Тепловые насосы принцип действия: Тепловые насосы: устройство, принцип действия и виды конструкций

Содержание

Тепловые насосы: устройство, принцип действия и виды конструкций

Тепловой насос — это высокотехнологичное устройство, позволяющее использовать тепловую энергию грунта, воздуха и воды для обогрева дома и кондиционирования воздуха. Любая среда с температурой выше 1°С обладает определенным количеством тепловой энергии, которую при должной организации процесса можно эффективно использовать в быту и на производстве.

Потолочные обогреватели встраиваемые и не стандартные

Греющие накладки для предотвращения обледенения пешеходных зон

Встраиваемые потолочные нагреватели для подвесных потолков Армстронг

В России тепловые насосы пока не получили широкого распространения, хотя активно используется оборудование с аналогичным принципом действия — холодильники и кондиционеры. А вот в Швейцарии и других европейских странах отопление зданий с помощью геотермальных тепловых насосов — дело привычное.

Принцип действия и эффективность теплонасосов


Принцип работы такого оборудования базируется на общеизвестном цикле Карно. По сути, тепловой насос — это не что иное, как холодильник наоборот. И устройство, и даже внешний облик этих приспособлений схожи. Разница лишь в том, что холодильник морозит внутри и отдает тепло наружу, а тепловой насос напротив забирает тепло из почвы, воды или воздуха и поставляет его в дом. С его помощью 2/3 энергии, требуемой для отопления, можно получить из природы абсолютно бесплатно, а оставшуюся 1/3 — придется затратить на перекачку жидкости в насосе.

Практика использования тепловых насосов показывает, что их применением позволяет добиться 70% экономии средств, необходимых на обогрев дома, если сравнивать с обычным способом отопления. Устройство собирает тепловую энергию из окружающей среды и поставляет ее в дом, при этом затрачивая на работу 1 кВт энергии, вырабатывая — 3…4 кВт. Выгода очевидна! К тому же на базе данного приспособления можно не только наладить отопление и горячее водоснабжение в доме, но и обеспечить кондиционирование — нагрев и охлаждение воздуха в помещениях.

Устройство и суть работы теплонасоса

Внутренний контур устройства состоит из:

  • конденсатора;
  • испарителя;
  • капилляра;
  • сетевого компрессора;
  • управляющего терморегулятора;
  • хладагента.


Мы разобрались, что принцип действия теплового насоса заключатся в сборе низкопотенциальной тепловой энергии и передаче ее теплоносителю с более высокой температурой. По сути, происходит следующее:

    • в трубопровод, расположенный в грунте (воде, воздухе), поступает теплоноситель и подогревается;
    • попадая в теплообменник (испаритель), теплоноситель передает накопленную энергию на внутренний контур системы;
    • хладагент, нагреваясь в испарителе, преобразуется в газ, а затем, попадая в компрессор, сжимается под высоким давлением, при этом его температура повышается еще сильнее;
    • нагретый газ попадает в конденсатор и передает тепло теплоносителю отопительной системы;

после чего остуженный хладагент в жидком виде поступает обратно в систему.

Как видно, суть работы теплонасоса проста, при этом эффективность его использования высока.

Типы тепловых насосов

Нас окружают разные природные среды, поэтому существуют насосы, способные черпать тепловую энергию из разных источников. Различают несколько типов оборудования:

  • «грунт-вода»;
  • «вода-вода»;
  • «вода-воздух»;
  • «воздух-воздух»;

Каждая конструкция имеет свои уникальные особенности:

1. «Грунт-вода»

Получение тепловой энергии из грунта считается наиболее эффективным для данного вида альтернативного отопления. Уже в 5 метрах от поверхности земли температура почвы достаточно постоянна и практически не подвержена изменениям погоды. В насосе, работающем по принципу «грунт-вода», используются теплопроводящие зонды. Теплоносителем выступает специальная жидкость — рассол, имеющий экологически безопасный состав. Контур насоса выполняется из прочных пластиковых труб, которые могут быть размещены вертикально или горизонтально.

Вертикальное размещение предполагает использование скважин (50…150м) и специальных глубинных зондов, так как температура глубоко под землей всегда выше и устойчивее, чем на поверхности. Второй способ размещения контура рассчитан на горизонтальную закладку труб недалеко от поверхности, но на приличной площади (25…50 м²/1 кВт). При этом земля, отведенная под контур коллектора, становится непригодной для сельскохозяйственного использования. На этой площади можно лишь разбить газон или клумбу. Поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается вертикальному контуру.

2. «Вода-вода»


Благодаря относительной стабильности температуры воды на большой глубине использование тепловых насосов данного типа весьма эффективно. Источником рассеянной тепловой энергии могут выступать открытые водоемы, грунтовые и промышленные сточные воды. Конструктивно насос «вода-вода» подобен устройству первого типа. Наименее затратным считается сооружение приспособления, черпающего энергию из открытого водоема. В таком случае трубы с теплоносителем, снабженные утяжелителем, просто погружаются в воду на необходимую глубину. Может потребоваться также организация водосборного колодца.

3. «Воздух-вода»


Несколько менее эффективный тип теплового насоса, чем первые два, но универсальный и простой в монтаже. Для его установки не потребуется производить сложные земляные работы, оборудование можно разместить прямо на крыше здания. Его преимуществом является возможность повторного использования тепла, покидающего обогреваемые помещения. Для компенсации недостатка мощности зимой обычно предусматривается альтернативное отопление.

4. «Воздух-воздух»

Победитель в соотношении «затраты-эффективность», так как не требует произведения сложных работ по созданию традиционной отопительной системы. Тепловой насос такого типа работает как перевернутый кондиционер: отбирает тепловую энергию у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, а затем отдает ее в дом. Как бы абсурдно это не озвучило, но греть дом предлагается за счет холодного уличного воздуха. Ведь, в действительности, даже очень холодный воздух обладает приличным запасом тепловой энергии.

Вариативность и высокая эффективность тепловых насосов привела к их быстрому распространению в развитых странах.

Читайте также:
Тепловые насосы: достоинства, недостатки и перспективы применения в России
Тепловой насос своими руками: особенности сборки системы, окупаемость

Большие настенно - потолочные нагреватели промышленные

Инфракрасные потолочные обогреватели для потолков любого типа под заказ

Тепловой насос для отопления дома

В условиях ухудшения экологической обстановки в мире и (что более актуально для рядового потребителя) стремительного роста тарифов на газ и электричество все больше европейцев старается внедрить в свою повседневную жизнь системы, использующие альтернативные источники энергии. Один из вариантов подобных систем – так называемый тепловой насос, посредством которого можно отапливать свое жилище в зимний период и нагревать воду для бытовых нужд, расходуя на это минимум электроэнергии.

В домах наших соотечественников в последние годы тоже все чаще можно встретить это чудо инженерной мысли. Конечно, для россиян проблема высоких цен на традиционные энергоносители пока стоит не так остро, как в Европе, но, во-первых, это лишь до поры до времени, а во-вторых, не хочется отставать от цивилизованного мира…

Итак, тепловой насос… Что это такое? На чем основан принцип его действия? Откуда, куда и как он перекачивает тепло? Давайте разбираться.

Принцип работы теплового насоса

Принцип действия тепловых насосов основан на способности вещества (хладагента) поглощать или отдавать тепло при изменении агрегатного состояния. По своей сути такие насосы мало чем отличаются от холодильных установок. (Это странное, на первый взгляд, утверждение нисколько вас не удивит, если вы хоть раз дотрагивались до горячей задней стенки обычного бытового холодильника.)

Схематично тепловой насос может быть представлен в виде системы, состоящей из трех контуров. В первом находится теплоноситель, переносящий энергию от источника низкопотенциального тепла. Во втором контуре циркулирует хладагент (фреон), который периодически то испаряется, отбирая тепло у первого контура, то вновь конденсируется, отдавая его третьему контуру. И, наконец, по третьему контуру «бегает» теплоприемник, в нашем случае – вода, переносящая тепло по системе отопления.

Рабочий цикл теплонасоса в общих словах может быть описан следующим образом. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где переходит в газообразное состояние. Необходимая для протекания этого процесса энергия отбирается у теплоносителя, циркулирующего в первом контуре. Далее подогретый на несколько градусов газообразный хладагент всасывается в компрессор, главное назначение которого – сжатие газа (на совершение этой работы, разумеется, расходуется электроэнергия).

Давление газа возрастает в несколько раз, при этом он существенно разогревается: если на входе в компрессор температура хладагента составляет 6-10°C, то на выходе уже около 60°C. На следующей стадии разогретый газ направляется в конденсатор, где отдает полученное тепло системе отопления, сам же при этом конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние. Затем избыточное давление сбрасывается с помощью дроссельного клапана, и цикл начинается заново.

Как видите, устройство теплового насоса не отличается принципиально от устройства холодильной машины. Просто основным назначением холодильных установок является генерирование холода, поэтому там отбор теплоты производится испарителем, а конденсатор лишь сбрасывает эту теплоту в окружающее пространство. В тепловом же насосе картина обратная: конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, отдающий теплоту потребителю, а испаритель – это теплообменник, утилизирующий низкопотенциальную теплоту вторичных энергоресурсов.

Другими словами тепловой насос – это «холодильник наоборот». При этом «наоборот» не только устройство, но и результат. Если в случае холодильника тепло, отнимаемое у хранящихся внутри продуктов, выбрасывается впустую, то энергия, вырабатываемая тепловым насосом, приносит реальную пользу – тратится на целенаправленный обогрев дома.

Разновидности тепловых насосов и систем

Тепловая энергия, расходуемая на отопление здания и систему горячего водоснабжения, является результатом преобразования энергии окружающей среды, осуществляемого с помощью теплового насоса. Насос концентрирует эту низкопотенциальную (низкотемпературную) энергию и передает ее системе отопления.

Осталось разобраться, что в данном случае подразумевается под энергией окружающей среды. Большинство тепловых насосов бытового назначения позволяют использовать тепло Солнца и внутреннее тепло Земли, накапливаемые верхними слоями земной коры и водой в течение всего года.

По типу конструкции первого контура теплообменника все тепловые насосы делятся на грунтовые, водяные и воздушные.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тепловые насосы получают тепло, необходимое для подогрева хладагента в испарителе, от грунта. Температура последнего на глубине нескольких метров практически не подвержена сезонным колебаниям. По замкнутой системе труб, размещенных в грунте, циркулирует «рассол». Слово «рассол» мы не случайно взяли в кавычки: соли, как этого можно было бы ожидать исходя из названия, он не содержит.

На самом деле это антифриз на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, реже водного этанола. Трубы теплообменника могут быть уложены в грунте как горизонтальным (горизонтальный коллектор), так и вертикальным (геотермальный зонд) способом.

Трубы горизонтального коллектора укладываются в землю на глубине ниже уровня промерзания грунта в данном регионе (обычно 1.5-2 м). Теплообменная система этого вида занимает достаточно большую площадь. Например, для обеспечения теплом сравнительно небольшого дома площадью 100 м2 потребуется выделить 2-3 сотки земли. Следует принять во внимание, что на территории, занятой коллектором, можно сажать лишь те деревья и кустарники, корни которых не уходят в почву слишком глубоко, а располагать здесь какие-либо постройки и вовсе нельзя.

Геотермальный зонд – это теплообменник, трубы которого располагаются вертикально и погружены в грунт на глубину до 100-200 м. Количество устанавливаемых зондов зависит от требуемой мощности установки. Для обогрева дома, уже рассматриваемого нами выше в качестве примера, достаточно будет двух зондов длиной около 80 м, расположенных на расстоянии 5 м друг от друга.

Как видите, для размещения этой системы не требуется больших площадей, вы можете пробурить скважины в любой части вашего участка – там, где вам это удобно. Главный недостаток грунтовых тепловых насосов с геотермальными зондами – высокая стоимость работ по бурению скважин. Однако, невзирая на это, большинство пользователей отдает предпочтение именно этим системам, ведь геотермальные зонды обладают большей эффективностью, чем горизонтальные коллекторы, и имеют при этом меньше ограничений.


Бурение скважины для геотермального зонда.

Водяные тепловые насосы

Водяной тепловой насос «черпает» энергию грунтовых вод, которые прокачивает через свой испаритель. Подобная система отличается повышенной эффективностью и неплохой стабильностью: первая характеристика является результатом высокой теплоотдачи воды, вторая обусловлена постоянством температуры грунтовых вод.

Разумеется, чтобы использовать установку такого типа, требуется, чтобы эти самые грунтовые воды имелись на вашей территории, причем в достаточно большом количестве. Очень желательно, чтобы водоносный слой располагался не глубже 30-40 м. Одновременное выполнение этих двух условий – явление нечастое. Еще одним условием, невыполнение которого может стать препятствием для установки водяного теплонасоса в вашем доме или коттедже, является низкое содержание в грунтовых водах солей железа и прочих примесей.

Использование воды низкого качества приведет к тому, что оборудование быстро выйдет из строя, поскольку теплообменник попросту забьется. Наличие такого количества ограничений является причиной того, что подобные тепловые насосы, несмотря на всю их привлекательность, устанавливают нечасто (около 5% от всех реализованных проектов).

Воздушные тепловые насосы

С точки зрения простоты монтажа воздушные тепловые насосы обладают огромным преимуществом перед своими «собратьями». Для использования окружающего воздуха в качестве источника тепла вам не придется бурить скважины или проводить какие-то другие крупномасштабные грунтовые работы. В результате, если заложить в смету стоимость работ по установке оборудования, воздушный насос обойдется вам значительно дешевле, чем водяной или грунтовый.

Несмотря на столь весомое достоинство, идеальным этот вид климатического оборудования не назовешь, поскольку есть у него и существенный недостаток. Такой насос эффективно работает лишь при температуре окружающего воздуха выше –15°C…–20°C. Падение температуры ниже этой границы, что в зимний период не является редкостью в большинстве регионов нашей страны, ведет к существенному уменьшению коэффициента эффективности воздушного теплонасоса.

Коэффициент эффективности тепловых насосов

Чуть выше мы использовали новый термин – «коэффициент эффективности». Было бы неправильно не пояснить, что это такое, тем более что это важная характеристика тепловых насосов, позволяющая сравнивать насосы разных типов между собой.

Коэффициент эффективности (называемый также коэффициентом трансформации) – это отношение выработанной насосом тепловой энергии к потребленной им электрической. По сути это КПД теплового насоса. В случае водяных теплонасосов этот коэффициент равен 5 вне зависимости от времени года. Это означает, что при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии установка вырабатывает 5 кВт*ч тепловой энергии.

У грунтовых насосов величина коэффициента эффективности чуть ниже – от 4 до 4.5. И, наконец, самым маленьким коэффициентом характеризуются воздушные тепловые насосы, при этом их эффективность сильно зависит от температуры окружающего воздуха: при 0°C величина коэффициента равна ~3.5, а при –20°C он уже не превышает 1.5 (при такой низкой эффективности насос попросту не окупится, и имеет смысл подумать о приобретении более дешевого климатического оборудования, например электрического котла).

