Устойчивость систем использования низкопотенциального тепла земли.

При эксплуатации грунтового теплообменника может возникнуть ситуация, когда за время отопительного сезона температура грунта вблизи грунтового теплообменника понижается, а в летний период грунт не успевает прогреться до начальной температуры – происходит понижение его температурного потенциала. Потребление энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает еще большее понижение температуры грунта, и его температурный потенциал еще больше снижается. Это заставляет при проектировании систем использования низкопотенциального тепла земли рассматривать проблему «устойчивости» таких систем.

Проведенные в ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» исследования показали, что потребление тепловой энергии из грунтового массива к концу отопительного сезона вызывает вблизи регистра труб системы теплосбора понижение температуры грунта, которое в почвенно-климатических условиях большей части территории России не успевает компенсироваться в летний период года, и к началу следующего отопительного сезона грунт выходит с пониженным температурным потенциалом. Потребление тепловой энергии в течение следующего отопительного сезона вызывает дальнейшее снижение температуры грунта, и к началу третьего отопительного сезона его температурный потенциал еще больше отличается от естественного. И так далее.

Однако, огибающие теплового влияния многолетней эксплуатации системы теплосбора на естественный температурный режим грунта имеют ярко выраженный экспоненциальный характер, и к пятому году эксплуатации грунт выходит на новый режим, близкий к периодическому, то есть, начиная с пятого года эксплуатации, многолетнее потребление тепловой энергии из грунтового массива системы теплосбора сопровождается периодическими изменениями его температуры.

Таким образом, при проектировании теплонасосных систем теплоснабжения (ТСТ) представляется необходимым учет падения температур грунтового массива, вызванного многолетней эксплуатацией системы теплосбора, и использование в качестве расчетных параметров температур грунтового массива, ожидаемых на 5-й год эксплуатации ТСТ.

В комбинированных системах, используемых как для тепло-, так и для холодоснабжения, тепловой баланс устанавливается «автоматически»: в зимнее время (требуется теплоснабжение) происходит охлаждение грунтового массива, в летнее время (требуется холодоснабжение) - нагрев грунтового массива. В системах, использующих низкопотенциальное тепло грунтовых вод, происходит постоянное пополнение водных запасов за счет воды, просачивающейся с поверхности, и воды, поступающей из более глубоких слоев грунта. Таким образом, теплосодержание грунтовых вод увеличивается как «сверху» (за счет тепла атмосферного воздуха), так и «снизу» (за счет теплоты земли); величина теплопоступлений «сверху» и «снизу» зависит от толщины и глубины залегания водоносного слоя. За счет этих теплопоступлений температура грунтовых вод остается постоянной в течение всего сезона и мало меняется в процессе эксплуатации.

В системах с вертикальными грунтовыми теплообменниками ситуация иная. При отводе теплоты температура грунта вокруг грунтового теплообменника понижается. На понижение температуры влияют как особенности конструкции теплообменника, так и режим его эксплуатации. Например, в системах с высокими величинами отводимой тепловой энергии (несколько десятков ватт на метр длины теплообменника) или в системах с грунтовым теплообменником, расположенным в грунте с низкой теплопроводностью (например, в сухом песке или сухом гравии) понижение температуры будет особенно заметным и может привести к замораживанию грунтового массива вокруг грунтового теплообменника.

Немецкие специалисты провели исследования по измерению температуры грунтового массива, в котором устроен вертикальный грунтовой теплообменник глубиной 50 м, расположенный недалеко от Франкфурта-на-Майне. Для этого вокруг основной скважины на расстоянии 2,5, 5 и 10 м от было пробурено 9 скважин той же глубины. Во всех десяти скважинах через каждые 2 м устанавливались датчики для измерения температуры – всего 240 датчиков.

Отмечено, что в конце отопительного сезона хорошо заметно уменьшение температуры грунтового массива вокруг теплообменника. Возникает тепловой поток, направленный к теплообменнику из окружающего грунтового массива, который частично компенсирует снижение температуры грунта, вызванное «отбором» теплоты. Величина этого потока по сравнению с величиной потока тепла из земных недр в данной местности (80 – 100 мВт/м²) оценивается достаточно высоко (несколько ватт на квадратный метр).

