemomis temperatūros diagrama 95/70 °C. Dėl to atsiranda papildomų išlaidų.

3. Dirvožemio šiluminio potencialo heterogeniškumas regioniniame kontekste. Dirvožemio potencialas kaip šilumos šaltinis pietiniai regionaižymiai didesnis nei šiaurėje. Taigi, dirvožemio temperatūra 50–100 m gylyje Pjatigorsko sąlygomis yra 15–16 ºС, Maskvoje 10–11 ºС, o Archangelske 4–5 ºС. Kuo aukštesnė žemės temperatūra, tuo didesnis transformacijos koeficientas, tuo mažiau elektros energijos sunaudoja šilumos siurblys, kad pagamintų tą patį šilumos kiekį. Pažymėtina, kad šilumos siurblių panaudojimo šilumos tiekimui ekonominis efektyvumas labai priklauso nuo viso regiono klimato sąlygų, o šilumos siurblių naudojimo efektyvumą įtakojantys veiksniai turi skirtingą dėmesį. Grunto šiluminis potencialas ir atitinkamai transformacijos koeficientas didėja iš šiaurės į pietus, tačiau šildymo laikotarpio trukmė ir HPI naudojimo valandų skaičius, taigi ir jų energijos taupymo potencialo realizavimas, mažėja iš šiaurės. į pietus.

4. Grunto aušinimo faktoriaus apskaičiavimas HE veikimo metu. Šiluminės energijos suvartojimas iki galo šildymo sezonas sukelia grunto temperatūros sumažėjimą prie šilumos surinkimo sistemos vamzdžių registro, kuris in klimato sąlygos didžioji dalis Rusijos teritorijos neturi laiko gauti kompensacijų vasaros laikotarpis, o iki kito šildymo sezono pradžios dirva išeis su žemesniu temperatūros potencialu. Šis veiksnys yra ryškesnis šiaurėje nei pietuose. Šilumos energijos suvartojimas per kiekvieną paskesnį šildymo sezoną sąlygoja tolesnį grunto aušinimą. Dirvožemio temperatūra mažėja eksponentiškai, o maždaug po penkerių eksploatavimo metų jo temperatūra pasiekia beveik stacionarų lygį, nukrenta 1–2º ar daugiau, palyginti su natūralia. Projektuojant šilumos tiekimo sistemas būtina atsižvelgti į tokį žemės vėsinimą, kuris dar labiau kainuoja.

Šilumos tiekimo galimybės naudojant HE

Šilumos tiekimo schemas su šilumos siurbliu, naudojamu namų šildymui, pagal pikinio šildytuvo įjungimą galima skirstyti į nuoseklias ir lygiagrečias.

Pagal nuoseklią schemą šilumos siurblio šildomas vanduo - esant lauko temperatūrai, kuriai esant jo temperatūra yra pakankama apkrovai padengti - patenka į radiatorius. Šaltesniu oru aktyvuojamas piko šaltinis.

At lygiagreti grandinė su piko elektriniu šildytuvu šilumos siurbliu šildomas vanduo tiekiamas į radiatorius visą šildymo laikotarpį, o pradedant nuo tam tikros lauko temperatūros palaikyti standartinė temperatūra oras šildomose patalpose reikalauja generuoti trūkstamą šilumą. Kaip jo šaltinis gali būti naudojamas dujinis katilas, skysto kuro katilas, elektrinis katilas, konvekcinis arba infraraudonųjų spindulių tipo šildytuvas, o tai taip pat reikalauja papildomų išlaidų.