Некоторые менеджеры, рекламируя реализуемые ими тепловые насосы, уверяют потенциальных клиентов в том, что данное оборудование имеет КПД 400-500%. Разумеется, ни о каком нарушении законов термодинамики речи не идет. Просто в данном случае расчеты намеренно делаются неправильно: не учитываются источники энергии, отличные от потребляемого электричества, – воздух, вода или грунт, нагретые Солнцем и геотермальными процессами. Когда при расчете КПД учитывают только электроэнергию и забывают про источник низкопотенциального тепла, как раз и получается величина больше 100%.

Применение тепловых насосов в условиях российского климата

Познакомившись с приведенными выше описаниями различных типов тепловых насосов, вы без труда сами сможете ответить на вопрос, какой насос больше всего подходит для эксплуатации в условиях российского климата.

Воздушные тепловые насосы пригодны для применения лишь в ограниченном числе регионов нашей страны – там, где температура воздуха зимой почти не опускается ниже нулевой отметки. Разумеется, жителям Сибири, Дальнего Востока, севера европейской части России о воздушных тепловых насосах не стоит и размышлять.

Для применения водяных тепловых насосов есть много ограничений. О некоторых из них мы уже рассказывали, осталось упомянуть еще об одном. Более половины территории нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты. Если даже какому-нибудь жителю Восточной Сибири или севера Дальнего Востока «повезло», и на его участке есть грунтовые воды, залегающие не слишком глубоко, то все равно эти грунтовые воды находятся в виде льда, а значит, не пригодны для использования в системе отопления.

Таким образом, большинству наших соотечественников приходится рассчитывать на единственный, беспроигрышный, вариант – грунтовый тепловой насос. При этом в условиях российского климата больше подойдет насос не с горизонтальным коллектором, а с геотермальным зондом, позволяющим достигнуть глубины, где температура грунта более стабильна.

Применение теплового насоса для охлаждения

Огромным достоинством тепловых насосов является то, что они способны не только отапливать дом, но и при необходимости охлаждать его. Наше короткое российское лето порою бывает очень жарким, и, когда ваше жилище буквально раскаляется, предложение превратить обогреватель в кондиционер будет очень кстати.

Техническое решение этого вопроса может быть интегрировано в тепловой насос изначально, на стадии изготовления, и практически у всех производителей имеются линейки насосов, умеющих кондиционировать помещение (режим Natural Cooling). Если ваш тепловой насос не обладает такими способностями, не все еще потеряно – работать на охлаждение может и обычный насос. Необходимое для этого дополнительное оборудование в виде гидравлической развязки будет смонтировано вне насоса. Оба варианта не требуют больших капиталовложений.

Нести генерируемый тепловым насосом холод непосредственно в помещение можно разными способами. Эта функция может быть возложена на холодные панели на стенах или потолке, охлаждающий теплый пол, радиаторы отопления с хорошим обдувом или же фанкойл – устройство, в чей корпус встроен обдуваемый вентилятором пластинчатый теплообменник.

Применение теплового насоса для горячего водоснабжения

Любой тепловой насос способен не только обогревать ваше жилище, но и круглогодично снабжать вас горячей водой. Однако следует учитывать, что эта система является низкотемпературной, а значит, температура воды в бойлере не превысит 45-55°C. Из этого следует, что объем бойлера должен быть больше, чем при использовании стандартной системы отопления, в противном случае вам и вашим домочадцам придется жить в условиях жесткой экономии горячей воды.

Данный факт следует учитывать при выделении площади для котельной, т. е. еще на стадии проектирования дома. Также при выборе бойлера нужно принимать во внимание, что это должно быть специальное оборудование, рассчитанное на работу с теплонасосными установками. Главное отличие такого бойлера от обычного – увеличенная площадь теплообменника, необходимая для максимально эффективной передачи тепла от теплового насоса.

Тепловые насосы со встроенным ТЭНом

Нередко производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электрические нагреватели. Встроенный ТЭН позволяет в случае необходимости перейти на альтернативный с точки зрения теплового насоса источник энергии – электричество. Для чего это нужно? В каких случаях возникает потребность задействовать ТЭН?

Подбор теплового насоса для отопления дома осуществляется с учетом различных параметров, в том числе и климатических особенностей региона. При этом считается нецелесообразным устанавливать насос с избыточной мощностью. Дело в том, что экстремально холодные дни случаются не так уж и часто, по крайней мере, в центрально-европейской части России. Практика показывает, что более экономичным вариантом будет «добрать» в эти морозные периоды необходимую мощность электричеством, чем изначально устанавливать более мощный насос. Наличие ТЭНа исключает необходимость делать систему более мощной, чем это требуется большую часть отопительного сезона.

Для владельцев водяных и грунтовых тепловых насосов встроенный ТЭН – скорее излишество, чем необходимость. Совсем иначе выглядит ситуация с воздушными теплонасосами. При температуре воздуха –20°C и ниже такой насос, если и не отключится, будет малоэффективен. И пусть холодных дней и ночей в году не очень много, совсем не хочется в один прекрасный момент остаться в стремительно вымерзающем доме. Наличие дублирующего теплогенератора в данном случае никак не назовешь роскошью.


Воздушный тепловой насос.

Советы и рекомендации

Тепловой насос – оборудование технически сложное и достаточно дорогое, поэтому подходить к его выбору следует с большой ответственностью. Чтобы не быть голословными, приведем несколько вполне конкретным рекомендаций.

1. Никогда не приступайте к выбору теплового насоса без предварительного проведения расчетов и создания проекта. Отсутствие проекта может стать причиной фатальных ошибок, исправить которые можно будет лишь с помощью огромных дополнительных финансовых вложений.

2. Доверить проектирование, монтаж и сервисное обслуживание теплового насоса и системы отопления следует только профессионалам. Как убедиться в том, что в данной компании работают профессионалы? В первую очередь, по наличию всей необходимой документации, портфолио реализованных объектов, сертификатов от поставщиков оборудования. Очень желательно, чтобы весь комплекс необходимых услуг предоставляла одна компания, которая в данном случае будет нести полную ответственность за реализацию проекта.

3. Советуем вам отдать предпочтение тепловому насосу европейского производства. Пусть вас не смущает тот факт, что он дороже китайского или российского оборудования. При включении в смету стоимости работ по монтажу, запуску и отладке всей системы отопления разница в цене насосов будет практически незаметна. Но зато, имея в своем распоряжении «европейца», вы будете уверены в его надежности, поскольку высокая цена насоса – это лишь результат использования при его создании современных технологий и высококачественных материалов.

Если вы заметили ошибку, не рабочее видео или ссылку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Тепловой насос как отопительная система дома

Тепловой насос (ТН) – это устройство, которое осуществляет перенос, трансформацию и преобразование тепловой энергии. По принципу работы он схож с известными всем приборами и оборудованием, такими как холодильник или кондиционер. В основе функционирования любого ТН лежит обратный цикл Карно, названного в честь известнейшего французского физика и математика Сиди Карно.

Принцип работы теплового насоса

Изучим более подробно физику процессов работы данного оборудования. Тепловой насос состоит из четырех основных элементов:

  1. Компрессор
  2. Теплообменник (конденсатор)
  3. Теплообменник (испаритель)
  4. Соединительная арматура и элементы автоматики.

Компрессор необходим для сжатия и перемещения хладагента по системе. При сжимании фреона его температура и давление резко повышается (развивается давление до 40 бар, температура до 140 С), и в форме газа с высокой степенью сжатия он поступает в конденсатор (адиабатический процесс, т.е. процесс в котором система не взаимодействует с внешним пространством), где передает энергию потребителю. Потребителем может выступать как непосредственно среда, которую необходимо обогреть (например, воздух в помещении), так и теплоноситель (вода, антифриз и т.д.), который далее распределяет энергию по системе отопления (радиаторы, теплые полы, обогреваемые плинтуса, конвекторы, фанкойлы и прочее). Температура газа при этом, естественно понижается, и он меняет свое агрегатное состояние с газообразного на жидкостное (изотермический процесс, т.е. процесс, протекающий при постоянной температуре).

Далее хладагент в жидком состоянии поступает в испаритель, проходя через терморегулирующий вентиль (ТРВ), необходимый для уменьшения давления и дозирования поступления фреона в испарительный теплообменник. В следствии снижения давления при прохождении каналов испарителя осуществляется фазовый переход, и агрегатное состояние хладагента снова меняется на газообразное. При этом энтропия газа снижается (исходя из теплофизических свойств фреонов), что приводит к резкому падению температуры, и происходит «отъем» тепла у внешнего источника. В качестве внешнего источника может выступать уличный воздух, недра земли, реки, озера. Далее охлажденный газообразный фреон возвращается в компрессор, и цикл повторяется снова.

Фактически получается, что тепловая машина сама не производит выработку тепла, а является устройством по перемещению, модифицированию и видоизменению энергии от окружающей среды в помещение. Однако для этого процесса необходима электроэнергия, основным потребителем которой выступает компрессорный агрегат. Соотношение полученной тепловой мощности к затраченной электрической называется коэффициентом преобразования (СОР). Он меняется в зависимости от типа ТН, его производителя, прочих факторов и варьируется в пределах от 2 до 6.

В настоящее время в качестве хладагента используются озонобезопасные фреоны различного типа (R410A, R407C), которые наносят минимальный ущерб окружающей среде.

В современных тепловых машинах используются компрессоры спирального типа, которые не требуют обслуживания, в них практически отсутствует трение, и они могут безостановочно проработать 30-40 лет. Это обеспечивает долгий срок службы всего агрегата. Так, например, у немецкой фирмы Stiebel Eltron есть ТН, проработавшие без капитального ремонта с начала 70-х годов прошлого века.

ООО "Нова Грос" - Официальный дистрибьютор продукции Stiebel Eltron

Связаться с нами Связаться с нами

Типы тепловых насосов

В зависимости от сред используемых для отбора и перераспределения энергии, а так же конструктивных особенностей и способах применения, различают четыре основных типа ТН:

Тепловой насос «воздух - воздух»

В качестве низкопотенциального источника энергии, данный тип оборудования использует уличный воздух. Внешне он не отличается от обычной сплит - системы кондиционирования, однако имеет ряд функциональных особенностей, позволяющих ему работать при низких температурах (до -30 С) и «изымать» энергию из окружающей среды. Обогрев дома осуществляется непосредственно теплым воздухом, нагреваемом в конденсаторе теплонасоса.

Достоинства ТН «воздух - воздух»:

  • Невысокая стоимость
  • Малое время монтажных работ и сравнительная простота установки
  • Отсутствие возможности утечки теплоносителя

Недостатки:

  • Значительное снижение СОР при низких температурах (до 1,2)
  • Устойчивая работоспособность до -20 С
  • Необходимость установки внутреннего блока в каждую комнату или организацию системы воздуховодов для подачи нагретого воздуха во все помещения.
  • Невозможность получения горячей воды (ГВС)

На практике, такие системы применяются для сезонного жилья и не могут выступать в качестве основного источника обогрева.

Тепловой насос «воздух - вода»

По своему принципу действия схожи с предыдущим типом, однако они нагревают не напрямую воздух внутри помещения, а теплоноситель, который в свою очередь используется для отопления дома и приготовления ГВС.

Достоинства ТН «Воздух – вода»:

  • не требует организация «внешнего контура» (бурения)
  • надежность и долговечность
  • высокие показатели эффективности (СОР) в осенний и весенний периоды

Недостатки ТН:

  • Значительное снижение СОР при низких температурах (до 1,2)
  • Необходимость оттаивания внешнего блока (реверсивный режим)
  • Невозможность эксплуатации при температуре ниже -25 С - -30 С

Такие насосы в нашем климате все же не могут выступать единственным источником отопления. Поэтому они зачастую устанавливаются (по бивалентной схеме) в связке с дополнительным отопительным оборудованием (электрический, пеллетный, твердотопливный, дизельный котел, камин с водяной рубашкой). Также они подходят для реконструкции и автоматизации старых котельных, использующие традиционные виды топлива. Это позволяет большую часть года эксплуатировать систему в автоматическом режиме (нет необходимости загружать твердое топливо или заправлять дизельное топливо), используя только мощность ТН.

Тепловой насос «рассол – вода»

Один из самых распространенных на территории Республики Беларусь. Используя статистику нашей организации 90% установленных теплонасосов, являются геотермальными. В данном случае в качестве «внешнего контура» используется недра земли. За счет этого, данные ТН обладают самым главным преимуществом перед остальным типами теплонасосов – стабильный показатель эффективности работы (СОР) вне зависимости от времени года.

По устоявшейся терминологии, внешний контур называется геотермальным.

Существуют две основные разновидности геотермального контура:

  • Горизонтальный
  • Вертикальный

Остановимся на каждом из них подробнее.

Горизонтальный контур

Горизонтальный контур представляет собой систему полиэтиленовых труб, уложенных под верхним слоем грунта на глубине около 1,5 – 2 м, ниже уровня промерзания. Температура в этой зоне остается положительной (от +3 до +15 С) в течение всего календарного года, достигает максимума в октябре, а минимума в мае. Площадь, занимаемая коллектором зависит площади строения, степени его утепления, размеров остекления. Так, например, для двухэтажного жилого дома площадью 200 м2, имеющего неплохое утепление, отвечающее современным нормам, под геотермальное поле придется выделить порядка четырех соток земли (400 м2). Безусловно для более точной оценки диаметра используемым труб и занимаемой площади, необходим подробный теплотехнический расчет.

Вот как выглядит монтаж горизонтального коллектора на одном из наших объектов в г. Дзержинск (Республика Беларусь):

Достоинства горизонтального коллектора:

  • Более низкая стоимость по сравнению с геотермальными скважинами
  • Возможность проведения работ по его устройству совместно с прокладкой других коммуникаций (водопровод, канализация)

Недостатки горизонтального коллектора:

  • Большая занимаемая площадь (не ней запрещается возводить капитальные строения, асфальтировать, укладывать тротуарную плитку, необходимо обеспечить естественный доступ света и осадков)
  • Отсутствие возможности обустройства при готовом ландшафтном дизайне участка
  • Меньшая стабильность по сравнению с вертикальным коллектором.

Обустройство такого типа коллектора обычно осуществляется двумя способами. В первом случае на всей площади укладки снимается верхний слой грунта, толщиной 1,5-2м, выполняется раскладка труб теплообменника с заданным шагом (от 0,6 до 1,5м) и производиться обратная засыпка. Для выполнения таких работ подходит мощная техника, такая как фронтальный погрузчик, бульдозер, экскаваторы с большим вылетом стрелы и объемом ковша.

Во втором случае укладка петель грунтового контура производиться поэтапно в подготовленные траншеи, шириной от 0,6м до 1 м. Для этого подходят небольшие экскаваторы и экскаваторы - погрузчики.