Поскольку относительно широкое распространение вертикальные теплообменники стали получать примерно 15 - 20 лет назад, во всем мире ощущается недостаток экспериментальных данных, полученных при длительных (несколько десятков лет) сроках эксплуатации систем с теплообменниками такого типа.

С 1986 года в Швейцарии, недалеко от Цюриха, проводились исследования системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками /45/. В грунтовом массиве был устроен вертикальный грунтовой теплообменник коаксиального типа глубиной 105 м. Этот теплообменник использовался в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии для теплонасосной системы, установленной в одноквартирном жилом доме. Вертикальный грунтовой теплообменник обеспечивал пиковую мощность примерно 70 Вт на каждый метр длины, что создавало значительную тепловую нагрузку на окружающий грунтовой массив. Годовое производство тепловой энергии составляет около 13 МВт•ч.

Осенью 1996 года, через десять лет после начала эксплуатации системы, измерения были возобновлены. Эти измерения показали, что температура грунта существенным образом не изменилась. В последующие годы были зафиксированы незначительные колебания температуры грунта в пределах 0,5 ⁰C в зависимости от ежегодной отопительной нагрузки. Таким образом, система вышла на квазистационарный режим после первых нескольких лет эксплуатации.

На основании экспериментальных данных были построены математические модели процессов, проходящих в грунтовом массиве, что позволило сделать долгосрочный прогноз изменения температуры грунтового массива.

Математическое моделирование показало, что ежегодное понижение температуры будет постепенно уменьшаться, а объем грунтового массива вокруг теплообменника, подверженного понижению температуры, с каждым годом будет увеличиваться.

По окончании периода эксплуатации начинается процесс регенерации: температура грунта начинает повышаться. Характер протекания процесса регенерации подобен характеру процесса "отбора" тепла: в первые годы эксплуатации происходит резкое повышение температуры грунта, а в последующие годы скорость повышения температуры уменьшается. Продолжительность периода "регенерации" зависит от продолжительности периода эксплуатации. Эти два периода примерно одинаковы. В рассматриваемом случае период эксплуатации грунтового теплообменника равнялся тридцати годам, и период "регенерации" также оценивается в тридцать лет.

Таким образом, системы тепло- и холодоснабжения зданий, использующие низкопотенциальное тепло земли, представляют собой надежный источник энергии, который может быть использован повсеместно. Этот источник может использоваться в течение достаточно длительного времени и может быть возобновлен по окончании периода эксплуатации.

Расчет земляного коллектора.

Расчет земляного коллектора для тепловых насосов «грунт - вода». Отбор тепла из грунта осуществляется горизонтальными коллекторами или вертикальными зондами рис. 6.8.

Тепло из грунта отбирается горизонтальным геотермальным контуром, который переносит, а затем отдает его рабочей среде в тепловом насосе. Под источником тепла, применительно к грунту, понимается верхний слой почвы глубиной до 1,2 - 3,5 м.

Поступающее из глубинных слоев вверх тепло составляет лишь 0,063 - 0,1 Вт/м².

Рис. 6.8. Горизонтальный коллектор и зонд для теплосъема с грунта

Количество полезного тепла, размеры необходимой площади зависят от теплофизических свойств этого грунта и от энергии инсоляции, т. е. от климатических условий.

Такие термические характеристики верхнего слоя грунта, как объемная теплоемкость и теплопроводность, очень сильно зависят

от состава и состояния грунта. Аккумулирующие свойства и теплопроводность грунта тем выше, чем больше содержание в нем воды, чем больше доля минеральных компонентов и чем меньше количество пор.

Удельный отбор мощности для грунта при этом составляет от 10 до 35 Вт/м².

Этими показателями определяется площадь грунта в зависимости от теплопотребления здания и состояния почвы.