Aukštas energijos vartojimo efektyvumą suteikia šilumos siurblio ir „šiltų grindų“ šildymo sistemos derinį. Tokioje sistemoje šilumos siurblys veikia visą šildymo laikotarpį. Tačiau joje, pradedant nuo tam tikrų lauko oro temperatūrų, reikalinga papildoma šilumos gamyba, norint palaikyti normalią oro temperatūrą patalpose. Pagal SNiP 41-01-2003 „Šildymas, vėdinimas ir oro kondicionavimas“ Vidutinė temperatūra grindims su nuolatinė gyvenamoji vietažmonių temperatūra neturi viršyti 26ºС. Žemos temperatūros šildymo sistema "šiltos grindys" leidžia gauti 50-150 W / m 2 šilumos srautą, kai aušinimo skysčio temperatūra yra 35-55 ºС. Tuo pačiu metu interjero elementams taikomi apribojimai: keliami storio ir šilumos laidumo reikalavimai grindų danga, kilimų naudojimas neleidžiamas; būtinas atstumas tarp sienų ir vamzdžio klojimo ribos; reikalingas baldų išdėstymo planas, kurio keitimas ateityje nepageidautinas. Apskritai maksimalus plotas"šiltų grindų" klojimas yra 60-70% šildomo ploto.

Be kompresinių šilumos siurblių, kurie jau plačiai pritaikyti šilumos tiekime, galima naudoti absorbcinius šilumos siurblius, kuriuose įjungta kompresoriaus funkcija elektrinė pavara atlieka vadinamąjį. „terminis kompresorius“, veikiantis deginant kurą. Pastaruoju metu šilumos siurblių gamintojai mažai energijos ruošiamasi išleisti absorbcinių ir adsorbcinių šilumos siurblių modelius mikroporingo aliumosilikato mineralo „ceolito“ pagrindu. Jie turi didesnes kapitalo investicijas. Absorbcinių ir adsorbcinių šilumos siurblių privalumas yra tas, kad jie gali dirbti pigiau, palyginti su elektros, kuro degimo energija. Šio tipo šilumos siurblys neturi elektrinio kompresoriaus, elektros energija reikalingas tik aušinimo skysčio cirkuliacijai šildymo sistema ir mažo potencialo šilumos surinkimo sistema. Absorbciniams ir adsorbciniams šilumos siurbliams reikia mažesnės aušinimo galios nei kompresiniams šilumos siurbliams – tai leidžia sunaudoti mažiau gilių šulinių, tai taupo brangius gręžimo darbus.

Dėl kapitalo investicijų vertinimo

Ieškodami ekonomiškesnio sprendimo kapitalo investicijų požiūriu, mes svarstėme šilumos siurblius, naudojančius žemos kokybės šilumą kaip šaltinį. atmosferos oras. Šio tipo šilumos siurblių transformacijos koeficientas yra 3,2-3,6 (esant oro temperatūrai t n = 2 ° C). Tačiau jų naudojimas turi didelių apribojimų: nukritus lauko temperatūrai, jų šiluminė galia ir transformacijos santykis smarkiai sumažėja. Tuo t n<-20 °С использовать такие водо-воздушные тепловые насосы на цели отопления невозможно; а на цели ГВС их невозможно использовать уже при -15 °С. В наиболее холодные интервалы отопительного периода теплоснабжение производится за счет дублирующих установок - электрокотлов, которые приходится рассчитывать на полную тепловую нагрузку. Это не позволяет экономить затраты на пиковый источник тепла и на заявленную электрическую мощность, и из-за этого, а также из-за пониженного в холодные периоды коэффициента трансформации, резко возрастает годовой расход электроэнергии.

Aprašytų schemų palyginimas su įvairių tipų šilumos siurbliais ir alternatyviomis individualiomis šilumos tiekimo sistemomis atliktas pagal mažaaukščio gyvenvietės, susidedančios iš 200 namų, kurių bendras plotas 200 m. po 200 m 2, skaičiuojant 30 metų (žr. pav.).

Pagal minimalių bendrų išlaidų kriterijų šiuo metu šilumos siurbliai nepajėgūs konkuruoti su dujiniais katilais. Šilumos siurblių ekonominė niša – nedujintos sritys, o jiems konkuruojanti technologija – elektriniai katilai..

