Использование низкопотенциального тепла земли

Сегодня во всем мире функционирует десятки миллионов тепловых насосов, и миллионы новых вводятся в строй ежегодно. Тепловые насосы постепенно вытесняют традиционные способы теплоснабжения, и ожидается, что к 2020 году около 75% теплоснабжения в развитых странах будет осуществляться за счет тепловых насосов.

К сожалению, в Челябинской области, да и в России вообще имеется недостаточно примеров их применения. Это объясняется в том числе и тем, что для нашей страны характерно центральное теплоснабжение. Но такая ситуация не может продолжаться долго. Придется пересматривать и устоявшиеся подходы к теплоснабжению. И решением этого будет применение тепловых насосов.

Принцип действия теплового насоса аналогичен принципу действия холодильника, разница лишь в том, что в случае теплового насоса аккумулируется не холод, а тепло. Тепловой насос имеет четыре основных элемента: испаритель, компрессор, конденсатор и сбросной клапан. В испарителе хладагент нагревается до температуры +6-8°С, отобранной из окружающей среды (от земли, воды, воздуха), закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором и при росте давления температура хладагента поднимается до +35-65°С. Эта температура отдается через теплообменник конденсатора рабочей жидкости отопительного контура и хладагент обратно конденсируется. Сбросной клапан сбрасывает давление в конденсаторе, перепуская хладагент в испаритель. Цикл замыкается.

Для рационального использования тепла из окружающей среды в распоряжении имеются такие источники тепла, как грунт, вода и воздух. Все они аккумулируют солнечную энергию, так что вместе с ними косвенно используется солнечная энергия. Для работы тепловых насосов при определенных условиях могут использоваться озера и реки, т.к. они тоже выступают в роли аккумуляторов тепла.

Тепловые насосы имеют большой срок службы до капитального ремонта (до 10—15 отопительных сезонов) и работают полностью в автоматическом режиме. Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы. Срок окупаемости оборудования не превышает двух-трех отопительных сезонов.

Источники низкопотенциального тепла, пригодные для утилизации, имеются практически во всех отраслях промышленности и в коммунальном хозяйстве — системы оборотного водоснабжения и охлаждения технологического оборудования, шахтные воды, вентиляционные выбросы, хозяйственно-бытовые стоки, имеющие температуру +15-20оС, и др. Громадным потенциалом обладает тепло грунта, подземных вод, которые почти не используются. В системах охлаждения электростанций огромное количество низкопотенциального тепла теряется в градирнях и прудах-охладителях.

Согласно проведенным расчетам, за счет использования низкопотенциальной энергии нетрадиционных источников (при отборе их тепла хотя бы на 5оС) можно снизить теплопотребление по России на 30%, сэкономить миллионы тонн условного топлива. За счет теплонасосных установок (ТНУ) можно максимально приблизить тепловые мощности к местам потребления, минимизировать протяженность тепловых сетей.

Применение технологий утилизации низкопотенциального тепла ВИЭ и ВТЭР для целей теплоснабжения с применением тепловых насосов позволит решить ряд проблем, стоящих перед предприятиями промышленности, энергетики и коммунальной сферы:

1.Отказ от нерационального электрического и, в ряде случаев, централизованного отопления объектов жилищно-коммунального хозяйства;

2.Значительная экономия электроэнергии;

3.Обеспечение надежного и экономичного теплоснабжения объектов;

4.Полная независимость от поставщиков тепла;

5.Отказ от теплотрасс большой протяженности и, как следствие, сокращение значительных потерь и затрат на их обслуживание, снижение издержек на выработку тепла и увеличение надежности теплоснабжения.

Не только отдаленные потребители находятся в таком состоянии. Взять хотя бы ЖКХ городов. Аварии на теплотрассах, практически ежегодная замена труб и прочие негативные ситуации. Установка тепловых насосов по примеру многих европейских стран позволит раз и навсегда решить эту проблему.