Теплосъем почвы в зависимости от состояния грунта:

Сухая песчаная почва q = 10 - 15 Вт/м²;

Влажная песчаная почва q = 15 - 20 Вт/м²;

Сухая глинистая почва q = 20 - 25 Вт/м²;

Влажная глинистая почва q = 25 - 30 Вт/м²;

Почва с грунтовыми водами q = 30 - 35 Вт/м².

Необходимая площадь грунта определяется в зависимости от холодопроизводительности теплового насоса:

Q_х = Q_тн – N,

где Q_х – холодопроизводительность теплового насоса, кВт;

Q_тн - тепловая нагрузка теплового насоса, кВт;

N - потребляемая мощность, кВт.

Тепловые насосы имеют показатели температур B0/W5. B0 - входная температура рассола, ⁰C,W - выходная температура теплоносителя, ⁰C и холодопроизводительность, кВт. При удельном отборе мощности q, Вт/м² грунта определяется необходимая площадь для геоконтура составляет, м²:

F =

Для отбора тепла с данной площади грунта требуется прокладка нескольких петель полиэтиленовых труб, заполненных специальной жидкостью (рассолом).

Для расчета длины контура необходимо также учитывать шаг укладки и диаметр трубы.

полиэтиленовой трубы20×2,0: прибл. 0,33 м (l = 3 п.м трубы/м²);

полиэтиленовой трубы 25×2,3: прибл. 0,50 м (l = 2 п.м трубы/м²);

для полиэтиленовой трубы 32×2,9: прибл. 0,70 м (l = 1,5 п.м трубы/м²).

Длина траншеи, м:

L = F l,

где L – длина траншеи, п.м.; l - п.м трубы/м²

Определение числа веток коллектора из труб разного диаметра:

n = ,

где 100 – длина ветки коллектора, м.

Геотермальный контур может быть выполнен трубами различного диаметра, в зависимости от теплосъема грунта. Чем больше диаметр, тем меньше метраж траншеи.

Так компания SunDue разработала и запатентовала способ укладки геотермального контура «Многоэтажка». Он позволяет снять 75 ватт с погонного метра траншеи, и еще больше сэкономить на земляных работах, а также позволяет уменьшить площадь дорогостоящего земельного участка, выделяемую под геоконтур.

В качестве рассола используется пропиленгликоль. Количество теплоносителя в трубопроводе таблица 6.2.

Определение объема теплоносителя циркулирующего по контуру:

V_р = F g

Таблица 6.2. Количество теплоносителя в трубопроводе

Диаметр, мм	Теплоноситель g, л	Диаметр, мм	Теплоноситель g, л
20х2,0	0.201	50х2,9	1,595
25х2,3	0,327	50х4,46	1,308
32х3,0	0,531	63х5,8	2,070
40х2,3	0,984	63х3,6	2,445
40х3,7	0,835

Земляной зонд – двойной U-образный трубчатый зонд. Для небольших земельных участков, а также при дооснащении существующих зданий, земляные зонды являются альтернативой горизонтальному коллектору.

Другим вариантом являются две двойных U-образных петли полимерного трубопровода в одной скважине. Все промежутки между трубами и грунтом заполняются материалом с хорошей теплопроводностью - бетонитом рис.6.9.

Рис. 6.9. U-образный геозонд

RL - Обратная магистраль рассольного контура; VL - Подающая

магистраль рассольного контура; A - Бетонит-цементная суспензия;

B Защитный колпачок

Охлажденный теплоноситель (рассол) перетекает к нижней точке, а затем обратно - к испарителю теплового насоса. При этом он отбирает тепло. Удельный тепловой поток в значительной степени непостоянен и составляет от 20 до 100 Вт/м длины зонда. Если исходить из среднего значения 50 Вт/с - это означает, что, например, для теплового насоса холодопроизводительностью 10 кВт требуется зонд длиной 200 м или четыре зонда по 50 м.