Вертикальный контур

Вертикальный коллектор представляет собой скважины глубиной от 50 до 200 м и более, в которые опущены специальные устройства – геотермальные зонды. Температура в этой зоне в течение многих лет и десятилетий остается постоянной и растет с увеличением глубины. Повышение происходит в среднем на 2-5 С на каждые 100 м. Величина это характеризующая называется температурным градиентом.

Процесс монтажа вертикального коллектора на нашем объекте в п. Крыжовка, под Минском:

Изучая карты распределения температур на различных глубинах на территории РБ и города Минска в частности, можно заметить, что температура меняется от области к области, и может существенно отличаться в зависимости от местоположения. Так, например, на глубине 100 м в районе г. Светлогорск она может достигать +13 С, а в некоторых районах Витебской области на той же самой глубине не превышает +8,5 С.

Безусловно при расчете глубины бурения и проектирования размера, диаметра и прочих характеристик геотермальных зондов, необходимо учитывать этот фактор. Помимо этого, необходимо учитывать геологический состав проходимых пород. Только опираясь на эти данные можно правильно запроектировать геотермальный контур.

Как показывает практика и статистика нашей организации 99% проблем при эксплуатации ТН связано с функционированием внешнего контура, при чем эта проблема проявляется не сразу после ввода в эксплуатацию оборудования. И этому есть объяснение, так при неправильном расчете геоконтура (например, на территории Витебской области, где как мы помним геотермальный градиент является одним из самых низких в Республике), его первоначальная работа не вызывает нареканий, однако с течением времени толща земли «выхолаживается», нарушается термодинамический баланс и начинаются неприятности, при чем проблема может возникнуть только на второй - третий отопительный сезон. Менее проблемно выглядит переразмеренный контур, но заказчик вынужден оплачивать не нужные метры бурения из-за некомпетентности подрядчика, что неумолимо ведет к удорожанию всего проекта.

Особенно критичным к изучению недр земли нужно относиться при строительстве больших коммерческих объектов, где количество скважин исчисляется десятками, и сэкономленные (либо растраченные) средства на их устройство, могут быть очень значительными.

Тепловой насос «вода - вода»

Одной из разновидностей геотермального источника тепла могут быть подземные воды. Они имеют постоянную температуру (от +7 С и выше), и в значительном количестве залегают на различных глубинах на территории РБ. По технологии, подземные воды поднимаются центробежным насосом из скважины и поступают на станцию тепломассообмена, где передают энергию антифризу нижнего контура теплового насоса. Эффективность работы данной системы зависит от уровня залегания грунтовых вод (в зависимости от глубины подъема, требуется определенная мощность помпы), расстояния от заборной скважины до станции обмена. Эта технология имеет один из самых высоких показателей COP, однако имеет ряд особенностей, ограничивающих ее применение.

Среди них:

  • Отсутствие подземных вод, либо низкий уровень их залегания;
  • Отсутствие постоянного дебета скважины, понижение статического и динамического уровней;
  • Необходимость учитывать солевой состав и загрязненность (при не надлежащем качестве воды, происходит засорение теплообменника, снижаются показатели производительности)
  • Необходимость устройства дренажного колодца для сброса значительных объемов отработавшей воды (от 2200 л/ч и более)

Как показывает практика, установка таких систем целесообразна, если в непосредственной близости имеется водоем или река. Отработавшую воду, также можно использовать в хозяйственных и промышленных целях, например, для полива, или организации искусственных водоемов.

Что качается качества заборной воды то, например, немецкий производитель альтернативных отопительных систем Stiebel Eltron рекомендует следующие параметры: общая доля железа и магния не более 0,5 мг/л, содержание хлоридов менее 300 мг/л, отсутствие осаждаемых веществ. При превышении этих параметров необходимо установка дополнительной системы очистки - станции подготовки и обессоливания, что повышает материалоемкость проекта.

ООО "Нова Грос" - Авторизованная монтажная организация Stiebel Eltron

Связаться с нами Связаться с нами

Буровые работы для теплового насоса.

Исходя из опыта монтажа и эксплуатации геотермальных агрегатов, мы рекомендуем бурить скважины не менее 100м. Практика показывает, что лучшие показатели эффективности и стабильности тепловой машины, будет наблюдаться, например, для двух скважин по 150 м, чем для трех по 100м. Безусловно, для обустройства таких шахт требуется специальная техника и роторный метод производства бурения. Малогабаритные шнековые установки не способны обеспечить нужной длины скважин.

Так как, геотермальный контур является важнейшей составляющей, и правильность его обустройства является залогом успешного функционирования всей системы, то подрядчик, осуществляющих бурение должен соответствовать ряду критериев:

  • обязательно иметь опыт производства подобного вида услуг;
  • иметь специальный инструмент для погружения зондов;
  • давать гарантию погружения зонда на проектную глубину и гарантировать его целостность и герметичность в процессе производства работ;
  • после погружения проводить мероприятия по тампонированию скважины для увеличения ее теплообмена и производительности, зачеканить ствол шахты до обратной засыпки.

В целом, при правильном проектировании и квалифицированном монтаже, геотермальные зонды очень надежны, и способны Вам прослужить до 100 лет.

Процесс опускания геотермального зонда в пробуренную скважину:

Геотермальный зонд на станине, перед проведением проверки на герметичность («опрессовки» давлением):

Выводы

Исходя из нашего опыта в устройстве систем альтернативной энергетики, мы можем выделить основные факты, которые являются основополагающими при выборе нашими Заказчиками тепловых насосов:

  • полная безопасность и экологичность (отсутствую процессы горения и движущие части)
  • возможность «сегодня» заказать систему и через три недели наслаждаться ее использованием без каких-либо согласований с контролирующими и разрешительными органами.
  • Полная автономность и минимальное техническое обслуживание (нет необходимости состоять в газовом кооперативе, зависеть от него; не надо подбрасывать дрова или проводить ежемесячную чистку воздуховодов, организовывать подъезд топливозаправщика и прочее)
  • Стоимость участка для строительства индивидуального дома без подведенного газа значительно ниже и срок сдачи жилья не зависит от газовых служб
  • Возможность удаленного управления через интернет
  • Передовое и инновационное оборудование стильного исполнения, которое не стыдно показать друзьям и знакомым, что безусловно подчеркивает статус домовладельца.

Если в данной статье мы не затронули какие-то вопросы и вы хотите задать их лично – вы можете приехать к нам в офис по адресу: г. Минск, ул. Одоевского, 117, компания ООО «Нова Грос» и проконсультироваться у наших инженеров.

Так же, у нас есть возможность организовать бесплатное посещение уже реализованных функционирующих объектов.

Контактные телефон для связи: 044 765 29 58; 017 399 70 51

e-mail: [email protected]

% PDF-1.4 % 172 0 объект > endobj xref 172 77 0000000016 00000 н. 0000001891 00000 н. 0000002031 00000 н. 0000003084 00000 н. 0000003321 00000 н. 0000003744 00000 н. 0000003796 00000 н. 0000003867 00000 н. 0000003973 00000 н. 0000004025 00000 н. 0000004132 00000 н. 0000004184 00000 п. 0000004236 00000 п. 0000004288 00000 п. 0000004329 00000 н. 0000004428 00000 н. 0000004450 00000 н. 0000004763 00000 н. 0000005005 00000 н. 0000006239 00000 п. 0000006772 00000 н. 0000007173 00000 н. 0000007559 00000 н. 0000021880 00000 п. 0000022131 00000 п. 0000022391 00000 п. 0000036363 00000 п. 0000036777 00000 п. 0000038013 00000 п. 0000038437 00000 п. 0000038459 00000 п. 0000039062 00000 н. 0000039084 00000 п. 0000040319 00000 п. 0000040695 00000 п. 0000055966 00000 п. 0000056206 00000 п. 0000056452 00000 п. 0000057210 00000 п. 0000057232 00000 п. 0000073072 00000 п. 0000073326 00000 п. 0000073456 00000 п. 0000073800 00000 п. 0000075037 00000 п. 0000075695 00000 п. 0000075717 00000 п. 0000076398 00000 п. 0000076420 00000 н. 0000077088 00000 п. 0000077110 00000 п. 0000077825 00000 п. 0000077847 00000 п. 0000080525 00000 п. 0000081896 00000 п. 0000083257 00000 п. 0000083426 00000 п. 0000084797 00000 п. 0000085732 00000 п. 0000085803 00000 п. 0000085874 00000 п. 0000086048 00000 п. 0000086985 00000 п. 0000088779 00000 п. 0000088887 00000 п. 00000 00000 п. 00000

00000 п. 00000

00000 п. 00000

00000 п. 0000094014 00000 п. 0000112789 00000 н. 0000129434 00000 н. 0000145838 00000 п. 0000147645 00000 н. 0000177011 00000 н. 0000002087 00000 н. 0000003062 00000 н. трейлер ] >> startxref 0 %% EOF 173 0 объект > endobj 174 0 объект > endobj 247 0 объект > поток Hb``f`Pg`g` \ Ā

Системы тепловых насосов | Министерство энергетики

В климатических условиях с умеренными потребностями в отоплении и охлаждении тепловые насосы являются энергоэффективной альтернативой печам и кондиционерам.Как и ваш холодильник, тепловые насосы используют электричество для переноса тепла из прохладного помещения в теплое, делая прохладное пространство более прохладным, а теплое - теплее. Во время отопительного сезона тепловые насосы перемещают тепло из прохладного помещения в ваш теплый дом, а во время сезона охлаждения тепловые насосы перемещают тепло из прохладного дома в теплое помещение. Поскольку тепловые насосы перемещают тепло, а не генерируют тепло, они могут обеспечить эквивалентное кондиционирование помещения всего за четверть стоимости эксплуатации обычных нагревательных или охлаждающих приборов.

Есть три типа тепловых насосов: воздух-воздух, водоисточник и геотермальный. Они собирают тепло из воздуха, воды или земли за пределами вашего дома и концентрируют его для использования внутри.

Самым распространенным типом теплового насоса является тепловой насос с воздушным источником тепла, который передает тепло между вашим домом и наружным воздухом. Сегодняшний тепловой насос может снизить потребление электроэнергии для отопления примерно на 50% по сравнению с электрическим нагревом сопротивлением, таким как печи и обогреватели для плинтусов. Высокоэффективные тепловые насосы также осушают лучше, чем стандартные центральные кондиционеры, что приводит к меньшему потреблению энергии и большему комфорту охлаждения в летние месяцы.Тепловые насосы с воздушным источником тепла использовались в течение многих лет почти во всех частях Соединенных Штатов, но до недавнего времени они не использовались в регионах, которые испытывали длительные периоды отрицательных температур. Тем не менее, в последние годы технология тепловых насосов с воздушным источником тепла продвинулась вперед, и теперь она предлагает законную альтернативу обогреву помещений в более холодных регионах.

Для домов без воздуховодов тепловые насосы с воздушным источником также доступны в бесканальной версии, называемой мини-сплит-тепловым насосом. Кроме того, особый тип воздушного теплового насоса, называемый «чиллер с обратным циклом», генерирует горячую и холодную воду, а не воздух, что позволяет использовать его с системами лучистого теплого пола в режиме обогрева.

Геотермальные (грунтовые или водные) тепловые насосы достигают более высокой эффективности за счет передачи тепла между вашим домом и землей или близлежащим источником воды. Хотя их установка и стоит дороже, геотермальные тепловые насосы имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку они используют относительно постоянные температуры земли или воды. Геотермальные (или наземные) тепловые насосы имеют несколько основных преимуществ. Они могут снизить потребление энергии на 30% -60%, контролировать влажность, они прочные и надежные и подходят для самых разных домов.Подходит ли вам геотермальный тепловой насос, будет зависеть от размера вашего участка, грунта и ландшафта. Тепловые насосы, работающие на грунтовых или водных источниках питания, могут использоваться в более суровых климатических условиях, чем тепловые насосы с воздушным источником, и удовлетворенность клиентов системами очень высока.

Новым типом теплового насоса для бытовых систем является абсорбционный тепловой насос, также называемый газовым тепловым насосом. Абсорбционные тепловые насосы используют тепло в качестве источника энергии и могут приводиться в действие различными источниками тепла.

Для получения дополнительной информации об этих конкретных типах тепловых насосов перейдите по ссылке:

Тепловые насосы воздух-вода: принципы работы

Последнее изменение: 14 декабря 2020 г.

Общая информация о тепловых насосах воздух-вода

Тепловые насосы «воздух-вода» могут обеспечить эффективное отопление и охлаждение вашего дома, особенно если вы живете в умеренном климате.После правильной установки тепловой насос "воздух-вода" может предложить дому от полутора до трех раз больше тепловой энергии, чем затрачиваемой им электроэнергии. Это может произойти из-за того, что тепловой насос передает тепло, а не преобразует его из какого-либо вида топлива, как это делают обычные системы внутреннего сжигания.

Хотя воздушные тепловые насосы используются в большинстве Соединенных Штатов и Скандинавских стран, они, как правило, не очень хорошо работают при отрицательных температурах. В климате с холодными зимними температурами тепловые насосы воздух-вода могут оказаться неэффективными для удовлетворения всех ваших потребностей в отоплении.Если вам нужно было установить систему газового отопления в качестве резервной, вы можете решить эту проблему. Однако тепловые насосы «воздух-вода», специально разработанные для холодного климата, начали давать многообещающие результаты.

Как работают тепловые насосы воздух-вода?

Полная и современная система теплового насоса обеспечивает эффективное энергосбережение и снижение выбросов углекислого газа. Производство тепла безопасно и экономично благодаря встроенному водонагревателю, погружному нагревателю, циркуляционному насосу и системе климат-контроля во внутреннем блоке.Тепло поступает извне через наружный блок, где хладагент циркулирует в замкнутой системе трубопроводов, передавая тепло от источника к внутреннему блоку. Критерии передачи тепла можно упростить следующим образом:

  1. Наружный блок забирает тепло из окружающего воздуха и передает его охлаждающей жидкости
  2. А Компрессор повышает температуру охлаждающей жидкости
  3. Хладагент передает тепло в резервный бак горячей воды через теплообменник
  4. Горячая вода циркулирует в радиаторах и кранах
  5. Холодная вода перекачивается обратно в бак
  6. Охлаждающая жидкость переходит из бака в наружный блок

Если выполнить описанный выше процесс в обратном порядке, хладагент в наружном блоке будет забирать тепло из воды и выделять его во внешнюю среду, таким образом, тепловой насос может охлаждать дом при необходимости.Узнайте больше о том, как работают воздушные тепловые насосы.

тепловых насосов в Великобритании: типы, цены, поставщики (2020)

Почему тепловые насосы - эффективное решение для вашего дома?

С ростом популярности возобновляемых источников энергии, тепловые насосы стали эффективными альтернативами ископаемому топливу , и они могут значительно сократить ваши счета за коммунальные услуги или, что еще лучше, заставить вас зарабатывать деньги через RHI для тепловых насосов.

