Возобновляемые источники энергии

2
8
3
4
7
1
5
6
9
Рис. 2.3. Обобщенная схема парокомпрессионной ТНУ с охладителем:
1
— испаритель; 
2
— конденсатор; 
3
— компрессор; 
4
— электродвигатель; 
5
— дроссель-
ный клапан; 
6
— охладитель; 
7
— геотермальная скважина; 
8
— система теплоснабжения;
9
— система горячего водоснабжения
μ
ох
η
i
η
эм
i
2
1
i
3
–
⎝
⎠
⎛
⎞
i
3
i
4
–
(
)
+
L
a
=
m
G
т.в
C
т.в
t
1
t
2
–
(
)
i
1
1
i
3
–
---------------------------------------
=
i
1
1
m
ох
G
т.в
C
т.в
t
1
t
2
–
(
)
i
1
1
i
3
–
⎝
⎠
⎛
⎞
i
3
i
4
–
⎝
⎠
⎛
⎞
+
-------------------------------------------------
=

---

135
Мощность компрессора ТНУ:
без охладителя
,
(2.7)
где 
— энтальпия рабочего агента на выходе из компрессора, кДж/кг;
с охладителем
.
(2.8)
Тепловая мощность конденсатора определяется по формуле
.
(2.9)
Тепловая мощность ТНУ при включении в схему охладителя
.
(2.10)
Включение в ТНУ охладителя наиболее эффективно при высоких
температурах конденсации. В установке с рабочим агентом R142в
при 
t
к
= 100 °С значение 
μ
ох
увеличивается в 1,57 раза. При этом диа-
пазону температур испарения рабочего агента от 0 до 40 °С соответ-
ствуют температуры конденсации от 80 до 110 °С, при которых эко-
номически еще эффективна эксплуатация ТНУ. Включение в
технологическую схему охладителя позволит поднять соответствую-
щие температуры конденсации от 100 до 130 °С. Для улучшения эко-
номических показателей ТНУ необходимо в охладителе максимально
снижать температуру рабочего агента.
Теплонасосные установки наиболее эффективны для низкотемпе-
ратурных систем отопления, так как со снижением температуры кон-
денсации увеличивается значение коэффициента преобразования.
Подходящими для таких систем являются панельно-лучистые при-
боры, совмещенные с ограждающими конструкциями.
Для радиаторных систем отопления средняя температура теплоно-
сителя, необходимая для компенсации тепловых потерь здания нахо-
дится по формуле
t
ср
= 
Q
т.п
/
F
пр
k
пр
+ 
t
вн
,
(2.11)
где 
Q
т.п
— тепловые потери здания, кВт; 
F
пр
— поверхность отопи-
тельных приборов, м
2
; 
k
пр
— коэффициент теплопередачи отопитель-
N
i
2
1
i
1
1
–
⎝
⎠
⎛
⎞
η
эм
------------------------
m
=
i
2
1
N
ох
i
2
1
i
1
1
–
⎝
⎠
⎛
⎞
η
эм
------------------------
m
ох
=
Q
к
m i
2
1
i
3
–
⎝
⎠
⎛
⎞
=
Q
к.ох
m
ох
i
2
1
i
4
–
⎝
⎠
⎛
⎞
=

---

136
ного прибора, кВт/ (м
2
æ
°С); 
t
вн
— температура внутри отапливае-
мого помещения, °С.
Расход воды в отопительной системе определяется по формуле
G
в
= 
Q
т.п
/
c
Δ
t
от
,
(2.12)
здесь 
c 
— удельная теплоемкость воды, кДж/(кг
æ
°С); 
Δ
t
от
— раз-
ность температур в отопительной системе, °С.
С учетом (2.11) и (2.12) можно записать следующие соотношения:
t
пр
= 
t
ср
+ 
Δ
t
от
/ 2;
t
обр
= 
t
ср
– 
Δ
t
от
/ 2,
(2.13)
где 
t
пр
, 
t
обр
— температуры прямой и обратной воды в системе отоп-
ления, °С.
Температура испарения рабочего агента вычисляется по формуле
t
0
= 
t
2
– 
Δ
t
и
,
(2.14)
где 
Δ
t
и
— конечная разность температур в испарителе, °С.
Температура конденсации рабочего агента определяется из выра-
жения
t
к
= 
t
пр
+ 
Δ
t
к
,
(2.15)
где 
Δ
t
к
— конечная разность температур в конденсаторе, °С.
Эффективность использования низкопотенциальной воды в ТНУ
зависит от ее конечной температуры, которая должна быть как можно
ниже. Этого можно достичь как в одной ТНУ, так и в схеме с после-
довательным использованием воды в двух и более ТНУ. Достижения
низкой конечной температуры термальной воды в одной ТНУ приво-
дит к еще более низкой температуре испарения рабочего агента в
тепловом насосе, что снижает коэффициент преобразования и эффек-
тивность работы ТНУ. При необходимости получения достаточно
высоких температур конденсации рабочего агента экономическая
эффективность такой установки становится минимальной. Последо-
вательное протекание термальной воды через испарители двух и
более ТНУ позволяет осуществить процесс испарения рабочего
агента на разных температурных уровнях, что приводит к увеличе-
нию суммарного коэффициента преобразования ТНУ и к экономии
электроэнергии, затрачиваемой на привод. В зависимости от пара-
метров первичного теплоносителя (дебита и температуры) и требова-
ний потребителей к конечной температуре в ТСТ могут быть вклю-
чены до трех ТНУ.
Принципиальная технологическая схема ТСТ, состоящая из двух
ТНУ приведена на рис. 2.4.
Термальная слабоминерализованная вода после снижения ее тем-
пературы в испарителях ТНУ направляется на блок химводоочистки

---

137
и далее на холодное и горячее водоснабжение, а также на подпитку
системы отопления. Первая ТНУ работает на отопление, так как в
ней можно получить высокую температуру конденсации при экономи-
чески приемлемых условиях эксплуатации. Часть тепловой энергии
отбираемой в охладителе при охлаждении конденсата направляется на
горячее водоснабжение. Вторая ТНУ, куда поступает термальная вода
низкой температуры и где наиболее оптимальными являются средние
температуры конденсации, работает только на обеспечение нужд горя-
чего водоснабжения. В технологической схеме достигается макси-
мальное использование продукции геотермальной скважины, когда
одновременно решаются проблемы отопления, горячего и холодного
водоснабжения, т.е. используется тепловой потенциал термальной
воды и собственно сама вода на холодное и горячее водоснабжение.
Такие технологические схемы в первую очередь перспективны для
малых населенных пунктов, где всегда имеются проблемы отопления и
снабжения населения качественной питьевой водой.
2.3. Системы теплонасосного теплоснабжения 
с грунтовыми теплообменниками 
в вертикальных скважинах
При отсутствии на небольших глубинах грунтовой или слабо-
термальной воды в ТНУ малой мощности можно использовать теп-
лоту грунта земли. Такой экологически чистый источник тепла
достаточно широко используется в США, Дании, Германии, Швейца-