Расстояние между 2 земляными зондами должно составлять:

- при глубине до 50 м минимум 5 м

- при глубине до 100 м минимум 6 м

Возможный удельный отбор мощности для земляных зондов (двойных U-образных трубчатых зондов) с погонного метра таблица 6.3.

Таблица 6.3. Удельный отбор мощности для земляных зондов

Грунт	удельный отбор мощности, Вт/м
Плохой грунт (сухая осадочная порода) λ < 1,5 Вт/(м · K)
Нормальная твердая каменная порода и насыщенная водой осадочная порода λ < 1,5‐3,0 Вт/(м · K)
Твердая каменная порода с высокой Теплопроводностью λ > 3,0 Вт/(м · K)
Галька, сухой песок	< 20
Галька, влажный песок	55-65
Влажная глина, суглинок	30-40
Известняк (массивный)	45-60
Песчаник	55-65
Кислые магматические породы (например, гранит)	55-70
Основные магматические породы (например, базальт	35-55
Гнейс	60-70

Расчет источников тепла для тепловых насосов «вода-вода».

Грунтовые воды. Тепловые насосы «вода – вода» используют тепло, содержащееся в грунтовых водах. Тепловой насос «вода-вода» рис.6.10.

Тепловые насосы на грунтовых водах позволяют дать высокие показатели мощности. Грунтовые воды в течение всего года имеют постоянную температуру от 7 до 12 ⁰C (для Европы). Поэтому, по сравнению с другими источниками тепла, требуется сравнительно небольшое повышение температуры, чтобы иметь возможность использовать воды для отопления.

Рис. 6.10. Тепловой насос «вода-вода»

A - тепловой насос; B - поглощающая скважина;

C - добывающая скважина; D - напорная труба; E - нагнетательная труба; F - обратный клапан;. G - погружной насос;. H - направление потока грунтовых вод; K - колодезная скважина; L - насос промежуточного

контура; M - теплообменник промежуточного контура

Рекомендуется между отбором добывающей скважиной и возвратом воды в грунт поглощающей скважиной соблюдать расстояние не менее 5м. Добывающая и поглощающая скважины должны быть ориентированы в направлении потока грунтовых вод, чтобы исключить "замыкание" потоков. Поглощающая скважина должна быть выполнена таким образом, чтобы выход воды происходил ниже уровня грунтовых вод.

Посредством нагнетательного насоса грунтовые воды подаются к испарителю теплового насоса. Там они отдают свое тепло рабочей среде или хладагенту, который при этом испаряется. Грунтовые воды в зависимости от конструкции установки охлаждаются до разности температур 5K, в остальном же их качество остается неизменным. В завершение вода возвращается в подземные грунтовые воды через поглощающую скважину.

Для приближенного расчета можно использовать следующую схему. Теплообменник промежуточного контура теплового насоса на рис.6. 11.

Рис. 6.11. Теплообменник промежуточного контура

A – вода; B - рассол (антифриз)

Понижение 1 м³ воды на один градус дает 1 кВт тепла. Если на входе в тепловой насос имеем 10 градусов, а на выходе 6 ⁰С, то с 1 м³ воды получаем 4 кВт тепла.

Насос 10 кВт =2,5 м³. Для полноценной работы насоса такой мощности необходим дебет скважины 2,5 м³ воды в час.

Расчет горизонтального коллектора теплового насоса

Съем тепла с каждого метра трубы зависит от многих параметров: глубины укладки, наличия грунтовых вод, качества грунта и т.д. Ориентировочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов он составляет 20 Вт/м. Более точно: сухой песок – 10, сухая глина – 20, влажная глина – 25, глина с большим содержанием воды – 35 Вт/м².

Разницу температуры теплоносителя в прямой и обратной линии петли при расчетах принимают обычно равной 3 °С. На участке над коллектором, не следует возводить строений, чтобы тепло земли пополнялось за счет солнечной радиации.

