Открытая дистанционная научно-практическая конференция «Проблемы и перспективы атомной отрасли»
|
Полное название темы работы
|
«Применение тепловых насосов в Сибири»
|
Тип работы
|
исследовательский реферат
|
Возрастная номинация
|
|
Фамилия имя автора
|
Гурин Александр
|
Территория
|
поселок Подгорный
|
Место учебы
|
Муниципальное казенное общеобразовательное учреждение средняя общеобразовательная школа №104 посёлка Подгорный ЗАТО Железногорск Красноярского края
|
Класс
|
9
|
Место выполнения работы
|
МКОУ СОШ №104
|
Руководитель
|
Колегова Ирина Владимировна, МКОУ СОШ №104, учитель
|
Научный руководитель
|
-
|
Ответственный за корректуру текста работы
|
-
|
e-mail:(обязательно)
Контактный телефон
|
kolegova-irina@mail.ru
|
Тема «Применение тепловых насосов в Сибири»
Введение
Нестабильная и быстроменяющаяся экономическая ситуация заставляет нас искать новые решения в привычных вопросах. Проблемы экономии, безопасности и экологии остро стоят не только перед современными правительствами, но и перед нами, простыми жителями. Поэтому многие сейчас тянуться назад в деревню, ближе к природе и собственным овощам и фруктам. Это и экономично, и экологично и безопасно. А как обогревать дом по тем же трем золотым принципам? Ведь газ не бесконечен, леса надо беречь, а солярка и дизельное топливо загрязняют окружающую среду. Надеюсь, что мой доклад поможет Вам узнать все плюсы тепловых насосов, и необходимость его применения.
Цель: изучить принцип действия и виды тепловых насосов. Определить вид теплового насоса для Сибири.
Задачи:
Изучить принципиальное устройство теплового насоса
Узнать существующие типы тепловых насосов
Выявить закономерности тепловых ресурсов Сибири
Систематизировать данные
Сделать выводы
Методы исследования: мое исследование проводилось на основе сбора информации и опроса. В работе так же применялось сравнение и классификация.
Актуальность работы: Выбор темы обусловлен ее актуальностью в связи с углублением изучения научной тематики. Еще в середине прошлого века ученые всего мира задумались над тем, как можно использовать окружающую среду. На сегодняшний момент придуманы разные способы ее применения, и один из них - это тепловой насос. В природе много теплоты, находится она везде: в воздухе, в грунте, в воде. Но она низко потенциальная. Я рассматривал зимний период времени, а это, как правило, в наших районах, температура около -25 градусов. Такой теплотой воспользоваться невозможно, ведь нам на выходе необходима температура тридцать градусов выше ноля. Для этого и нужен тепловой насос. Он поднимает тепло до нужной температуры, после этого его уже можно подавать в трубы для отопительных систем.
I. Изучение принципиального устройства теплового насоса.
Источником тепла может быть скалистая порода, земля, вода, воздух. Теплоноситель нагревается на несколько градусов, проходя по внешнему контуру, уложенному в землю или водоём. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходит через теплообменник (испаритель) и отдает собранное тепло внутреннему контуру теплового насоса. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом, имеющим низкую температуру кипения, который, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное при температуре -5оС и низком давлении. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, там он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Затем горячий газ поступает во второй теплообменник - конденсатор, где происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент, отдавая тепло системе отопления, охлаждается и превращается в жидкость, а теплоноситель системы отопления поступает в отопительные приборы. И цикл повторяется снова (Рис. №1).
Рис. №1
II. Существующие типы тепловых насосов.
По виду теплоносителя во входном и выходном контурах, насосы делят на:
« грунт - вода», «грунт - воздух», «вода - вода», «вода - воздух», «воздух - вода», «воздух - воздух».
Системы отопления: грунт (грунтовый тепловой насос, Рис.№2)
Г
Рис. №2
рунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведет к относительно
Рис.№2
Рис.№3
равномерному уровню температуры источника тепла на протяжении всего года, это обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким коэффициентом мощности. Тепло окружающей среды передается вместе со смесью из воды и антифриза. Забор тепла из грунта осуществляется с помощью проложенной в грунте системы пластиковых труб. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами и глубина залегания выбирается согласно расчета, в зависимости от качества и
Рис.№3
обводненности грунтов.
Системы отопления: вода (Рис.№3). Источником тепла
могут быть поверхностные (реки, озера) или почвенные воды (скважины).
Ближайший водоём - идеальный источник тепла для теплового насоса. При использовании в качестве источника тепла воды озера или реки контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения – «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), короткий внешний контур, высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом.
С истемы отопления: воздух (воздушный тепловой насос, Рис.№4). Окружающий воздух особенно легко использовать в качестве источника тепла, он имеется везде и в неограниченном количестве.
