*Инженерные вопросы при проектировании установок тепловых насосов.
Практические возможности теплового насоса по разогреву теплоносителя ограничены температурой конденсации хладагента в теплообменнике между ним и теплоносителем, эта величина обычно лежит в пределах от +50°С до +60°С. С учётом неизбежных теплопотерь в магистралях по доставке теплоносителя к конечному потребителю тепловой энергии, необходимо уведомить заказчика, что теплоноситель, поступающий к потребителям, будет иметь температуру в интервале от +45°С до +55°С. Если такого уровня температур недостаточно конечному потребителю, то необходимо дооборудование комплекса теплового насоса устройствами дополнительного разогрева теплоносителя.
В области проектирования «наземной» части установок тепловых насосов смело можно использовать готовые и испробованные инженерные решения, руководствуясь техническим заданием от заказчика, в котором должно быть чётко указано: какое удельное количество тепловой энергии необходимо получать от проектируемой установки, или какую удельную тепловую нагрузку должен компенсировать тепловой насос для потребителя в результате своей работы.
В большинстве случаев заказчик в своём техническом задании может предоставить только среднестатистические показатели по необходимому ему количеству тепловой энергии, однако в моменты пиковых нагрузок эти числовые значения могут быть неоднократно превышены, поэтому каждый из контуров системы теплового насоса необходимо оборудовать своеобразными «аккумуляторами тепла» и «аккумуляторами холода», в зависимости от задачи, решаемой теплообменным контуром.
Реально-действующий тепловой насос фактически никогда не будет иметь долговременно стабильную тепловую нагрузку, например: при изменении температуры окружающей среды изменятся и требования к температуре нагревания воды, подаваемой в систему отопления зданий.
В связи с постоянно меняющимися требованиями от потребителей тепловой энергии, технически и экономически работа установки теплового насоса должна предусматривать безболезненное и, желательно, как можно наиболее плавное изменение режима от «zero» (установка отключена) до «maximum» (всё работает в предельно-допустимом режиме). Такое условие требует необходимости 100%-го управления скоростями движения (производительностями) хладагента, хладоносителя и теплоносителя, индивидуально в каждом контуре. Кроме этого возникает необходимость общего, комплексного управления всеми теплообменными контурами для соблюдения совокупного термо-баланса работающих систем теплового насоса.
Контроль за температурным балансом требует в системе:
- наличие «тёплых» и «холодных» датчиков температуры и давления в каждом из контуров теплообмена;
- наличие программируемого по задачам заказчика «мозгового центра» (процессора), способного считывать и анализировать показания датчиков, принимать решения по внесению изменений в деятельность контуров применительно к установленной задаче и вырабатывать соответствующие команды «исполнительным механизмам»;
- наличие «исполнительных механизмов», способных регулировать работу каждого контура в соответствии с командами от процессора…
Процессоры, датчики, контакторы, реле, моторчики, мотор-насосы, мотор-компрессор… а если ещё и с частотным управлением производительности… без потребления электричества тепловым насосам пока не обойтись, а автономное электроснабжение доступно далеко не везде…
Что касается расчётов и разработки конструктива внешнего теплообменника для контура хладоносителя, то это совершенно эксклюзивная задача в каждом конкретном случае создания теплового насоса, использование типовых (разработанных кем-то ранее и для иного места расположения) решений практически не применимо.
«Индивидуальный проект» означает существенное повышение себестоимости комплектации и стоимости работ по монтажу системы теплового насоса на месте эксплуатации.
Тепловой насос – работоспособное инженерное решение, но не обладающее «быстрой экономической выгодой» после внедрения в эксплуатацию.
Расчёт долговременных экономических преимуществ теплового насоса, выполненный в привязке к экономической ситуации сегодняшнего дня, может служить очень косвенным показателем, так как даже небольшое изменение тарифов на потребление электроэнергии в сторону увеличения нивелирует возможные в будущем выгоды…
Как и любое иное сложно-техническое оборудование, тепловой насос требует регулярного наблюдения и технического обслуживания квалифицированными специалистами, а стоимость оказания таких услуг, к сожалению, не стоит на месте…
Использование в системе теплового насоса компрессора, насосов и иных электроприводных механизмов означает наличие трущихся поверхностей (износ), контактных систем (окисление), теплообменных аппаратов на границах химически активных сред (коррозия) – то есть комплектующие теплового насоса имеют ограниченный временной ресурс эксплуатации…
Принятие специальных мер по экологической безопасности системы теплового насоса то же совершенно не удешевляет…
Желательно чтобы маркетологи от «тепловых насосов» не умалчивали о скрытых недостатках подобных систем, а желающие использовать подобные решения были в курсе того, что их ожидает в будущем.
главный инженер Новиков В.В., академический советник Международной Академии Холода