Проще говоря, тепловой насос - это устройство , которое передает тепло от источника (например, тепло почвы в саду) в другое место (например, в домашнюю систему горячего водоснабжения).Для этого тепловые насосы, в отличие от бойлеров, потребляют небольшое количество электроэнергии, но они часто достигают КПД 200-600% , поскольку количество производимого тепла заметно превышает потребляемую энергию.

При выборе теплового насоса необходимо учитывать множество факторов, например, местоположение вашего дома и то, хотите ли вы, чтобы они нагревали горячую воду или обеспечивали отопление . Другие аспекты, такие как поставщик теплового насоса и ваш бюджет, также влияют на тип системы: источник воздуха, источник грунта или источник воды.

Если это звучит для вас интересно, но вы чувствуете себя подавленным вариантами, мы будем рады вам помочь. Читайте дальше, чтобы узнать больше о различных типах, или заполните контактную форму выше, и мы предоставим вам до 4 предложений по тепловым насосам, которые лучше всего подходят для вашего дома. Эта услуга бесплатно и без каких-либо обязательств .

Расходы на тепловой насос и финансовые выгоды в Великобритании

Тепловые насосы - это не дешевое вложение для вашего дома в краткосрочной перспективе, но они имеют множество долгосрочных преимуществ.Эксплуатационные расходы тепловых насосов довольно низкие , особенно по сравнению с различными электрическими, масляными и газовыми котлами.

Более того, вы не только месяц за месяцем экономите на счетах за электроэнергию, но и такие устойчивые решения также получают финансовую поддержку со стороны правительства Великобритании. Если вы подадите заявку на так называемую программу Renewable Heat Incentive (RHI), вам будут платить за каждую единицу энергии, произведенной в общей сложности в течение 7 лет.

Ваш выбор теплового насоса зависит не только от вашей собственности, но и от вашего бюджета может также повлиять на ваше решение.Некоторые типы дешевле, чем другие, и выплаты RHI также различаются, как показано в таблице ниже.

Стоимость и платежи RHI для различных типов тепловых насосов
Тип Ценовой диапазон Платежи RHI * (за кВтч)
Тепловой насос наземного источника 20 000–40 000 фунтов стерлингов 20.89p
Воздушный тепловой насос 8 000–18 000 фунтов стерлингов 10.71p
Водяной тепловой насос 20 000–32 000 фунтов стерлингов 20.89p

* Указанные тарифы RHI определены Ofgem на период с 1 апреля 2019 г. по 31 марта 2020 г.

Заявление об ограничении ответственности: указанные выше диапазоны цен являются отражением объективных исследований, проведенных нашими поставщиками тепловых насосов. GreenMatch не может гарантировать, что это самые низкие цены, которые вы можете найти. Однако мы уверены, что вы получите удовольствие от покупки с помощью наших надежных сертифицированных установщиков тепловых насосов.

Какие плюсы и минусы тепловых насосов?

Тепловые насосы бесплатно извлекают тепло из почвы, окружающего воздуха или водоема. Затем это тепло передается для домашнего использования с помощью электрического компрессора. Однако этот компрессор потребляет значительно меньше энергии , чем бойлер. В результате тепловой насос обеспечивает почти бесплатное отопление вашего дома.

Преимущества

Хотя тепловые насосы могут быть значительными инвестициями для многих домохозяйств, их преимущества многочисленны:

  • Правительство помогает домовладельцам, которые хотели бы использовать экологически безопасное решение для отопления, с помощью программы Renewable Heat Incentive (RHI), в рамках которой вы можете иметь право на получение оплаты за каждый кВтч произведенной энергии.
  • Благодаря низким эксплуатационным расходам вы можете сэкономить до 1350 фунтов стерлингов в год с тепловыми насосами по сравнению с традиционными вариантами отопления. Следовательно, через годы ваши вложения возвращаются, и вы начинаете зарабатывать деньги.
  • Они требуют минимального обслуживания : все, что необходимо, - это ежегодный осмотр, который также может быть выполнен вами, и осмотр сертифицированным специалистом каждые 3-5 лет.
  • Срок службы тепловых насосов составляет в среднем от от 14 до 15 лет .Однако качественные устройства могут прослужить до 50 лет.
  • Они не только лучше для окружающей среды благодаря низкому энергопотреблению, но и делают ваш дом безопаснее , устраняя необходимость в газовых трубах и резервуарах для масла.
  • И последнее, но не менее важное: многие тепловые насосы способны обратить вспять процесс сбора тепла, таким образом обеспечивает охлаждение для вашего дома летом.

Недостатки

Однако тепловые насосы имеют и недостатки:

  • Авансовые расходы довольно высоки.Однако вы должны рассматривать это как вложение: благодаря низким эксплуатационным расходам и RHI тепловые насосы легко рентабельны в долгосрочной перспективе.
  • Их может быть сложно установить. - особенно грунтовые тепловые насосы, установка которых зависит от местной геологии, и ваш сад становится строительной площадкой.
  • Тепловые насосы являются наиболее эффективными при использовании в сочетании с напольным отоплением или, альтернативно, с большими радиаторами.Если в вашем доме старая система радиаторов, замена излучателей тепла может оказаться дорогостоящей.
  • Хладагент , используемый в трубопроводной системе, также вызывает озабоченность по поводу окружающей среды. Однако в обычных условиях специальная жидкость никогда не должна выходить из трубопровода.

Какие существуют типы тепловых насосов?

Существуют различные типы в зависимости от источника тепла и использования тепла в вашем доме.Хотя в Великобритании все типы тепловых насосов стоят инвестиций, ваш выбор зависит от двух вещей:

  1. Если вы хотите, чтобы тепло было извлечено из почвы (что требует выкопки вашего сада для прокладки труб под ним), из окружающего воздуха (для которого требуется мало места, но вентилятор будет постоянно выделять небольшое количество шума), или из водоема (если он есть рядом с домом).
  2. Если вы хотите, чтобы тепло использовалось для бытового потребления горячего водоснабжения и обычного отопления с использованием радиаторов или полов, или вы предпочитаете отопление дома с помощью вентиляции нагретым воздухом (аналогично тому, как кондиционер охлаждает комнату ).

Когда источником тепла является почва, мы говорим о тепловых насосах , работающих на земле, . Точно так же те, которые используют окружающий воздух или водоем, называются тепловыми насосами , источник воздуха, и , источник воды, , соответственно. Эти общие термины затем могут быть разбиты в зависимости от области применения.

Подробнее о конкретных типах тепловых насосов см. Ниже:

Земляные или геотермальные тепловые насосы в большинстве случаев используются для нагрева воды.С помощью дополнительных элементов системы можно использовать вентиляцию с подогревом воздуха с геотермальными системами, но гораздо чаще ее используют для обычных радиаторов и полов с подогревом.

Тепловые насосы как воздушного, так и водяного источников можно использовать для нагрева воды, а также воздуха в помещении в вашем доме. При использовании для нагрева воды мы имеем в виду тепловые насосы «воздух-вода» , и тепловые насосы «вода-вода». Системы водяного отопления и воздушного отопления называются тепловыми насосами типа "жидкость-воздух", которые являются своего рода специализированной продукцией.Вентиляция горячим воздухом обычно обеспечивается тепловыми насосами воздух-воздух . Последний также можно поменять местами и использовать для охлаждения вашего дома, однако он не соответствует требованиям RHI.

Что такое наземный тепловой насос?

Существует множество систем геотермальных тепловых насосов (GSHP). GSHP можно подразделить на вертикальных и горизонтальных систем и открытых и закрытых -петлевых систем. Различные варианты влияют на цены на геотермальные тепловые насосы.

Разомкнутые системы

Несмотря на то, что системы с открытым контуром называются тепловыми насосами с грунтовым источником, они перекачивают грунтовые воды из глубины почвы, а затем, забирая из них тепло, воду перекачивают обратно. Такая система имеет более высокие эксплуатационные расходы, так как вам необходимо убедиться, что вода не пострадала, и необходимо соблюдать правила использования таких природных источников воды.

Системы с обратной связью

Системы тепловых насосов с замкнутым контуром и заземлением гораздо более распространены в Великобритании.Эти системы обеспечивают циркуляцию антифриза через закрытую пластмассовую полимерную трубку, закопанную в почву.

  • Вертикальные наземные тепловые насосы: Для такой системы требуется несколько отверстий, которые необходимо просверлить в земле на расстоянии 5 метров друг от друга. Каждая яма имеет глубину 15–120 метров. На большей глубине температура значительно повышается, согревая незамерзающую жидкость. Затем эта жидкость возвращается через выходное отверстие, где нагревает хладагент, который остается в доме во второй системе.Главный недостаток системы - большие начальные вложения.

  • Горизонтальные грунтовые тепловые насосы: Этот тип GSHP менее затратен, чем вертикальная система, так как он менее сложен. Чтобы установить горизонтальную геотермальную систему, земля должна быть выкопана чуть ниже линии промерзания . Затем спиральные трубы укладываются в землю, образуя спирали. Через систему проходит жидкость, которая нагревает хладагент во второй системе труб.Хотя эта система более доступна по цене, она требует больше места в саду и подвержена сезонным изменениям из-за меньшей глубины установки системы.

Радиальное или направленное бурение

Система с радиальным или направленным бурением - отличный вариант, когда невозможно изменить форму собственности. В этой системе GSHP небольшие отверстия просверливаются в земле под углом , чтобы вставить трубы. Радиальное или направленное бурение позволяет установить систему GSHP без необходимости сносить сады, дворы, здания и т. Д.Стоимость системы находится где-то посередине между вертикальной и горизонтальной системами.

Что такое воздушный тепловой насос?

Воздушные тепловые насосы (ASHP) используют принципы сжатия пара для выработки тепла . Они используют наружный воздух для обогрева вашего дома. ASHP состоят из 4 основных элементов, которые позволяют хладагенту переходить из жидкой формы в газ: компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель.

Когда хладагент проходит через систему, он поглощает тепло из наружного воздуха.Затем компрессор увеличивает нагрев за счет увеличения давления . В конденсаторе это тепло с более высокой температурой передается в контуры отопления и горячего водоснабжения вашего дома. После этого среднетемпературная жидкость поступает в расширительный клапан, где при сбросе давления ее температура также падает. Наконец, охлажденная жидкость возвращается, чтобы поглотить больше тепла из воздуха и повторить процесс.

ASHP могут использоваться для нагрева воды для бытовых нужд, радиаторов и теплых полов.Такие системы называются тепловыми насосами воздух-вода (A2W). Если внезапно потребуется большое количество горячей воды, они также оснащены электрическим резистивным нагревательным элементом, который будет подавать дополнительную нагретую воду (однако с более низким КПД).

В качестве альтернативы можно использовать системы источника воздуха для нагрева и охлаждения воздуха в помещении с использованием тепловых насосов воздух-воздух (A2A). Они работают аналогично кондиционерам, но могут эффективно обогревать и охлаждать дом, что добавляет к списку преимуществ систем воздух-воздух.

Что такое водяной тепловой насос?

Тепловые насосы с водным источником (WSHP) извлекают энергию из поверхностных вод . Хотя WSHP действительно эффективны, не все дома имеют поблизости достаточно большой водоем.

Разомкнутые системы

Система WSHP с открытым контуром развертывается в колодце или пруду. вода из пруда перекачивается по трубам; как только тепло воды распространяется по системе и поглощается, оно возвращается обратно в пруд или пополняет колодец.

Системы с обратной связью

WSHP с замкнутым контуром может рассматривать любой, кто живет рядом с большим водоемом. Вода должна быть не менее 8 футов глубиной, чтобы избежать замерзания. WSHP с замкнутым контуром работают аналогично GSHP: специальная жидкость перекачивается через систему труб , проложенную в воде , которая забирает тепло воды и передает его компрессору для выработки полезного тепла. Системы с замкнутым контуром являются одним из наиболее эффективных вариантов, позволяющих снизить затраты на тепловые насосы, использующие воду.

Факторы, которые следует учитывать при покупке теплового насоса

Государственные программы стимулирования

Правительство Великобритании предоставляет две отдельные программы для поддержки установки устойчивых систем отопления:

  • Поощрение за счет возобновляемых источников тепла (RHI), которое открыто для домовладельцев, социальных арендодателей, частных арендодателей и застройщиков с тарифами, представленными в таблице выше.
  • Поощрение за счет возобновляемых источников тепла вне дома , открытое для государственного сектора, организаций и предприятий.

Что касается внутренних тарифов RHI, эти льготы гарантируют определенные цены на тепло , произведенное в течение 7 лет после подачи заявки. Для небытовой схемы RHI выгоды сильно различаются, что, следовательно, должно быть предметом обширных исследований для каждого отдельного случая.

Гарантийные сроки тепловых насосов

Системы с тепловым насосом обычно имеют гарантию от 2 до 3 лет , но также можно приобрести расширенную гарантию.Например, гарантия на качество изготовления системы обычно составляет около 10 лет. Так называемые национальные гарантии качества также обеспечивают различные виды защиты. Кроме того, производители и установщики могут дополнительно предлагать различные виды дополнительных гарантий.

Разрешения на проектирование тепловых насосов

Поскольку тепловые насосы обычно относятся к категории благоприятных возобновляемых источников энергии, часто нет необходимости в разрешениях на планирование. Однако из этого правила есть некоторые исключения.

Разрешения для GSHP

Если вы живете в заповедной зоне или в здании, внесенном в список памятников архитектуры, обратитесь в местный совет, чтобы убедиться, что все требования выполнены, перед установкой GSHP.

Разрешения для ASHP

Существуют разные правила для ASHP в Англии, Уэльсе и Шотландии.

Правила для Англии

  • Тепловой насос должен быть построен в соответствии со стандартами планирования MCS.
  • Любые дополнительные АШЭС, ветряки и т. Д.на собственности требуется дополнительное разрешение на строительство.
  • Устройство должно находиться на расстоянии более 1 метра от границы собственности.
  • Устройство нельзя устанавливать на скатной крыше. Также он не должен находиться у края плоской крыши.
  • Заповедники, объекты всемирного наследия и т. Д. Требуют соблюдения дополнительных критериев. Свяжитесь с вашим местным советом для получения дополнительной информации.

Правила для Шотландии

  • На одном участке земли допускается использование только одного теплового насоса.
  • Устройство должно находиться на расстоянии не менее 100 метров от любого другого жилища.
  • Если планируется построить в заповедной зоне, устройство не должно быть видно с дороги.
  • Он не может быть построен на объекте всемирного наследия или памятнике архитектуры.

Правила для Уэльса

  • Все установки теплового насоса с воздушным источником требуют разрешения на проектирование.
Разрешения для WSHP

WSHP замкнутого цикла обычно не требуют разрешения на строительство, если вы не живете в заповедной зоне.

Поскольку система с открытым контуром изменяет естественную температуру воды, а тепловые шлейфы влияют на бактериологию и гидрохимию водоема, в зависимости от типа системы могут потребоваться лицензии для отвода поверхностных или грунтовых вод, которые можно получить из Управление по охране окружающей среды .