Skaičiavimai rodo, kad optimizuojant šilumos tiekimo schemą su HPI, galima sutaupyti energijos, palyginti su elektriniu katilu, nuo 59% Rusijos šiaurėje iki 64% Rusijos pietuose ir sutaupyti apie 20 deklaruojamų elektros galių. -25%.

Šiaurinėms sąlygoms, kai yra ilgas šildymo laikotarpis (nuo 5600 val. per metus) ir dideli elektros tarifai (nuo 2 rub./kWh), šildymo schema iš kompresinio žemės šilumos siurblio, veikiančio lygiagrečiai su konvektoriaus šildytuvu, rodo artimą. ir dar mažesnės sąnaudos už atsiskaitymo laikotarpį nei elektriniai katilai. Kituose Rusijos regionuose bendros šilumos siurblių sąnaudos, net ir optimaliai pasirinkus schemą, temperatūros grafiką, šilumos mainų paviršius, yra didelės, lyginant su bendrais diskontuotais kaštais už šilumos tiekimą iš elektrinių katilų, gautų šiaip identiškomis sąlygomis. Tai daugiausia lemia didelės kapitalo investicijos į HE, kurių priežastys buvo aptartos aukščiau. Visos kitos svarstomos šilumos tiekimo, pagrįstos šilumos siurbliais, galimybės nėra ekonomiškos nė viename iš nagrinėjamų Rusijos regionų.

Papildomas tyrimas parodė, kad šilumos tiekimo sistemos, pagrįstos HPI, tampa ekonomiškesnės nei atskiri elektriniai katilai a) padidėjus elektros tarifams ir b) sumažėjus HPI ir elektrinių katilų savikainos santykiui. Taigi, elektros tarifų padidinimas daugiau nei 30 % leidžia sukurti tokią šilumos tiekimo šilumos siurbliu schemą, kuri bus ekonomiškesnė bendrų diskontuotų sąnaudų atžvilgiu nei šilumos tiekimas iš elektrinio katilo. Pagal dabartinius elektros energijos tarifus HE bus ekonomiškai naudingos, palyginti su elektriniais katilais, jei bus galima 50% ir daugiau sumažinti specifines jų įrengimo kapitalo sąnaudas.

Įvertintas degalų taupymo poveikis. Rezultatai rodo, kad esant vidutinėms specifinėms kuro sąnaudoms elektrinėse 340 g etaloninio kuro/kWh šiaurinių regionų sąlygomis, nė viena iš šilumos tiekimo schemų su kompresiniais šilumos siurbliais nėra taupanti kuro, palyginti su dujiniais katilais. Kuro taupymo efektą turi tik absorbciniai (adsorbciniai) įrenginiai, leidžiantys sutaupyti apie 20 % kuro. Centriniuose pietiniuose Rusijos regionuose, optimaliai pasirinkus šilumos tiekimo schemą su kompresiniu šilumos siurbliu, galima sutaupyti iki 9% kuro – net lyginant su dujomis kūrenamų katilų naudojimu. Palyginti su elektrinių katilų naudojimu, kuro taupymas elektrinėse yra atitinkamai 55-65 proc.

Išvada

Atsižvelgiant į mažaaukščių statybų tempus federacijos subjektuose, Rusijos Federacijos ekonominės plėtros ministerijos prognozes dėl elektros ir dujų tarifų augimo bei numatomą infliacijos tempą, galima įvertinti paklausą. šilumos siurblių, skirtų gyvenamiesiems namams šildyti, įrengimui. Mūsų vertinimu, laikotarpiui iki 2030 metų visoje šalyje gali būti paklausi apie 3,4-4,4 GW šilumos siurblio galios, o tai sudaro 9-11% mažaaukščių namų įvadinės šilumos galios. Jų įrengimas leis sutaupyti apie 3,8 mln. tonų kuro ekvivalento kuro. metais.