Воздушный тепловой насос – это автоматизированный центр управления отоплением Вашего дома. Воздушные тепловые насосы работают продуктивно до температуры минус 15 0С, после чего переходит на управление дизельным или электрическим котлом.
Э
Рис.№4
ффективность и выбор определённого источника
тепловой энергии зависит от климатических условий.
III.Виды источников энергии
«Скважина»
При использовании в качестве источника тепла скалистой породы трубопровод опускается в скважину. Не обязательно использовать одну глубокую скважину, можно пробурить несколько не глубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину.
«Земляной контур»
При использовании в качестве источника тепла участка земли трубопровод зарывается в землю на глубину промерзания грунта (выбирается для конкретного региона). Минимальное расстояние между соседними трубопроводами – 0,8..1,2 м. Специальной подготовки почвы, засыпок и т.п. не требуется. Предпочтения к грунту – желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой – это приводит лишь к увеличению длины контура. «Озеро»
При использовании в качестве источника тепла воды ближайшего водоема, контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения: короткий внешний контур, «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом. Главное условие - водоем должен быть проточным и достаточным по размерам.
«Воздушный контур»
Теплонасос собирает энергию из окружающего воздуха. Если нет возможности разместить земляной коллектор, данная модель теплонасосной установки является наилучшим выбором. Однако, в силу технических причин, теплонасосные установки с воздушным контуром имеют серьезное ограничение в применении: минимальная температура наружного воздуха – 15 градусов Цельсия. Причем, начиная с температуры наружного воздуха – 10 градусов, установка ступенями подключает электрические ТЭНы, т.к. коэффициент преобразования (КПД теплового насоса) снижается. И, таким образом, при температуре – 15 градусов и ниже, по сути, работает только электрический нагрев.
IV. Этапы приобретения теплового насоса
Расчет теплопотерь дома
Выбор типа исходя из местности
Проектирование всей системы
Поставка оборудования
Пуско-наладочные работы
V. Преимущества
Основные преимущества тепловых насосов:
● Экономичность. Тепловой насос использует затраченную энергию значительно эффективнее любых других отопительных котлов, сжигающих топливо или электричество напрямую. Величина КПД у них достигает 500%!
● Доступность и повсеместность. Практически нет такого дома или объекта, где недоступна установка теплового насоса. Земля, вода и, конечно, воздух есть даже на самом отдаленном от цивилизации участке, вдали от газопроводов - тепловой насос везде раздобудет для себя "пищу" для того, чтобы бесперебойно обогревать дом. Это оборудование не зависит от капризов погоды, поставщиков и тарифов на тепло, наличия дров или дизельного топлива.
● Экологичность. Отопление тепловыми насосами - экологично чистый способ обогрева. Такая установка не только сэкономит деньги на энергоресурсы, но и сбережет здоровье жильцам дома. Вокруг дома на почве не будет следов азотистой, фосфорной, серной кислот и бензольных соединений. Конечно, применение тепловых насосов положительно влияет на экологию всей планеты, сокращается выработка электроэнергии на ТЭЦ и т.д. Используемые в тепловых насосах фреоны озонобезопасны и не содержат хлоруглеродов.
● Универсальность. Тепловые насосы не только вырабатывают тепло, но и охлаждают помещения, то есть они реверсивные. Тепловые насосы могут отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его и направлять тепловые избытки в скважину или на улицу с воздухом. В летнее время избыточное тепло можно использовать на подогрев бассейна.
● Безопасность. Тепловые насосы пожаро - и взрывобезопасны. Нет открытого огня, выбросов, нет топлива, опасных газов или смесей. Взрываться в тепловом насосе попросту нечему, нельзя также отравиться или угореть. Никакие элементы его конструкции не нагреваются до высоких температур, способных воспламенить горючие материалы. Остановки теплового насоса не приводят поломкам или замерзанию жидкостей. В целом, тепловой насос не более опасен, чем обычный холодильник
Сравнительная таблица стоимости отопления
Виды отопления
|
Стоимость топлива
|
Теплотворные свойства
|
Стоимость 1 кВт тепла
|
Дизельный котёл
|
1 литр ДТ -25 руб.
|
1 литр -10 кВт тепла
|
20 руб./10кВт=2 руб.
|
Электрический котёл
|
1 кВт/час – от 1,7 до 3,5 руб.
|
1 кВт/час 1 кВт тепла
|
1,7-3,5 руб.
|
Газовый котёл
|
1 м3 газа -3,17 руб.
|
1 м3 газа – 8 кВт тепла
|
3,17руб/8кВт=0,39 руб.
|
Тепловой насос
|
1 кВт/час – от 1,7 до 3,5 руб.