Техническое обслуживание тепловых насосов

Срок службы теплового насоса составляет приблизительно 15 лет или более. При правильном уходе их срок службы может быть продлен до 50 лет.Они действительно требуют регулярного обслуживания: раз в год вы должны самостоятельно проверять некоторые детали системы, а профессиональный установщик должен проверять систему каждые 3-5 лет. После проверки установщик должен оставить письменные сведения о состоянии системы и любые указания на возможные проблемы в будущем.

По данным Ассоциации наземных тепловых насосов, требования к техническому обслуживанию довольно низкие, , поскольку нет необходимости в критических проверках безопасности. Обычно перед запуском системы необходимо проверять сам насос, внешние трубы, а также электронику и детали арматуры.

Найдите лучших поставщиков тепловых насосов в Великобритании

Тепловые насосы, будь то наземные, воздушные или водные, предоставляют отличные возможности для модернизации вашего дома, поскольку они не только обеспечивают вам солидную окупаемость инвестиций, но также улучшают качество и ценность вашего дома.

Если чтение этого материала вызвало у вас интерес к тепловым насосам, заполните форму вверху страницы и получите до 4 индивидуальных предложений от наших надежных поставщиков в Великобритании, сэкономив вам часы на исследования.Эта услуга абсолютно бесплатна и без каких-либо обязательств.

Написано Аттила Тамас Векони UX-менеджер Аттила - UX-менеджер в GreenMatch. Он имеет степень в области международного бизнеса с четырехлетним опытом координации в области маркетинга, взаимодействия с пользователем и создания контента. Аттила любит писать о солнечной энергии, технологиях отопления, защите окружающей среды и экологичности.Статьи его и его команды появлялись на таких известных сайтах, как The Conversation, Earth911, EcoWatch и Gizmodo.

стратегий повышения энергоэффективности центробежных насосов

стратегий повышения энергоэффективности центробежных насосов | IntechOpen

Открытая рецензируемая глава

Автор Trinath Sahoo

Отправлено: 2 февраля 2011 г. Рецензировано: 18 октября 2011 г. Опубликовано: 24 февраля 2012 г.

DOI: 10.5772 / 25870

Информация о главе и авторе

Автор

  • *
    • M / S Indian Oil Corporation ltd., НПЗ Матхура, Индия

    * Всю корреспонденцию направляйте по адресу:

    DOI: 10.5772 / 25870

    Из отредактированного тома

    Центробежные насосы

    Под редакцией Димитриса Папантониса

    Показать +

    1. Введение

    На приведенной ниже круговой диаграмме LCC типичного промышленного насоса за 20-летний период в основном состоит из затрат на техническое обслуживание и энергию.

    Рисунок 1.

    Стоимость жизненного цикла центробежного насоса.

    Стоимость энергии является самой высокой из общей стоимости владения насосом.Центробежные насосы потребляют, в зависимости от отрасли, от 25 до 60% энергии электродвигателя завода.

    ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ЭНЕРГИЯ НАСОСА
    (% от общей энергии двигателя)
    Нефть 59%
    Целлюлозно-бумажная промышленность 31%

    Таблица 1.

    Доля общей автомобильной энергии в различных отраслях.

    Однако правильное соответствие характеристик насоса и требований системы во многих случаях может снизить затраты на электроэнергию насоса в среднем на 20 процентов.Процесс выбора правильной насосной технологии для применения на объектах должен выходить далеко за рамки первоначальных затрат, но во многих случаях это не так. Такой близорукий подход может создать серьезные долгосрочные проблемы для организаций.

    В обрабатывающих отраслях закупочная цена центробежного насоса часто составляет 5–10% от общей стоимости владения. Обычно, учитывая текущую практику проектирования, стоимость жизненного цикла (LCC) насосной системы мощностью 100 лошадиных сил, включая затраты на установку, эксплуатацию, техническое обслуживание и вывод из эксплуатации, будет более чем в 20 раз превышать первоначальную закупочную цену.На рынке, где затраты неумолимы, оптимизация эффективности насосов становится все более важной задачей.

    После установки насоса его эффективность в основном определяется условиями процесса. Основные факторы, влияющие на производительность, включают эффективность насоса и компонентов системы, общий дизайн системы, эффективное управление насосом и соответствующие циклы технического обслуживания. Для достижения эффективности, обеспечиваемой механическим проектированием, производители насосов должны тесно сотрудничать с конечными пользователями и инженерами-проектировщиками, чтобы учесть все эти факторы при выборе насосов.

    Анализ различных потерь, возникающих при работе насоса: -

    1. Потери от механического трения между неподвижной и вращающейся частями: -

    Основными компонентами являются: -

    • Внешние подшипники скольжения, шариковые или роликовые опорные.

    • Подшипники внутренней скольжения.

    • Подшипники упорные.

    • Сальник, шейная втулка и уплотнительные кольца.

    Доля общих механических потерь, вносимых каждым из них, будет зависеть от типа и состояния насоса.Правильная смазка подшипников и сальников снижает потери на трение.

    2. Потери на трение диска между жидкостью и внешними вращающимися поверхностями дисков ротора: -

    В принципе, речь идет о всех тех вращающихся поверхностях насоса, которые контактируют с жидкостью, которые фактически не участвуют в управлении. жидкость. Такими элементами являются: -

    • Внешние грани дисков или кожуха ротора.

    • Внешний край кожуха.

    • Кромки уплотнительных колец.

    • Вся поверхность сбалансированных дисков.

    Путем измерения мощности, необходимой для привода диска в различных условиях, оказалось, что эта потеря мощности зависит от скорости вращения, диаметра диска, шероховатости сторон дисков и внутренних стенок корпуса, плотности и вязкости. жидкости и осевого зазора между диском и корпусом.

    Осевой зазор влияет на потерю мощности.Любой элемент жидкости, соприкасающийся с вращающимся диском, будет волочен за ним, по крайней мере, на короткое расстояние, и во время этого движения элемент обязательно будет подвергаться центробежной силе. Это заставит его выскользнуть наружу. Другие элементы из основного корпуса жидкости будут вытекать, чтобы заменить исходный, и, следовательно, будет создан дополнительный вид потока, как показано на рис. . ниже .

    Рис. 2.

    Диаграмма, показывающая области, подверженные потерям на трение диска и т. Д.

    То есть импульс трения в очень малом масштабе создает эффект накачки, который прямая тяга лопастей рабочего колеса создает в эффективном масштабе.

    Но кажется вероятным, что в пространстве между диском и корпусом осевое расстояние l a будет влиять как на радиальную, так и на тангенциальную составляющие скорости. Если это расстояние велико, относительно большие количества жидкости могут легко вовлечься во вторичную циркуляцию и тем самым отобрать энергию у диска.Но если расстояние небольшое, энергии должно быть меньше.

    Приведенное выше исследование показывает, что в сравнимых условиях и увеличение осевого зазора вызывает увеличение потерь мощности.

    Следовательно, его можно минимизировать, используя как можно меньший осевой зазор для повышения эффективности.

    3. Потери мощности утечки: -

    Утечка жидкости удаляется из основного потока в нескольких точках, каждая при разном давлении. Утечка может произойти не только в уплотнительных кольцах, но и в других местах: -

    • Через фонарные кольца сальникового уплотнения с жидкостным уплотнением.

    • Мимо балансирного диска многоступенчатых насосов.

    • За втулки шейки в диафрагме многоступенчатых насосов.

    • Прошлое основных сальников / торцевых уплотнений в отходы.

    В обычных насосах можно измерить только утечку через балансировочные диски многоступенчатых насосов, а напор в точках утечки достаточно хорошо известен. Утечку через сальники / торцевые уплотнения можно уменьшить, время от времени устраняя эти утечки.

    4. Гидравлические потери мощности: -

    , если мы рассчитали значения механических потерь P b , потерь на трение диска P d и потерь на утечку P l , то мы можем утверждать, что остаточная энергия P s - P b –P d –P l должен полностью передаваться в основной поток жидкости, протекающей через насос. Ему больше некуда деваться. Но это совсем не то же самое, что сказать, что жидкость получает соответствующее приращение чистой энергии во время прохождения от всасывающего фланца к нагнетательному фланцу.Разница между двумя величинами - это то, что мы называем гидравлической потерей мощности (P h ), ее можно рассчитать таким образом.

    Энергия En передается жидкости и используется для передачи тангенциального ускорения жидким элементам.

    Удельный вес жидкости будет получать (V n V 2 / г) единиц энергии, так как W единиц жидкости, эффективно протекающих в секунду, следует, что

    (W / K p ) * (V n V 2 ) / g = P s - P b - P d - P l = P w + P h

    где V n - фактическое завихрение компонента, V 2 - тангенциальная скорость жидкости, а k p - энергия в секунду, соответствующая одной лошадиной силы.Теперь приращение чистой энергии на единицу веса жидкости представлено He, а полученная полезная мощность W.H.P или P w равна WH e / K p .

    Следовательно, гидравлические потери мощности Ph можно записать

    P h = (W / K p ) * {(V n V 2 / g) -H e }

    И гидравлический КПД

    η = [H e / (V n V 2 / g)] = P w / (P w + P h )

    Потери при уменьшенном и увеличенном расходе condition

    Исследование треугольника скорости на входе показывает, что теперь необходимо учитывать дополнительные потери энергии в условиях увеличения или уменьшения потока.

    а. В роторе:

    Если концы лопастей были сделаны касательными к расчетной относительной скорости vr1 на входе, они не могут в то же время быть касательными к измененным скоростям vr1c или vr1d. Из-за этого могут образовываться водовороты.

    Рисунок 3.

    Диаграммы нормальной и искаженной скорости на входе.

    Когда состояние потока ниже нормы, может иметь место тенденция к тому, что поток жидкости в каждом из каналов рабочего колеса концентрируется около передней части лопастей, оставляя более или менее мертвое пространство возле задней части лопаток, что в что касается эффективного поступательного движения, но и его способности тратить энергию.

    г. В рекуператоре: -

    При уменьшении напора насоса возникнут дополнительные потери энергии. Хотя скорость жидкости, покидающей рабочее колесо и попадающей в спиральную камеру, выше нормы, средняя скорость в самой спиральной камере должна быть ниже нормы. Таким образом, основное условие максимальной эффективности преобразования энергии больше не может применяться.

    Рисунок 4.

    Диаграммы идеальной скорости на выходе для пониженного, нормального и повышенного расхода в крыльчатке центробежного насоса.

    Если теперь напор насоса значительно выше нормы, то вектор абсолютной скорости (рис. 1) принимает аномальный наклон. У спирального язычка может произойти очень серьезное сжатие основного потока жидкости (рис. 2) с соответствующими потерями энергии.

    Что касается рекуператора с направляющей лопаткой или диффузором (рисунок 5), показывает, что аномально более высокие скорости потока снова нарушат необходимое соответствие между наклоном лопасти и наклоном вектора скорости. Здесь также увеличено рассеяние энергии

    Рисунок 5.

    Как указано в тексте.

    2. Работа при высоких расходах

    Подавляющее большинство насосных систем работают далеко от точки максимальной эффективности (BEP). По причинам, варьирующимся от недальновидного или чрезмерно консервативного проектирования, спецификации и закупок до десятилетий постепенных изменений условий эксплуатации, большинство насосов, трубопроводов и регулирующих клапанов слишком велики или слишком малы. В ожидании роста нагрузки в будущем конечный пользователь, поставщик и инженеры-конструкторы обычно добавляют от 10 до 50% «запаса прочности», чтобы гарантировать, что насос и двигатель могут выдержать ожидаемое увеличение производительности.

    В этих обстоятельствах кривая напора пересекает кривую напора системы при пропускной способности, намного превышающей требуемый расход с использованием избыточной мощности. Конечно, насос можно дросселировать до требуемой производительности и немного снизить мощность. Но если насос работает неконтролируемо, он всегда будет работать с избыточным расходом. если не будет обеспечен достаточный NPSH, насос может пострадать от кавитационного повреждения, и потребление энергии будет чрезмерным. Значительная экономия энергии может быть достигнута, если во время выбора условий эксплуатации будут приняты разумные ограничения, чтобы избежать использования чрезмерных запасов безопасности для получения номинальное рабочее состояние.Но в существующей установке, если насосы имеют чрезмерные запасы, доступны следующие варианты.

    1. Существующее рабочее колесо можно обрезать для выполнения условий обслуживания, необходимых для установки.

    2. Запасное рабочее колесо необходимого уменьшенного диаметра можно заказать у производителя насоса.

    3. В некоторых случаях для одного и того же насоса могут быть доступны две отдельные конструкции крыльчатки, одна из которых имеет меньшую ширину, чем изначально поставляемая.Более узкая замена будет иметь лучшую эффективность при меньшей производительности, чем рабочее колесо нормальной ширины.

    2.1. Влияние скорости и ее регулирование

    Скорость центробежного насоса оказывает заметное влияние на различные потери, происходящие в насосе, и, следовательно, это также один из важных факторов, которым можно управлять для повышения эффективности.

    2.2. Влияние скорости на различные потери

    Механические потери: В насосе корреляция между скоростью N и механической потерей мощности P b будет

    P b = K 1 .N m

    Значение m находится в диапазоне от 1 до 2, в зависимости от типа подшипника и сальника.

    Входная мощность зависит от скорости вращения.

    P s = K 2 . N 3

    Таким образом, относительные механические потери = P b / P s = K 1 . Н м / К 2 . N 3

    Потери на трение диска: Для данного насоса, использующего жидкость, соотношение между скоростью и потерями мощности может быть выражено как

    P d = K 3 .N 2,85

    Относительные потери на трение диска = P d / P s = K 3 . N 2,85 // K 2 . N 3

    Показывает, что величина относительных потерь на трение диска увеличивается с уменьшением скорости.

    Утечка: Относительные потери на утечку не зависят от скорости насоса. Утечка имеет место. Похоже, что относительные потери мощности утечки немного увеличатся при падении скорости насоса.

    Гидравлические потери мощности: Поскольку жидкость течет со скоростью Q через канал насоса, она испытывает потери энергииu, состоящие из потерь на трение и вихревых потерь.

    Потери гидравлической мощности обозначены как

    P h = K 11 . N 2,95

    Сравнивая это с входной мощностью

    ∆n = K 11 . N 2,95 / K 2. N 3

    Следовательно, величина относительных потерь мощности возрастает при падении скорости насоса.

    Такие потери можно свести к минимуму, используя надлежащий механизм регулирования скорости.

    Регулировка скорости - это опция, которая может поддерживать эффективную работу насосов в широком диапазоне потоков. В центробежных насосах скорость линейно связана с расходом, но имеет кубическую зависимость от мощности. Например, замедление насоса с 1800 до 1200 об / мин приводит к снижению потока на 33% и мощности на 70%. Это также снижает нагрузку на систему.