Минимальное расстояние между проложенными трубами должно быть 0,7 – 0,8 м. Длина одной траншеи составляет обычно от 30 до 120 м. В качестве теплоносителя первичного контура рекомендуется использовать 25% раствор гликоля. Теплоемкость раствора при температуре 0 °С составляет 3,7 кДж/(кг·К), плотность – 1,05 г/см³. При использовании антифриза потери давления в трубах в 1,5 раза больше, чем при циркуляции воды. Для расчета параметров первичного контура теплонасосной установки потребуется определить расход антифриза:

V_s =

Последняя величина рассчитывается как разница полной мощности теплового насоса Q_wp и электрической мощности, затрачиваемой на нагрев фреона P, кВт:

Q_o = Q_wp – P,

Суммарная длина труб коллектора L и общая площадь участка под него F рассчитываются по формулам:

L = ,

F = L d_а,

где q – удельный теплосъем, Вт/м; d_a – расстояние между трубами, шаг укладки.

Контрольные вопросы

1. Как можно извлечь низкопотенциальную теплоту Земли?

2. Какие Вы знаете виды систем для использования низкопотенциальной тепловой энергии грунта?

3. Какие Вы знаете виды горизонтальных грунтовых теплообменников?

4. Каковы преимущества вертикальных грунтовых теплообменников?

5. Каковы сечения различных типов вертикальных грунтовых теплообменников?

6. Назовите преимущество геотермальных тепловых насосов.

7. Назовите проблемы, возникающие при эксплуатации горизонтальных, вертикальных грунтовых теплообменников

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ ЗА РУБЕЖОМ

В мире по прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году доля тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%. Тепловые насосы обладают целым рядом достоинств по сравнению с другими теплопреобразующими установками. Экономичностью, повсеместностью применения, экологичностью,универсальностью, безопасностью. Теплонасосные установки стали стремительно вытеснять другие способы теплоснабжения.

В Японии ежегодно производится около 3 млн. тепловых насосов разной мощности, в США эта цифра составляет 1 млн. тепловых насосов. В Швеции 50% всего отопления обеспечивают тепловые насосы. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник тепла Балтийское море с температурой воды 8 ⁰С.

Сравнительный анализ объемов использования теплонасосной техники по некоторым странам представлен в табл. 7.1.

Таблица 7.1. Доля тепловых насосов в теплоснабжении

Страна	Тепловые насосы	Другие источники
США	37%	63%
Швеция	50%	50%
Россия	0,1%	99,9%

Экономичность. Тепловой насос использует подведенную к нему энергию значительно эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Величина коэффициента преобразования теплоты у него много больше единицы. Например, m = 3,5 означает, что, подведя к машине 1 кВт электрической энергии, на выходе получается 3,5 кВт тепловой мощности, то есть 2,5 кВт природа предлагает «безвозмездно», поэтому, в среднем 60 - 75% потребностей теплоснабжения дома ТН обеспечивает за счет теплоты окружающей среды без дополнительной оплаты. Действительно, первоначальные удельные затраты на тепловой насос и монтаж системы сбора теплоты довольно ощутимы и составляют 300 - 1200 долл. США/кВт потребной мощности отопления. Но капиталовложения окупаются за 4 - 9 лет только за счет сберегаемого топлива и электричества.

При сложившемся уровне цен на энергоносители ТН по экономичности уступают пока только газовым котлам, но заметно выигрывают у жидкотопливных и электрических. Служат они по 15 - 20 лет до капремонта, в то время как газовое отопительное оборудование требует постоянной смены горелок с периодичностью в 3 - 5 лет. Так же, газовое отопительное оборудование требует постоянного обслуживания. В связи с ростом цен на все виды органического топлива, лидерство тепловых насосов обеспечено.

Повсеместность применения. Одними из наиболее распространенных естественных источников низкопотенциальной теплоты являются теплота грунта и окружающего воздуха. Эти источники везде, в том числе и в отдаленных районах, при отсутствии газовых магистралей и централизованных электросетей, позволяют бесперебойно обеспечивать теплоснабжение автономного потребителя, не завися от капризов погоды, поставщиков дизельного топлива или падения давления газа в сети. Для привода компрессора в некоторых моделях используются дизельные или бензиновые электрогенераторы.