|
На 1 кВт /час 3-7 кВт тепла( в зависимости от источника тепла и температуры на выходе теплового насоса) (+350С…600С)
|
3,17 руб-3,5 руб./13…17)=0,35…1,1 руб.
|
Сравнительная таблица разных источников тепла.
|
Магистральный газ
|
Дизтопливо
|
Электрический котёл
|
Тепловой насос
|
Стоимость отопительного оборудования
|
40 000
|
70 000
|
20 000
|
110 000
|
Стоимость дополнительных материалов
|
100 000
|
90 000
|
30 000
|
125 000
|
Подключение центральной магистрали, посредники
|
350 000**
|
-
|
-
|
-
|
Проект, согласования, пожарники
|
150 000**
|
-
|
-
|
-
|
Дымоход с монтажом (утеплённый)
|
130 000
|
130 000
|
-
|
-
|
Строгий контроль госструктур
|
+
|
-
|
-
|
-
|
Монтаж оборудования под ключ (котельная и улица)
|
40 000
|
65 000
|
25 000
|
130 000
|
Годовое обслуживание
|
8 000
|
8 000
|
-
|
-
|
Сроки пуска котельной под ключ со всей документацией
|
1-1,5 года
|
1-1,5 мес.
|
0,5 мес.
|
1-1,5 мес
|
Всего:
|
818 000
|
363 000
|
75 000
|
365 000
|
Итоги
В Сибири средняя температура зимой составляет -25. Значит тепловой насос «воздух—вода» однозначно не подходит, так как при температуре – 15 градусов и ниже, по сути, работает только электрический нагрев. Систематизируя типы насосов, я пришел к выводу, что оптимальными для Сибири по виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосами является «грунт—вода», «вода—вода», «грунт—воздух», «вода—воздух». Грунтовый и водный тепловые насосы работает независимо от морозов, так как на определенной глубине температура почвы и соответственно воды практически постоянна.
Думаю, никто не будет спорить с тем, что проблема снижения затрат на отопление, горячее водоснабжение, обогрев бассейнов в условиях Сибири с ее суровым климатом очень актуальна. Использование традиционных источников энергии требует немалых финансовых затрат. С ростом цен на электроэнергию и пристальным вниманием общественности к экологическому вопросу использование тепловых насосов в качестве отопительной системы будет возрастать. Ведь две третьих отопительной энергии можно получить бесплатно из природы. Хочу отметить, что в России, увы, тепловые насосы пока не очень популярны. Все дело в том, что сегодня у нас газ очень дешевый, им топить выгоднее, однако, это временное явления. Всегда надо смотреть в будущее и уже сейчас экономить природные ресурсы. Например, в Европе дело обстоит иначе, там тепловые насосы получили очень широкое применение. В Германии на настоящий момент более 50% новых систем отопления проектируются и реализуются на основе тепловых насосов. В Швеции такой процент уже давно больше 90! Надеюсь, со временем у нас, как и за рубежом, руководители предприятий оценят преимущество нетрадиционного источника теплоснабжения, и использование тепловых насосов станет повсеместным, в том числе в частных домах.
Воздушный тепловой насос однозначно не подходит для Сибири.
Выводы
Тепловые насосы, использующие возобновляемые источники тепла, являются самым энергетически эффективным отопительным оборудованием.
Системы, построенные на базе ТН, надежные, безопасные и долговечные.
Получение тепла посредством теплового насоса – экологически чистый технологический процесс.
Современное климатическое оборудование позволяет создать ТН с производительностью от десятков кВт до МВт.
Для Сибири подходят по виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы «грунт—вода», «вода—вода», «грунт—воздух», «вода—воздух».
Тепловые насосы подходят и для многоэтажных зданий и коттеджей.
Литература
В. Мааке, Г.-Ю. Эккерт, Ж.-Л. Кошпен. Учебник по холодильной технике: Пер. с франц. – М.: Издательство Московского Университета, 1998. – 1142 с., ил.
Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы: Пер. с англ. – М.:Энергоиздат, 1982. – 224 с., ил.
Эль Садин Хасан. Выбор оптимальных параметров системы теплохолодоснабжения жилого дома//Холодильная техника, 2003, №3, с.18–21.
Овчаренко В.А. Овчаренко А.В. Використання теплових насосов//Холод М+Т, 2006, №2 с. 34–36.
Пять шагов на пути к избавлению от метановой зависимости//Отопление Водоснабжение Вентиляция + кондиционеры, 2006, №1, с. 30–41.
Бондарь Е.С., Калугин П.В. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха с аккумуляцией холода//С.О.К., 2006, №3, с. 44–48.
Белова. Системы кондиционирования с чиллерами и фанкойлами.
|