    В насосах есть два типа управления скоростью: многоскоростные двигатели и приводы с регулируемой скоростью.Многоскоростные двигатели имеют дискретные скорости (например, высокую, среднюю и низкую). Приводы с регулируемой скоростью обеспечивают регулирование скорости в непрерывном диапазоне. Самый распространенный тип - это частотно-регулируемый привод (VFD), который регулирует частоту электроэнергии, подаваемой на двигатель. ЧРП широко используются из-за их способности автоматически регулировать скорость насоса в соответствии с требованиями системы. Однако для систем, в которых статический напор представляет собой большую часть общего напора, частотно-регулируемый привод может быть не в состоянии удовлетворить потребности системы.

    3. Приводы с регулируемой скоростью

    Избыточный размер насоса приводит к тому, что насос работает в крайнем левом положении от точки наилучшего КПД (BEP) на кривой напор-производительность. Приводы с регулируемой скоростью, предполагающие систему с низким статическим напором, позволяют насосу работать с максимальной эффективностью (BEP) при любом напоре или расходе. Кроме того, привод можно запрограммировать так, чтобы он защищал насос от механических повреждений при удалении от BEP, тем самым повышая механическую надежность. Кроме того, чрезмерное дросселирование клапана обходится дорого и не только способствует увеличению затрат на электроэнергию и техническое обслуживание, но также может значительно ухудшить характеристики контура управления.Использование дроссельного регулирующего клапана, открытого менее чем на 50%, на выходе насоса может ускорить износ компонентов, тем самым замедляя реакцию клапана.

    ЧРП

    позволяют насосам работать на более низких скоростях, что дополнительно способствует повышению надежности насоса и значительному увеличению средней наработки на отказ (MTBF).

    4. Влияние удельной скорости

    Чем выше удельная скорость, выбранная для данного набора рабочих условий, тем выше эффективность насоса и, следовательно, ниже потребление энергии.Исключая другие соображения, следует стремиться к выбору более высокой удельной скорости с точки зрения энергосбережения.

    4.1. Зазор

    Хорошее компенсационное кольцо с правильным зазором повышает надежность насоса и снижает потребление энергии. Также необходимо поддерживать правильный зазор между рабочим колесом и спиральной частью или задней пластиной. Эффективность насоса снижается со временем из-за износа. Хорошо спроектированный насос обычно имеет диаметральный зазор от 0,2 до 0,4%. однако пока он остается ниже 0.От 6 до 0,8% его влияние на эффективность остается незначительным. Когда зазор начинает увеличиваться выше этих значений, эффективность начинает резко падать. При равных условиях эксплуатации скорость износа зависит в первую очередь от конструкции и материала компенсационного кольца. Как правило, для неагрессивных жидкостей износостойкость увеличивается с увеличением твердости материала уплотнительной поверхности.

    Если насос имеет удельную скорость 2500, потеря утечки в новом насосе будет около 1%. Таким образом, когда внутренние зазоры увеличатся до такой степени, что утечка увеличится вдвое, мы сможем восстановить примерно 1% экономии энергии, восстановив зазор насоса.Но если мы имеем дело с насосом с удельной скоростью 750, он будет иметь потери на утечку около 5%. Если зазоры восстанавливаются после того, как насос изношен до такой степени, что его потери от утечки удвоились, мы можем рассчитывать на 5% экономии энергии.

    4.2. Изменение шероховатости поверхности

    В зависимости от материала конструкции и свойств перекачиваемой жидкости шероховатость пути потока также может изменяться со временем. В некоторых случаях каналы могут стать гладкими, а в других - шероховатыми.Оба эти изменения могут существенно повлиять на производительность насоса. Увеличение шероховатости обсадной колонны обычно снижает как общий напор, так и КПД.

    4.3. Изменение размера пути потока

    Размер пути потока насоса может измениться со временем из-за истирания или эрозии, которые обычно увеличивают размер каналов, или накипи, ржавчины или отложений, которые обычно уменьшают размер каналов. Последнее особенно часто встречается в насосах, работающих с перебоями.

    4.4. Используйте один насос вместо двух

    Многие установки оснащены двумя насосами, работающими параллельно, для обеспечения необходимого расхода при полной нагрузке. Слишком часто оба насоса остаются в рабочем состоянии, даже когда потребность падает до точки, когда нагрузку может выдерживать один насос. Количество энергии, потраченной впустую при работе двух насосов с половинной нагрузкой, когда один насос может соответствовать этому условию, является значительным.

    Если мы хотим уменьшить расход до половины нагрузки и при этом поддерживать оба насоса в рабочем состоянии, необходимо будет дросселировать выпуск насоса и создать новую кривую напора системы.В этих условиях каждый насос будет обеспечивать 50% номинальной производительности при 117% номинальном напоре, большую часть которого придется дросселировать. Каждый насос потребляет 72,5% от номинальной потребляемой мощности. Таким образом, общая потребляемая мощность двух насосов из двух насосов, работающих в режиме половинной нагрузки, составила бы 145% от потребляемой мощности, если бы один насос оставался на линии.

    5. Вязкость жидкости

    Вязкость жидкости влияет на производительность насоса. Это связано с тем, что две из основных потерь в центробежном насосе вызваны трением жидкости и трением диска.Эти потери меняются в зависимости от вязкости перекачиваемой жидкости, так что как выходная мощность напора, так и механическая мощность отличаются от исходных значений. По мере увеличения вязкости жидкости напор, создаваемый насосом, уменьшается, и эффективность снижается. Таким образом, в перерабатывающей промышленности требуется поддерживать хорошую изоляцию и парообразование на всасывающей линии насоса.

    5.1. Эффект кавитации

    Из-за кавитации образуются пузырьки пара, которые изменяют распределение скорости, а также распределение давления в канале ротора.Воздействие пузырьков давления пара практически снижает плотность жидкости; то есть насос ведет себя так, как если бы через него протекала другая жидкость меньшей плотности. Поскольку средняя скорость жидкой смеси теперь выше (так как вес в секунду не изменился), диаграмма выходных скоростей имеет тенденцию принимать искаженную форму и понижать общий напор. Падение плотности снижает создаваемое давление.

    Из-за кавитации будет потеря энергии.

    5.2. Эффект изменения плотности

    Насос развивает одинаковый напор жидкости в метрах независимо от удельного веса.Насос подает одинаковое количество по объему независимо от удельного веса, но количество по весу будет пропорционально удельному весу. Входная мощность и выходная мощность для данного объемного разряда изменяются пропорционально плотности.

    Если вода нагревается, плотность меняется. В паровых котлах высокого давления снижение плотности воды может составлять 15 процентов и более. Если заданный вес воды в секунду должен сбрасываться против заданного давления, выходная мощность будет увеличиваться с увеличением температуры воды.

    5.2.1. Подбор насоса

    Выбор центробежного насоса может быть сложной задачей, поскольку эти насосы создают разный объем потока при разном давлении. У каждого центробежного насоса есть «точка максимальной эффективности» (BEP). В идеале, при нормальных условиях эксплуатации, требуемый расход должен совпадать с BEP насоса.

    Сложность, связанная с выбором насоса, часто приводит к тому, что размер насоса не подходит для его применения. Выбор слишком большого или слишком маленького насоса может снизить производительность системы.Недостаточный размер насоса может привести к недостаточному потоку и несоответствию требованиям системы. Насос увеличенного размера, обеспечивая достаточный поток, может привести к другим негативным последствиям; более высокие закупочные затраты на сборку насоса и двигателя; более высокие затраты на электроэнергию, потому что насосы увеличенного размера работают менее эффективно; и более высокие требования к техническому обслуживанию, поскольку по мере того, как насосы работают дальше от своей НПБ, они испытывают большую нагрузку; По иронии судьбы, многие насосы увеличенного размера закупаются с целью повышения надежности системы.

    К сожалению, консервативные методы часто отдают предпочтение начальной производительности над затратами жизненного цикла системы. В результате выбираются насосы большего размера, чем необходимо, в результате чего системы не работают оптимально. Повышение осведомленности о расходах при выборе насосов увеличенного размера должно препятствовать этой тенденции.

    5.2.2. Переменные нагрузки

    В системах с сильно изменяющимися нагрузками насосы, рассчитанные на работу с наибольшими нагрузками, могут иметь большие размеры для нормальных рабочих нагрузок.В этих случаях использование нескольких насосов, многоскоростных двигателей или приводов с регулируемой скоростью часто улучшает производительность системы во всем диапазоне рабочих условий.

    Чтобы справиться с большими колебаниями расхода, несколько насосов часто используются в параллельной конфигурации. Такое расположение позволяет включать и отключать насосы в соответствии с потребностями системы. Один из способов параллельного подключения насосов - использование двух или более насосов одного типа. В качестве альтернативы, насосы с разными скоростями потока могут быть установлены параллельно и сконфигурированы таким образом, чтобы маленький насос, часто называемый «пони-насос», работал в нормальных условиях, тогда как больший насос работал в периоды высокой нагрузки.

    5.3. Клапаны и фитинги

    Органы управления насосной системой должны быть оценены для определения наиболее экономичного метода управления. Клапаны с большими потерями напора, такие как шаровые краны, обычно используются для целей управления. Однако при использовании клапанов этого типа возникают значительные потери, даже когда они полностью открыты. Если оценка показывает, что необходим регулирующий клапан, выберите тип, который сводит к минимуму перепад давления на клапане. Неэффективность регулирующего клапана насосной системы в производственных процессах открывает возможности для экономии энергии и снижения затрат на техническое обслуживание.Клапаны, которые потребляют значительную часть общего перепада давления в системе или имеют чрезмерное дросселирование, могут быть возможностями для экономии энергии. Падение давления или потери напора в жидкостных насосных системах увеличивают потребность этих систем в энергии. Падение давления вызывается сопротивлением или трением в трубопроводах и изгибах, коленях или соединениях, а также дросселированием регулирующих клапанов. Мощность, необходимая для преодоления перепада давления, пропорциональна как скорости потока жидкости (выраженной в галлонах в минуту [gpm]), так и величине падения давления (выраженной в футах напора).Потери на трение и падение давления, вызванные протеканием жидкости через клапаны и фитинги, зависят от размера и типа используемых труб и фитингов, шероховатости внутренних поверхностей, а также скорости потока и вязкости жидкости.

    Пример 1 -

    В установке гидрокрекинга нефтеперерабатывающего завода насос орошения обычно перекачивает нафту с удельным весом 0,7. Мощность двигателя составляла 190 кВт. Из-за неблагоприятной ситуации в процессе иногда в поток попадает и вода, что приводит к увеличению удельного веса на 0.9. Поскольку мощность P = (wQH / 3960), где w - удельный вес, Q - разряд, а H - манометрический напор, в результате двигатель потребляет больше тока. Если это останется незамеченным, энергия будет потрачена впустую.

    Пример 2 -

    Насос развивает одинаковый напор жидкости в метрах независимо от удельного веса. Насос подает одинаковое количество по объему независимо от удельного веса, но количество по весу будет пропорционально удельному весу. Входная мощность и выходная мощность для данного объемного разряда изменяются пропорционально плотности.

    В установке вакуумной перегонки нефтеперерабатывающего завода нижний насос колонны перекачивает короткий остаток с удельным весом примерно 0,9. Большинство нефтеперерабатывающих заводов сконфигурированы для разных типов сырой нефти, например, с высоким содержанием серы и с низким содержанием серы. При переработке сырой нефти с высоким содержанием серы удельный вес и вязкость короткого остатка увеличиваются. Это приводит к большему энергопотреблению.

    Пример 3 -

    В системах с сильно изменяющейся нагрузкой насосы, рассчитанные на работу с наибольшими нагрузками, могут иметь слишком большой размер для нормальных рабочих нагрузок.В этих случаях использование нескольких насосов, многоскоростных двигателей или приводов с регулируемой скоростью часто улучшает производительность системы во всем диапазоне рабочих условий.

    Чтобы справиться с большими колебаниями расхода, несколько насосов часто используются в параллельной конфигурации. Такое расположение позволяет включать и отключать насосы в соответствии с потребностями системы. Один из способов параллельного подключения насосов - использование двух или более насосов одного типа. В качестве альтернативы, насосы с разными скоростями потока могут быть установлены параллельно и сконфигурированы так, чтобы маленький насос работал в нормальных условиях, а больший насос работал в периоды высокой нагрузки.

    В блоке сырой нефти нефтеперерабатывающего завода основные насосы для сырой нефти установлены параллельно. Иногда пропускная способность установки сырой нефти зависит от пропускной способности вторичной установки. Если есть какие-либо нарушения во вторичных блоках, тогда необходимо снизить нагрузку в блоке сырой нефти. В этом случае несколько насосов используются в параллельной конфигурации. Такое расположение позволяет экономить энергию.

    Пример 4 -

    Размер пути потока насоса может измениться со временем из-за накипи, ржавчины или отложений, которые обычно уменьшают размер каналов.Последнее особенно часто встречается в насосах, работающих с перебоями.

    Насос серного карьера в установке регенерации серы работает с перебоями. Он перекачивает жидкую серу в трубу с рубашкой. Если пар в рубашке не циркулирует должным образом или из-за старения, некоторые частицы серы откладываются в линии. Это уменьшает размер пути потока. Увеличение шероховатости трубы увеличивает потери на трение и обычно снижает эффективность. По этим причинам насос стал потреблять больше энергии и чаще срабатывал.Таким образом, чтобы избежать осаждения серы в линии, вводился пар, чтобы очистить линию для серы.

    5. Заключение

    Ниже приведены различные способы экономии энергии в насосной системе:

    • Когда фактические рабочие условия сильно отличаются (изменение напора или расхода более чем на 25–30%) от расчетных условий, замена на необходимо учитывать насосы подходящего размера.

    • Работа нескольких насосов последовательно или параллельно в соответствии с требованиями.

    • Уменьшение количества насосов (когда требования к давлению в системе, напору и расходу меньше).

    • За счет улучшения конструкции трубопроводов для снижения потерь напора на трение

    • За счет уменьшения количества изгибов и клапанов в системе трубопроводов.

    • Избегая процесса дросселирования для снижения требований к потоку.

    • Путем обрезки или замены крыльчаток при низкой потребности в производительности.

    • При использовании приводов с регулируемой скоростью

    © 2012 Автор (ы).Лицензиат IntechOpen. Эта глава распространяется в соответствии с условиями лицензии Creative Commons Attribution 3.0 License, которая разрешает неограниченное использование, распространение и воспроизведение на любом носителе при условии правильного цитирования оригинальной работы.

    Как цитировать и ссылаться

    Цитируйте эту главу Скопируйте в буфер обмена

    Trinath Sahoo (24 февраля 2012 г.). Стратегии повышения энергоэффективности центробежных насосов, центробежных насосов, Димитрис Папантонис, IntechOpen, DOI: 10.5772 / 25870.Доступна по телефону:

    Trinath Sahoo (24 февраля 2012 г.). Стратегии повышения энергоэффективности центробежных насосов, центробежных насосов, Димитрис Папантонис, IntechOpen, DOI: 10.5772 / 25870. Доступен по адресу:

    статистика глав

    12179общее загрузок глав

    1Ссылка ссылок

    Дополнительная статистика для редакторов и авторов

    Войдите в личную панель управления для получения более подробной статистики ваших публикаций.

