Тепловые насосы в Приморском крае.

В прибрежных регионах России и в Приморском крае в частности, имеется значительный природный аккумулятор теплоты – огромные количества морской воды, омывающей побережье. Температура морской воды в зимний период времени зависит от глубины, наличия течений и других факторов и по различным данным составляет от 0 до 10 ⁰С. После проведения температурного мониторинга морской воды в прибрежных районах можно выявить места, где целесообразно с наибольшей эффективностью использовать теплоту, запасенную морем. Причем можно применять и скважинные технологии, и технологии, используемые в траншейном методе.

Обобщения результатов измерений температурного режима залива Петра Великого за период 1925 - 2001 гг., проведенные В.А. Лучиным /23/, показывают, что температура воды на глубине до 50 м в холодный период времени не превышает 0 - +2 ⁰С.

Поэтому целесообразность использования этих акваторий для теплоснабжения с использованием ТНУ может быть определена после анализа направлений преобладающих морских течений и их мощности /22/.

Перспективным направлением является использование комбинированных солнечно-теплонасосных систем теплоснабжения с длительным аккумулированием тепловой энергии.

Солнечная водонагревательная установка (СВНУ) работает в температурном режиме при малых тепловых потерях, а ТНУ повышает температурный потенциал до требуемого для систем теплоснабжения значения 60 - 70 ⁰С.

Опыт эксплуатации СВНУ, накопленный в процессе работы Лаборатории /19/, доказывает необходимость создания систем длительного аккумулирования тепловой энергии избыточно производимой в теплое время года.

Прорабатывается возможность создания комбинированной солнечно - теплонасосной системы для теплоснабжения объектов с возможностью длительного аккумулирования тепловой энергии /20/. В не отапливаемый период года СВНУ работает на бак-аккумулятор, обеспечивая систему горячего водоснабжения, а избыточная тепловая энергия запасается в аккумуляторе длительного хранения теплоты. В зимний период СВНУ полностью работает на бак-аккумулятор, обеспечивающий систему теплоснабжения, а недостающая для компенсации тепловых потерь объекта тепловая энергия, при помощи теплонасосной установки перекачивается из теплового аккумулятора в бак-аккумулятор. В случае недостатка в тепловой энергии или при отказе одной из систем подключается дублирующий источник.

В настоящее время нашли широкое применение тепловые насосы, использующие в качестве низкотемпературного источника теплоту грунта. В мировой практике применяются два способа изъятия теплоты грунта:

- бурятся скважины глубиной до 100 и более метров, в которых размещаются петли промежуточных теплообменников контура испарения теплового насоса (зонды);

- выкапываются траншеи глубиной до 2 - 3 м и в них размещаются петли промежуточных теплообменников.

В Приморском крае расчетная глубина промерзания грунта составляет 1,8 - 2,0 м и при отрицательных температурах грунт находится в течение 4 - 6 месяцев. Поэтому необходим тщательный анализ температурных режимов и характеристик грунта в месте размещения скважин для оценки экономической целесообразности использования подобных систем.

Перспективным направлением является использование тепловых насосов в системах длительного аккумулирования тепловой энергии нетрадиционных теплоэнергетических установок.

Расчеты показывают, что количество теплоты, произведенное солнечной водонагревательной установкой с суммарной площадью коллекторов 30 м², включенной в систему отопления коттеджа общей площадью 300 м² , составляет 18 - 22 тыс. кВт×час/год, причем избыточно произведенное количество тепловой энергии в летний период года может достигать 8 - 12 тыс. кВт×ч/год, притом, что потребности дома в теплоте с учетом горячего водоснабжения составляют 40 - .45 тыс. кВт×ч/год. Следовательно, комбинированная солнечная система теплоснабжения автономного объекта с длительным аккумулированием может взять на себя до 50 % тепловой нагрузки. В случае использования солнечной водонагревательной установкой с суммарной площадью коллекторов 55 м² с длительным аккумулированием, может быть достигнуто 90 % замещение тепловой нагрузки.

Для целей длительного аккумулирования теплоты могут быть использованы:

Грунтовые аккумуляторы.

В качестве аккумулирующего вещества в грунтовых аккумуляторах используется глина, гравий /34/. Зона накопления теплоты находится на глубине до 30 м, температура накопления – 10 - 15 ⁰С. Грунтовый аккумулятор может быть разделен на две зоны: в центре – высокотемпературная до 60 ⁰С, а ее окружает низкотемпературная до 25 ⁰С . Недостатком данного аккумулятора является низкая теплоотдача к грунтовым теплообменникам при использовании промежуточного теплоносителя.

Сезонный водяной аккумулятор теплоты.

Используют заглубленные, теплоизолированные емкости большого объема, заполненные водой. Температура накопления 60 ⁰С и выше. Накопленную энергию используют для отопления в низкотемпературных системах отопления или для предварительного подогрева в высокотемпературных системах отопления.

Сезонный аккумулятор, образованный заполнением водой скальных выемок. Аккумулятор может служить как высокотемпературный аккумулятор теплоты. Система, использующая данный тип аккумулирования, позволяет обеспечить потребность в отоплении целого жилого района. При использовании солнечных высокотемпературных коллекторов, температура в аккумуляторе может быть поднята до 90 ⁰С.

Геотермические источники.

Геотермические источники представляют собой пробуренные вертикально или наклонно скважины глубиной 100 - 200 м. Скважины бурятся таким образом, чтобы достичь и упереться в скальный массив. В таких системах скальная порода может служить для аккумулирования теплоты, которая впоследствии используется тепловыми насосами. Недостатком геотермических источников является возможность использования в регионах, где мало или нет подпочвенных вод и их дороговизна.

Таким образом, задача применения тепловых насосов для утилизации теплоты вторичных энергоресурсов и сезонного аккумулирования энергии нетрадиционных энергетических установок уже назрела. Для ее разрешения в Приморском крае есть квалифицированные кадры, а отечественная промышленность освоила выпуск необходимого оборудования /28/ и имеет опыт разработки и создания ТНУ для теплоснабжения объектов ЖКХ.

Экономическая оценка различных схем теплоснабжения показала рис. 8.3., что ежегодные затраты на теплоснабжение СВНУ с тепловым насосом и длительным аккумулированием тепловой энергии составляют 0,2 руб./кВт×ч тогда, как стоимость тепловой энергии от бойлера составляет более 1,6 руб./кВт×ч.

Рис. 8.3. Удельные годовые затраты на теплоснабжение автономного объекта для разных схем теплогенерирующей установки.

Контрольные вопросы

1. В каких отраслях, прежде всего, планируется использовать теплонасосные установки в России?

2. Какова планируемая мощность тепловых насосов в России в 2005-2020 годах.

3. Что такое комбинированные теплонасосные системы?

4. Где, в основном, необходимы теплонасосные установки в сельскохозяйственном производстве?

5. Каково назначение тепловых насосов, устанавливаемых для работы в системе централизованного теплоснабжения?

6. Где работают тепловые насосы ЗАО “Энергия”?

7. Какие еще проектные организации разрабатывают теплонасосные установки?

1. Глубина укладки грунтовых коллекторов?

9. Температура морской воды в районе г. Владивостока?

10. Что представляет собой комбинированная солнечно-теплонасосная система?

11. Какие технические решения используются для длительного аккумулирования теплоты?