Экологичность. Тепловые насосы не только экономят финансовые средства, но и улучшает экологическую обстановку в местах размещения. Агрегат не сжигает топливо, следовательно, не образуются вредные окислы типа CO, СO₂, NO₂, SO₂ , PbO₂. Применяемые же в современных тепловых насосах хладагенты не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны.

Универсальность. Тепловые насосы обладает свойством обратимости (реверсивности). В холодный период года они могут использоваться для теплоснабжения, а в теплый - для кондиционирования воздуха - хладоснабжения. Летом избыточную энергию иногда отводят на подогрев бассейна.

Безопасность. Эти агрегаты практически взрыво- и пожаробезопасны. Отсутствует процесс сжигания топлива. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей.

Мировой опыт показывает, что энергетические и экологические проблемы с неизбежностью приводят к необходимости широкого применения тепловых насосов.

Вышеуказанные преимущества теплонасосных установок, обусловили их широкое применение в развитых странах табл. 7.2.

Таблица 7.2. Установленная мощность тепловых насосов по данным на 2002 год /43/

№	Страна	Установленная мощность, МВт	Произведенная энергия, ТДж/год
	США	4 800,0	12 000,0
	Швеция	377,0	4 128,0
	Канада	360,0	891,0
	Германия	344,0	1149,0
	Швейцария	300,0	1 962,0
	Австрия	228,0	1094,0
	Финляндия	80,5	484,0
	Франция	48,0	255,0
	Польша	26,2	108,3
	Австралия	24,0	57,6
	Литва	21,0	598,8
	Болгария	13,3	162,0
	Нидерланды	10,8	57,4
	Чехия	8,0	38,2
	Сербия	6,0	40,0
	Норвегия	6,0	31,9
	Исландия	4,0	20,0
	Япония	3,9	64,0
	Венгрия	3,8	20,2
	Дания	3,0	20,8
	Словения	2,6	46,8
	Словакия	1,4	12,1
	Россия	1,2	11,5
	Италия	1,2	6,4
	Великобритания	0,6	2,7
	Турция	0,5	4,0
	Греция	0,4	3,1
	Всего:	6 675,4	23 268,9

Затраты электрической энергии на теплонасосную установку в значительной мере зависят от температуры низкопотенциального источника рис.7.1.

Рис. 7.1. Затраты энергии в тепловом насосе на единицу

выработанного тепла

Структура действующего парка тепловых насосов по тепловым мощностям в разных странах сильно различается. Если для Японии средняя мощность теплового насоса, по-видимому, не превышает 10 кВт, то в Швеции она приближается к 100 кВт.

Тепловая мощность мирового парка тепловых насосов, по минимальной оценке, составляет 250 тыс. МВт, годовая выработка теплоты - 1 млрд Гкал, что соответствует замещению органического топлива в объеме до 80 млн т условного топлива.

Большинство выпускаемых в мире тепловых насосов представляют собой моноблочную конструкцию, работающую по схеме одноступенчатой парокомпрессионной холодильной машины. В качестве рабочего тела используются различные фреоны, не запрещенные к применению Монреальским протоколом: R-22, R-134a, R-142b и др. Они обеспечивают нагрев теплоносителя до 50 - 65 ⁰С.

Высокими темпами с начала 80-х годов идет внедрение ТНУ в Швеции, занимающей второе место в мировом рейтинге. В этой стране характерно использование крупных установок тепловой мощностью более 30 МВт. Источником низкопотенциальной теплоты служат в основном очищенные сточные воды, морская вода и сбросная вода промышленных предприятий. Среди этих теплонасосных установок наиболее крупные расположены в городах Мальме - 40 МВт, Упсала - 39 МВт и Эребру - 42 МВт.