    Доступ к личным отчетам

    Связанное содержимое

    Эта книга
    Следующая глава
    Анализ кавитационных характеристик индукторов

    Авторы: Сяомэй Го, Цзучао Чжу, Баолинг Цуй и Ли

    Связанная книга
    Первая глава
    Кинетика сушки лекарственных растений путем гибридизации of Solar Technologies

    Маргарита Кастильо Телес, Беатрис Кастильо Телес, Хосе Андрес Аланис Наварро, Хуан Карлос Овандо Сьерра и Херардо А.Мехиа Перес

    Мы - IntechOpen, ведущий мировой издатель книг с открытым доступом. Создан учеными для ученых. Среди наших читателей - ученые, профессора, исследователи, библиотекари и студенты, а также профессионалы в области бизнеса. Мы делимся своими знаниями и рецензируемыми научными работами с библиотеками, научными и инженерными обществами, а также работаем с корпоративными отделами исследований и разработок и государственными учреждениями.

    Подробнее о нас
    Рисунок 1.

    Стоимость жизненного цикла центробежного насоса.

    \ n \ t \ t \ t

    Стоимость энергии является самой высокой из общей стоимости владения насосом. Центробежные насосы потребляют, в зависимости от отрасли, от 25 до 60% энергии электродвигателя завода.

    \ n \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t
    ПРОМЫШЛЕННОСТЬ ЭНЕРГИЯ НАСОСА
    (% от общей энергии двигателя)
    Petroleum 59%
    Целлюлозно-бумажная промышленность 31%
    Химическая 26%

    Таблица 1.

    Доля общей автомобильной энергии в различных отраслях.

    \ n \ t \ t \ t

    Однако правильное соответствие характеристик насоса и требований системы во многих случаях может снизить затраты на энергию насоса в среднем на 20 процентов. Процесс выбора правильной насосной технологии для применения на объектах должен выходить далеко за рамки первоначальных затрат, но во многих случаях это не так. Такой близорукий подход может создать серьезные долгосрочные проблемы для организаций.

    \ n \ t \ t \ t

    В обрабатывающих отраслях закупочная цена центробежного насоса часто составляет 5-10% от общей стоимости владения.Обычно, учитывая текущую практику проектирования, стоимость жизненного цикла (LCC) насосной системы мощностью 100 лошадиных сил, включая затраты на установку, эксплуатацию, техническое обслуживание и вывод из эксплуатации, будет более чем в 20 раз превышать первоначальную закупочную цену. На рынке, где затраты неумолимы, оптимизация эффективности насосов становится все более важной задачей.

    \ n \ t \ t \ t

    После того, как насос установлен, его эффективность определяется в основном условиями процесса. Основные факторы, влияющие на производительность, включают эффективность насоса и компонентов системы, общий дизайн системы, эффективное управление насосом и соответствующие циклы технического обслуживания.Для достижения эффективности, обеспечиваемой механическим проектированием, производители насосов должны тесно сотрудничать с конечными пользователями и инженерами-проектировщиками, чтобы учесть все эти факторы при выборе насосов.

    \ n \ t \ t \ t

    Анализ различных потерь, возникающих при работе насоса: -

    \ n \ t \ t \ t

    1. Механические потери на трение между неподвижной и вращающейся частями: -

    \ n \ t \ t \ t

    Основные компоненты: -

    \ n \ t \ t \ t
    • Внешняя втулка, шариковые или роликовые опорные подшипники.

    • Подшипники внутренней скольжения.

    • Подшипники упорные.

    • Сальник, шейная втулка и уплотнительные кольца.

    \ n \ t \ t \ t

    Доля общих механических потерь, вносимых каждым из них, будет зависеть от типа и состояния насоса. Правильная смазка подшипников и сальников снижает потери на трение.

    \ n \ t \ t \ t

    2. Потери на трение диска между жидкостью и внешними вращающимися поверхностями дисков ротора: -

    \ n \ t \ t \ t

    В принципе, здесь речь идет о всех этих вращающихся поверхностях насоса, контактирующего с жидкостью, которые фактически не участвуют в направлении жидкости.Такими элементами являются: -

    \ n \ t \ t \ t
    • Внешние грани дисков или кожуха ротора.

    • Внешний край кожуха.

    • Кромки уплотнительных колец.

    • Вся поверхность сбалансированных дисков.

    \ n \ t \ t \ t

    При измерении мощности, необходимой для привода диска в различных условиях, оказалось, что эта потеря мощности зависит от скорости вращения, диаметра диска, шероховатости сторон дисков и внутренних стенок корпуса, плотности и вязкости жидкости и осевого зазора между диском и корпусом.

    \ n \ t \ t \ t

    Осевой зазор влияет на потерю мощности. Любой элемент жидкости, соприкасающийся с вращающимся диском, будет волочен за ним, по крайней мере, на короткое расстояние, и во время этого движения элемент обязательно будет подвергаться центробежной силе. Это заставит его выскользнуть наружу. Другие элементы из основного корпуса жидкости будут вытекать, чтобы заменить исходный, и, следовательно, будет создан дополнительный вид потока, как показано на рис. . ниже .

    \ n \ t \ t \ t
    Рисунок 2.

    Диаграмма, показывающая области, подверженные потерям на трение в диске и т. Д.

    \ n \ t \ t \ t

    То есть импульс трения создал в очень небольшом масштабе эффект накачки, который прямая тяга лопастей рабочего колеса создает на эффективном шкала.

    \ n \ t \ t \ t

    Но кажется вероятным, что в пространстве между диском и корпусом осевое расстояние l a будет влиять как на радиальную, так и на тангенциальную составляющие скорости. Если это расстояние велико, относительно большие количества жидкости могут легко вовлечься во вторичную циркуляцию и тем самым отобрать энергию у диска.Но если расстояние небольшое, энергии должно быть меньше.

    \ n \ t \ t \ t

    Приведенное выше исследование показывает, что в сравнимых условиях и увеличение осевого зазора вызывает увеличение потерь мощности.

    \ n \ t \ t \ t

    \ n \ t \ t \ t \ t Следовательно, его можно свести к минимуму, имея как можно меньший осевой зазор для повышения эффективности \ n \ t \ t \ t

    \ n \ t \ t \ t

    3. Потери мощности утечки: -

    \ n \ t \ t \ t

    Жидкость утечки отводится от основного потока в нескольких точках, каждая с различным давлением.Утечка может происходить не только в уплотнительных кольцах, но и в других местах: -

    \ n \ t \ t \ t
    • Через фонарные кольца сальников с жидкостным уплотнением.

    • Мимо балансирного диска многоступенчатых насосов.

    • За втулки шейки в диафрагме многоступенчатых насосов.

    • Прошлое основных сальников / торцевых уплотнений в отходы.

    \ n \ t \ t \ t

    В обычных насосах можно измерить только утечку за балансировочные диски многоступенчатых насосов, а напор в точках утечки достаточно хорошо известен.Утечку через сальники / торцевые уплотнения можно уменьшить, время от времени устраняя эти утечки.

    \ n \ t \ t \ t

    4. Гидравлические потери мощности: -

    \ n \ t \ t \ t

    , если мы рассчитали значения механических потерь P b , потерь на трение P d и потери на утечку P l , тогда мы можем утверждать, что остаточная энергия P s - P b –P d –P l должна полностью передаваться основному потоку жидкости, протекающей через насос.Ему больше некуда деваться. Но это совсем не то же самое, что сказать, что жидкость получает соответствующее приращение чистой энергии во время прохождения от всасывающего фланца к нагнетательному фланцу. Разница между двумя величинами - это то, что мы называем гидравлической потерей мощности (P h ), ее можно рассчитать таким образом.

    \ n \ t \ t \ t

    Энергия En передается жидкости и используется для передачи тангенциального ускорения жидким элементам.

    \ n \ t \ t \ t

    Единица веса жидкости получит (V n V 2 / г) единиц энергии, так как имеется W единиц жидкости, эффективно протекающих в секунду, следовательно,

    \ n \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t

    (W / K p ) * (V n V 2 ) / g = P s - P b - P d - P l = P w + P h \ n \ t \ t \ t \ t

    \ n \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t

    , где V n - фактическая составляющая завихрения, V 2 - тангенциальная скорость жидкости, а k p - энергия в секунду, соответствующая одной лошадиной силы.Теперь приращение чистой энергии на единицу веса жидкости представлено He, а полученная полезная мощность W.H.P или P w равна WH e / K p .

    \ n \ t \ t \ t

    Следовательно, гидравлические потери мощности Ph можно записать в виде

    \ n \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t

    P h = (W / K p ) * {(V n V 2 / g) -H e }

    \ n \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t

    И гидравлический КПД

    \ n \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t \ t

    η = [H e / (V n V 2 / g)] = P w / (P w + P h )

    \ n \ t \ t \ t \ n \ t \ t \ t

    \ n \ t \ t \ t \ t Потери в условиях пониженного и повышенного расхода \ n \ t \ t \ t

    \ n \ t \ t \ t

    Исследование треугольника скорости на входе показывает, что теперь необходимо учитывать дополнительные потери энергии в условиях увеличения или уменьшения потока.

    \ п \ т \ т \ т

    а. В роторе:

    \ n \ t \ t \ t

    Если концы лопастей были сделаны касательными к расчетной относительной скорости vr1 на входе, они не могут одновременно быть касательными к измененным скоростям vr1c или vr1d. Из-за этого могут образовываться водовороты.

    \ n \ t \ t \ t
    Рис. 3.

    Нормальные и искаженные диаграммы входной скорости.

    \ n \ t \ t \ t

    Когда состояние потока ниже нормы, может иметь место тенденция для потока жидкости в каждом из каналов рабочего колеса, чтобы концентрироваться около передней части лопастей, оставляя более или менее мертвое пространство около задняя часть лопастей, что касается эффективного движения вперед, но одинаково и ее способности тратить энергию.

    \ п \ т \ т \ т

    б. В Рекуператоре: -

    \ n \ t \ t \ t

    При уменьшении напора насоса возникнут дополнительные потери энергии. Хотя скорость жидкости, покидающей рабочее колесо и попадающей в спиральную камеру, выше нормы, средняя скорость в самой спиральной камере должна быть ниже нормы. Таким образом, основное условие максимальной эффективности преобразования энергии больше не может применяться.

    \ n \ t \ t \ t
    Рис. 4.

    Диаграммы идеальной скорости на выходе для пониженного, нормального и повышенного расхода в рабочем колесе центробежного насоса.

    \ n \ t \ t \ t

    Если теперь напор насоса значительно выше нормы, то вектор абсолютной скорости (рис. 1) принимает аномальный наклон. У спирального язычка может произойти очень серьезное сжатие основного потока жидкости (рис. 2) с соответствующими потерями энергии.

    \ n \ t \ t \ t

    Что касается рекуператора с направляющей лопаткой или диффузором (рис. 5), показывает, что аномально более высокие скорости потока снова нарушают необходимое соответствие между наклоном лопасти и наклоном вектора скорости.Здесь также увеличено рассеяние энергии

    \ n \ t \ t \ t
    Рисунок 5.

    Как указано в тексте.

    \ n \ t \ t \ n \ t \ t \ n \ t \ t \ t

    2. Работа при высоких расходах

    \ n \ t \ t \ t

    Подавляющее большинство насосных систем работают далеко от своей максимальной эффективности точка (BEP). По причинам, варьирующимся от недальновидного или чрезмерно консервативного проектирования, спецификации и закупок до десятилетий постепенных изменений условий эксплуатации, большинство насосов, трубопроводов и регулирующих клапанов слишком велики или слишком малы. В ожидании роста нагрузки в будущем конечный пользователь, поставщик и инженеры-конструкторы обычно добавляют от 10 до 50% «запаса прочности», чтобы гарантировать, что насос и двигатель могут выдержать ожидаемое увеличение производительности.

    \ n \ t \ t \ t

    В этих обстоятельствах кривая напора пересекает кривую напора системы при пропускной способности, намного превышающей требуемый расход с использованием избыточной мощности. Конечно, насос можно дросселировать до требуемой производительности и немного снизить мощность. Но если насос работает неконтролируемо, он всегда будет работать с избыточным расходом. если не будет обеспечен достаточный NPSH, насос может пострадать от кавитационного повреждения, и потребление энергии будет чрезмерным. Значительная экономия энергии может быть достигнута, если во время выбора условий эксплуатации будут приняты разумные ограничения, чтобы избежать использования чрезмерных запасов безопасности для получения номинальное рабочее состояние.Но в существующей установке, если насосы имеют чрезмерные запасы, доступны следующие варианты.

    \ n \ t \ t \ t
    1. Существующее рабочее колесо можно обрезать для выполнения условий обслуживания, необходимых для установки.

    2. Запасное рабочее колесо необходимого уменьшенного диаметра можно заказать у производителя насоса.

    3. В некоторых случаях для одного и того же насоса могут быть доступны две отдельные конструкции крыльчатки, одна из которых имеет меньшую ширину, чем изначально поставляемая.Более узкая замена будет иметь максимальную эффективность.

    Рентабельны ли тепловые насосы?

    Рентабельны ли тепловые насосы?

    Насколько рентабельны воздушные и наземные тепловые насосы? Если относительный размер коллектора, насоса или системы теплопередачи несовместим, ответ может быть НЕТ! Дэвид Торп возвращается к основам, исследует варианты и предостерегает от поспешных решений.

    Как работают тепловые насосы?

    Установка наземных тепловых насосов от 9000 до 16000 фунтов стерлингов

    Тепловые насосы используют свободное тепло солнца, которое накапливается в земле или воздухе, и концентрируют его на гораздо меньшей площади (т.е.е. здание) с помощью насоса. Их можно использовать для отопления помещений, а иногда и для горячего водоснабжения.

    Тепловой насос работает аналогично холодильнику. Он включает в себя хладагент, который проходит через компрессор и конденсатор.

    Сравнение теплового насоса

    КПД тепловых насосов измеряется их коэффициентом производительности (COP) ; соотношение количества тепла, произведенного на единицу электроэнергии, потребляемой при перекачке этого тепла. Чем выше коэффициент, тем эффективнее агрегат.

    Значение COP, равное 3, означает, что вы получаете 3 кВт тепловой мощности на каждый 1 кВт или электричество, использованное для работы насоса. Более высокие значения COP представляют собой относительно более эффективную передачу тепла.

    К оценкам производителей тепловых насосов их COP следует относиться с осторожностью, поскольку реальные условия эксплуатации не будут отражать условия испытаний.

    Сколько стоят тепловые насосы?

    Средняя стоимость, включая установку в ценах 2013 г., составляет:

    • геотермальный тепловой насос: 9 000–16 000 фунтов стерлингов
    • тепловой насос с воздушным источником: 6000–10 000 фунтов стерлингов

    Подходит ли тепловой насос для вашего дома?

    Ответ зависит от того, какое топливо заменяется.Фонд энергосбережения сообщает, что система окупится намного быстрее, если она заменяет электрическую или угольную систему отопления; то же самое и с маслом.

    Тепловые насосы, как правило, не подходят для домов, использующих газ из сети. Если используется сжиженный нефтяной газ, возможна экономия затрат, но маловероятная экономия углерода.

    Оба типа, но особенно с источником воздуха, могут лучше работать с системами напольного отопления или воздушного отопления, чем с системами на основе радиаторов.Это связано с тем, что требуется более низкая температура воды. Эффективность подачи в радиаторы в среднем составляет 86% от эффективности подачи в теплые полы.

    Также важно, чтобы здание было сначала хорошо изолировано и защищено от сквозняков.

    Все чаще и чаще новые участники сектора неуместно рекомендуют тепловые насосы и устанавливают их как решение практически любой проблемы отопления, и существует опасность усиления этой тенденции с появлением стимулов для возобновляемого тепла и зеленого курса.

    Можно ли использовать тепловой насос и для горячей воды?

    Также наблюдается снижение эффективности подачи горячей воды. Это на 13% менее эффективно, чем просто отопление помещения. Это связано с тем, что вода, подаваемая в краны, должна иметь более высокую температуру, чем вода, используемая для подпольного отопления.

    Размеры бытового теплового насоса

    Стандарт, используемый для тестирования и оценки большинства комплектных тепловых насосов, - это BS EN 14511. Убедитесь, что это используется вашим установщиком.

    Это, например, определяет условия испытаний при температуре наружного (исходящего) воздуха 7 ° C для тепловых насосов с воздушным источником и температурах возврата и подачи 40 ° C и 45 ° C соответственно.

    Воздушные тепловые насосы вполне могут потреблять больше энергии, чем источник тепла, который они заменяют, если они указаны или установлены неправильно.

    Установка теплового насоса

    Воздушный тепловой насос легко устанавливается. Насос - это большой агрегат, размещенный вне дома.

    Шум от насоса может быть проблемой. Перед выбором модели важно проверить, будет ли уровень шума терпимым для всех в пределах слышимости.

    Тепловой насос с грунтовым источником сложнее установить. Это отражается на стоимости. Есть два типа коллекторов: «обтягивающий», который представляет собой змеевик, заглубленный примерно на 2 метра под землей, и скважина, которая идет прямо вниз и глубже.

    Наземные тепловые насосы можно спутать с геотермальной энергией.Строго говоря, геотермальная энергия получается из горячих горных пород, которые в некоторых частях мира могут находиться относительно близко к поверхности Земли. Для доступа к ним требуется более глубокая скважина: от полукилометра до одного километра. Скважины грунтовых тепловых насосов, напротив, могут иметь глубину до 100 метров.

    Системы воздушного отопления

    Установленные воздушные тепловые насосы стоят от 6000 до 10000 фунтов стерлингов

    Тепловые насосы могут передавать свое тепло воздуху или воде. Если воздух, то конденсатор внутри нагревает воздух в том месте, где он подается в здание.

    Фильтрованный, предварительно нагретый воздух направляется в здание через форточки стеной первого этажа.

    Одно из преимуществ тепловых насосов, предназначенных для воздуха, по сравнению с тепловыми насосами, предназначенными для воды, заключается в том, что воздух, в который передается тепло, обычно имеет более низкую температуру (называемую температурой стока), чем температура воды. Это приводит к более высокому коэффициенту сжатия и увеличению тепловой мощности.

    Оправдана ли стоимость теплового насоса?

    Грэм Стрингер (член парламента от лейбористов от Blackley and Broughton) предостерег от неизбирательного использования тепловых насосов: «Тепловые насосы - это большие инвестиции как для домовладельцев, так и для налогоплательщиков, и оба заслуживают уверенности в том, что они будут стоить этих денег.”

    Стрингер цитирует отчет Energy Saving Trust выше, который показал, что «только один из 22 объектов недвижимости, в которых были установлены тепловые насосы с грунтовым источником, достиг неявного минимального значения COP директивы ЕС, и что только девять из 47 объектов с тепловыми насосами с воздушным источником достигли этого стандарта ».

    Проблемы теплового насоса

    В отчете в основном винят плохую установку и рекомендуются изменения в обучении аккредитованных установщиков в соответствии со схемой сертификации Microgeneration.

    Основные ошибки, связанные с плохой калибровкой всех аспектов системы:

    • коллектор
    • насос
    • излучатели (система распределения тепла)

    В петлях также обнаружены пузырьки воздуха, которых не должно быть. Как и любая другая система отопления, при установке необходимо удалить воздух.

    Для источника заземления катушка должна иметь прочный контакт с землей.

    В Великобритании все еще недостаточно систем, которые существовали достаточно долго и подвергались достаточному мониторингу, чтобы прийти к независимой проверке их эффективности.

    Energy Saving Trust сообщила, что обновит свою информацию в декабре прошлого года, но этого еще не произошло.

    Расчет размеров теплового насоса для бытового использования: оценка потребности в тепле

    При оценке потребности в тепле для дома это должно производиться на основе фактических счетов, желательно за более чем один год, чтобы учесть ежегодные колебания погоды и потребности в отоплении.

    Если счета отсутствуют, то ваш подрядчик должен использовать EN ISO 13790: «Энергетические характеристики зданий - Расчет использования энергии для отопления и охлаждения помещений», который дает метод оценки годового использования энергии для обогрева и обогрева. охлаждение жилого или нежилого дома.

    Кроме того, CIBSE Guide A содержит исчерпывающую информацию о днях получения степени в разных регионах Великобритании. Градус-дни отопления могут использоваться вместе с EN 12831 и оценкой соответствующей базовой температуры для определения потребности здания в тепловой энергии. Более подробную информацию, а также бесплатные данные можно найти на сайте www.degreedays.net.

    Стандартную процедуру оценки (SAP) для жилищ не следует использовать, поскольку она не предназначена для точного определения потребностей реальных жилищ в отоплении и горячей воде для бытовых нужд.

    КПД теплового насоса

    Эффективность теплового насоса должна определяться всей системой отопления, а не только насосом.

    Общая эффективность системы включает следующие факторы:

    • источник тепла
    • Тепло, подаваемое в контур отопления помещения
    • количество используемого тепла горячей воды (в отличие от тепла, подаваемого в накопитель горячей воды)
    • Электроэнергия, подаваемая на тепловой насос, блоки дополнительного отопления, любой накопитель горячей воды и любые циркуляционные насосы горячей воды.Это должен быть минимум.

    Точная эффективность, обнаруживаемая на практике, зависит от разницы температур между целью и источником в любой момент времени, и поэтому будет меняться изо дня в день.

    Исследование, проведенное Группой по стратегии отопления Британского партнерства по энергоэффективности для домов, показало, что тепловые насосы столь же эффективны (с точки зрения затрат и выбросов углерода), что и газовые котлы, из-за их использования электроэнергии (если только в случае воздействия углерода не недвижимость по возобновляемому тарифу - а почему бы и нет?).

    Если целевая температура - полы с подогревом на уровне 18 ° C, а температура источника - 2 ° C, то для концентрации и перекачки тепла требуется меньше энергии, чем если бы источник был более холодным (как в тепловых насосах источника воздуха в морозную погоду) или если цель более горячая (как в радиаторной системе отопления, где целевая температура может составлять 60 ° C).

    КС кг нетто CO 2 уменьшено / кВт · ч отпущенного тепла
    Таблица 1: Вытеснение углерода тепловыми насосами с коэффициентом 0.591 кгCO 2 / кВтч в UK SAP 2009, взято из Tom Naughton, xCO 2
    3,2 0,031
    3,5 0,060
    4,0 0,081

    Воздушный или наземный тепловой насос - что лучше?

    Вот почему тепловые насосы, использующие воду и воду, как правило, более эффективны, чем воздушные, несмотря на более высокую стоимость установки; Зимой температура воздуха на улице обычно намного ниже, чем температура земли на два-три метра ниже поверхности.

    Воздушные тепловые насосы

    Сезонный коэффициент полезного действия теплового насоса с воздушным источником - нажмите, чтобы увеличить

    Чем холоднее, тем они менее эффективны и тем больше тепла вам нужно. В мягкую погоду КПД может быть около 4, но при температурах ниже 8 ° C (17 ° F) тепловой насос с воздушным источником может достичь КПД 2,5 - ниже магического уровня 3, при котором достигается экономия углерода.

    Среднее значение COP по сезонным колебаниям обычно составляет 2,5–2,8, но, очевидно, это зависит от того, насколько холодно зимой.Конечно, он никогда не достигнет 1, но будет менее эффективен, чем газ или биомасса.

    Затем есть шум: внешний насос - около 1,2 м x 0,7 м x 1 м высотой - генерирует около 50 дБ при полной скорости вентилятора на расстоянии одного метра; аналогичен блоку кондиционирования воздуха.

    Теплообменник, который находится внутри, примерно такого же размера, как холодильник, около 1,8 м в высоту. Уровень шума составляет около 42 дБ на расстоянии одного метра, как в большом холодильнике.

    Земляные тепловые насосы

    Контур теплового насоса в траншее - после заполнения необходим прочный контакт с землей

    Для грунтовых тепловых насосов, помимо земляных работ, потребуются подводящие трубы, проходящие под внешней стеной (обычно французское окно или другая дверь).Они более дорогие, но окупаемость сокращается с финансовой точки зрения и с точки зрения выбросов углерода, если яма все равно вырывается, например, для фундамента пристройки.

    Они имеют более длительный срок службы (обычно 20–25 лет для самого теплового насоса и до 50 лет для заземляющего змеевика), и они являются отличной идеей, если есть такая возможность.

    Идеальное решение - это геотермальный тепловой насос, где уровень грунта значительно выше точки замерзания (10 ° C), который работает на лучистое отопление (пол или плинтус), особенно если он заменяет электрическое отопление.

    Получение консультации

    Ассоциация тепловых насосов (HPA) предоставляет рекомендации по установке и выбору консультанта.

    Среди их рекомендаций - проверить:

    • , что любой установщик зарегистрирован в MCS (Схема сертификации Microgeneration), запрашивая их номер и проверяя онлайн
    • , какой орган по сертификации их сертифицировал
    • с тем телом, что нет нерешенных проблем с установщиком
    • , если они также являются членами REAL asurance scheme и любой признанной торговой ассоциации (HPA, HHIC, B&ES и т. Д.).
    • , если рассматриваются тепловые насосы, использующие грунтовые источники, они являются членами Ассоциации тепловых насосов наземных источников (GSHPA).

    Гранты на тепловые насосы

    Грант всегда сделает установку оборудования более рентабельной. Однако гранты доступны не всем.

    Надбавка за возобновляемое тепло (RHPP) покрывает большинство распространенных тепловых насосов (воздух-вода, грунтовый источник или источник воды, но не тепловые насосы воздух-воздух и вытяжной воздух), но он истекает в конце марта 2013 года и доступен только для людей, не подключенных к газовой сети.

    Программа поощрения за возобновляемое тепло (RHI) в настоящее время доступна только для бизнес-пользователей.Эти пользователи будут получать 4,7 пенсов за киловатт-час для небольших тепловых насосов мощностью менее 100 кВт. Отечественная версия будет доступна летом 2013 года. Вероятно, что тарифы будут:

    .
    • Воздушные тепловые насосы (6,9-11,5 л / кВтч)
    • геотермальные тепловые насосы (12,5-17,3 л / кВтч)

    Выплаты домовладельцам будут производиться в течение семи лет за каждый кВтч тепла, произведенного в течение ожидаемого срока службы возобновляемых источников энергии, и на основе предполагаемого использования тепла.

    Программа Green Deal уже запущена и распространяется на тепловые насосы.Оценщик определит, подходят ли они. Как и во всех случаях «зеленой сделки», любая экономия будет отражена в счете за электроэнергию, но если насос теперь используется для отопления там, где раньше насос не использовался, счет за электроэнергию, вероятно, вырастет, даже если счет за топливо спускайся. Это извращенный результат того, что правительство решило увязать выплаты по ссуде со счетами за электроэнергию, а не со счетами за топливо.

    То же самое относится к сделкам, заключаемым коммунальными предприятиями в рамках утвержденных правительством схем борьбы с топливной бедностью, таких как Обязательство энергетической компании.

    Техническое обслуживание теплового насоса

    На большинство систем предоставляется 10-летняя гарантия. Они должны работать не менее 20 лет. В соглашении об обслуживании должна быть предусмотрена ежегодная или двухгодичная проверка, как и для большинства котлов. В тепловых насосах с воздушным источником воздуха входное отверстие не должно быть засорено, например, листьями. Манометр центрального отопления в доме следует время от времени проверять, как и в случае с обычными котлами.

    Разрешение на строительство

    Для установки теплового насоса с воздушным источником в Уэльсе и Северной Ирландии требуется разрешение на строительство.В Англии они обычно считаются Разрешенными застройками и не требуют разрешения на строительство (подробности здесь). В Шотландии разрешение на строительство не требуется при соблюдении определенных условий, включая установку насоса на расстоянии не менее 100 м от ближайшего соседнего жилого сада. Всегда уточняйте в местном отделении планирования.

    Заключение

    Тепловые насосы могут быть рентабельными при определенных конфигурациях. Тепловые насосы «воздух-воздух» и тепловые насосы, подключенные к системе «теплый пол», скорее всего, будут успешными.Однако испытания показывают, что слишком много недавно установленных тепловых насосов работают неэффективно из-за неправильных размеров и ошибок при установке.

    Тщательно выбирайте установщика. Когда вам предложат возможное решение, найдите время, чтобы посетить людей с такими домами, как ваш, у которых уже установлено это решение, чтобы узнать, верно ли это. Дни открытых дверей SuperHome предлагают возможность посетить людей с тепловыми насосами в различных конфигурациях и типах недвижимости.

    Узнайте больше - посетите отремонтированный дом

    Вы можете узнать больше о тепловых насосах «Источник воздуха», «Земля», «Источник воды» и «Вытяжной воздух» на мероприятиях «Зеленые открытые дома» в сентябре.Поговорите с реальными домовладельцами, когда они поделятся своим личным опытом ремонта своих домов в рамках Дней открытых дверей SuperHome. SuperHomes - это старые дома, отремонтированные их владельцами для большего комфорта, более низких счетов и гораздо меньшего количества выбросов углерода - как минимум на 60%! Вход свободный. Забронируйте сейчас.

    См. Также:
    Отчет об испытании теплового насоса Energy Saving Trust, Фаза 2
    Довольный владелец теплового насоса "воздух-воздух"
    Реконструкция мельницы с тепловым насосом на водяной основе
    Оправданы ли затраты на котел на биомассе?

    Веб-сайт оценщика производительности электрического теплового насоса

    Источники:
    1.Подробный анализ первого этапа полевых испытаний теплового насоса Energy Saving Trust, март 2012 г.

    Добавить комментарий