Наиболее мощная 320 МВт Стокгольмская установка, использующая в качестве источника низкопотенциальной теплоты воду Балтийского моря. Эта установка, расположенная на причаленных к берегу баржах, охлаждает зимой морскую воду от 4 до 2 ⁰С. Себестоимость теплоты от этой установки на 20 % ниже себестоимости теплоты от котельных. Количество теплоты, вырабатываемой теплонасосными установками в Швеции, уже составляет около 50 % требуемого тепла.

В Германии в эксплуатации находятся сотни тысяч теплонасосных установок, которые используются в водяных, а также в воздушных системах отопления и кондиционирования воздуха. Преобладают тепловые насосы с электроприводом. Кроме того, применяют сотни теплонасосных установок большой мощности с приводом от дизельных и газовых двигателей. Источниками теплоты служат воздух наружный и вытяжной, грунт, вода и др. Крупные тепловые установки работают, как правило, в системах централизованного теплоснабжения. Построено несколько десятков абсорбционных тепловых насосов единичной тепловой мощностью до 4 МВт.

В настоящее время в Германии выделяется самая крупная среди развитых стран государственная дотация из бюджета: за 1 кВт тепловой мощности пущенного в эксплуатацию теплового насоса выплачивается 300 марок. И это притом, что по производству экономичных индивидуальных котлов на жидком и газообразном топливе для централизованного и индивидуального теплоснабжения Германия занимает одно из первых мест в мире.

В Швейцарии первые теплонасосные установки были построены еще в 30-х годах прошлого столетия. Сейчас в эксплуатации находятся десятки тысяч теплонасосных установок в основном небольшой тепловой мощности.

Построены крупные установки для работы в системах централизованного теплоснабжения. Самой крупной из них является установка в г. Лозанне тепловой мощностью 7,0 МВт с электроприводом. Швейцарской национальной программой энергосбережения предусматривается за три ближайших года увеличить втрое производство теплоты тепловыми насосами. Для реализации этой программы выделяются значительные дотации.

Типичный пример теплонасосной установки для комплекса плавательных бассейнов в Честере Англия. Два плавательных бассейна представляют часть большого закрытого спортивного центра и потребляют большую часть энергии, подаваемой в здание с расчетной тепловой нагрузкой 2 МВт. В комплекс поступает свежий воздух расходом 46 м³/с, из которых 21 м³/с подается в зал бассейна. Высокая кратность вентиляции минимизирует конденсацию в зале и прилегающих комнатах, а также уменьшает запах хлора, применяемого в целях стерилизации. Полная тепловая нагрузка 2 МВт складывается из нагрева воды в бассейне, горячей воды для душевых и отопления примыкающего служебного здания. Около 3/4 полного расхода тепла идет на вентиляцию, из них плавательный бассейн потребляет половину.

В данном случае наиболее экономичным является применение замкнутого контура с промежуточным теплоносителем в вентиляционных каналах совместно с теплонасосной системой. Сбросной воздух, проходя мимо части замкнутого контура, предварительно охлаждается, отдавая долю скрытого тепла, а затем ещё охлаждается на 4 ⁰С в испарителе теплового насоса. Свежий воздух сначала нагревается второй половиной замкнутого контура, а затем догревается в конденсаторе теплового насоса. В общем тепловом балансе замкнутый контур возвращает около 400 кВт, а тепловой насос - немного более 1 МВт, оставляя сравнительно малую часть тепловой нагрузки для покрытия с помощью традиционных источников.

Применение теплового насоса в плавательных бассейнах не ограничивается системами «воздух-воздух». Фирма Sulzer, имеющая большой опыт в применении тепловых насосов в плавательных бассейнах, комбинирует ряд тепловых насосов, каждый из которых имеет свое назначение. Типичным примером может служить установка в Линденберге это закрытый бассейн с водной поверхностью 315,5 м² имеет температуру воздуха 30 - 32 ⁰С и температуру воды на 2 ⁰С ниже.

Контрольные вопросы

1. Назовите достоинства тепловых насосов?

2. В какой стране больше всего производится энергии тепловыми насосами?

3. Какова самая малая и большая мощность теплового насоса?

4. Какого типа в основном применяют тепловые насосы в других странах?