Тепловые насосы

При более низких температурах наружного воздуха  включается в работу компрессор КМ2 и конденсатор К2 второй ступени. Регулирование работы установки  в диапазоне температур от tпр до температуры t1 осуществляется с помощью регулятора температуры, воздействующего на дроссельный вентиль Д2. Иногда верхняя ступень теплового насоса заменяется электрическим нагревателем, что снижает начальные затраты, но приводит к увеличению расхода электроэнергии.

Для круглогодичного кондиционирования в южных районах (отопление зимой, кондиционирование воздуха летом) распространение получают мелкие теплонаносные автоматизированные агрегаты (кондиционеры с тепловым насосом) для обслуживания небольших одноквартирных домов и отдельных комнат. Эти установки очень компактны и используют наружный воздух в качестве источника низкой температуры. Реверсирование установки, то есть переход с холодильного режима на теплонаносный осуществляется изменением направления потока рабочего тела. В мелких установках, где в качестве дросселирующего органа служит капиллярная трубка, изменение потока жидкого рабочего тела не вносит каких-либо затруднений в эксплуатацию.

 

 

 

 

 

5. Пример использования теплонаносной системы для горячего водоснабжения жилого дома

В Москве, в микрорайоне  Никулино-2 фактически впервые была построена теплонаносная система  горячего водоснабжения многоэтажного  жилого дома. Этот проект был реализован в 1998-2002 годах Министерством обороны  РФ совместно с Правительством Москвы, Минпромнауки России, Ассоциацией "НП АВОК" и ОАО "ИНСОЛАР-ИНВЕСТ" в рамках "Долгосрочной программы энергосбережения в г. Москве". Проект выполнен под научным руководством доктора технических наук, член-корреспондента РААСН Ю. А. Табунщикова.

В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для испарителей тепловых насосов используется тепло грунта поверхностных слоев Земли, а также тепло удаляемого вентиляционного воздуха. Такая система также допускает использование в качестве низкопотенциального источника тепловой энергии тепло сточных вод. Установка для подготовки горячего водоснабжения расположена в подвале здания. Она включает в себя следующие основные элементы:

- парокомпрессионные  теплонаносные установки (ТНУ);  
- баки-аккумуляторы горячей воды;  
- системы сбора низкопотенциальной тепловой энергии грунта и низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха;  
- циркуляционные насосы, контрольно-измерительную аппаратуру.

Основным теплообменным  элементом системы сбора низкопотенциального  тепла грунта являются вертикальные грунтовые теплообменники коаксиального  типа, расположенные снаружи по периметру  здания. Эти теплообменники представляют собой 8 скважин глубиной от 32 до 35 м каждая, устроенных вблизи дома.

Система сбора  низкопотенциального тепла удаляемого вентиляционного воздуха предусматривает  устройство в вытяжных вентиляционных камерах теплообменников-утилизаторов, гидравлически связанных с испарителями теплонаносных установок. В этом случае обеспечивается более глубокое охлаждение вытяжного воздуха и использование его тепла в тепловых насосах для получения горячей воды.

Система решена следующим образом. Из вентиляционных шахт удаляемый воздух собирается в коллектор и из него вытяжным вентилятором прогоняется через теплообменник-утилизатор, охлаждается и выбрасывается в атмосферу. Теплообменник-утилизатор связан с испарителем теплового насоса промежуточным контуром при помощи циркуляционного насоса. От конденсатора теплового насоса полезное тепло отводится в систему горячего водоснабжения.

Поскольку режим  работы тепловых насосов, использующих тепло земли и тепло удаляемого воздуха, постоянный, а потребление  горячей воды переменное, система  горячего водоснабжения оборудована баками-аккумуляторами.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

6. Компрессор - элемент теплового насоса

Компрессоры паровых  холодильных машин входят в состав герметически закрытой системы и  предназначены для отсасывания  холодного агента из испарителя в  целях поддержания в последнем давления Ро, сжатия пара и выталкивания его в конденсатор при давлении Рк, необходимом для сжатия.

Производительность  компрессора характеризуется холодопроизводительностью  машины и зависит от конструкции, режима работы холодильной машины и холодильного агента, на котором она работает.

7. Классификация компрессоров

Гидравлической  машиной называют устройство, преобразующее  механическую работу в энергию потока жидкости и наоборот.

Турбиной или  гидродвигателем называется гидравлическая машина, в которой в результате обмена энергией происходит преобразование механической энергии жидкости в механическую работу (вращение вала, возвратно-поступательное движение поршня и т.д.).

Нагнетатель - гидравлическая машина, в которой происходит преобразование механической работы в механическую энергию жидкости. Основное назначение нагнетателя - повышение полного давления перемещаемой среды.

Насос - устройство, служащее для напорного перемещения (всасывания, нагнетания) главным образом  капельной жидкости в результате сообщения ей энергии. Насосы в основном классифицируют по принципу действия и конструкции. В этом смысле их подразделяют на объемные и динамические.

Компрессором  называют воздуходувную машину, предназначенную  для сжатия и подачи воздуха или какого-либо газа под давлением не ниже 0,2 МПа.

Объемные компрессоры  работают по принципу вытеснения, когда  давление перемещаемой среды повышается в результате сжатия. В таких компрессорах среда перемещается путем периодического изменения объема камеры, попеременно сообщающейся со входом и выходом компрессора. К ним относятся возвратно-поступательные (поршневые) и роторные (аксиально и радиально-поршневые, шиберные (пластинчатые), винтовые и т.п.) компрессоры.

К преимуществам  объемных компрессоров относятся:

- возможность  развивать напор независимо от  подачи;  
- высокий КПД;  
- способность перекачивать жидкости различных вязкости и температуры;  
- возможность перекачивать жидкости, содержащие твердые взвеси;  
- хорошая всасывающая способность;  
- отсутствие пенообразования.

К недостаткам  объемных компрессоров относятся:

- сложность  конструкции;  
- сложная система регулирования подачи;  
- пульсирующая подача перекачиваемой жидкости.

Динамические  компрессоры работают по принципу силового действия на перемещаемую среду. В таких компрессорах среда под воздействием гидродинамических сил перемещается в камере (незамкнутом объеме), постоянно сообщающейся с входом и выходом компрессора. К ним относятся лопастные (радиальные, центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т.п.).

Лопастными  называют компрессоры, в которых  среда перемещается за счет энергии, передаваемой ей при обтекании лопастей рабочего колеса. Лопастные компрессоры  объединяют две большие группы компрессоров: центробежные и осевые. В центробежных компрессорах среда перемещается через рабочее колесо от центра к периферии, а в осевых - через рабочее колесо в направлении его оси.

В компрессорах трения и инерции среда перемещается под действием сил трения и сил инерции. В эту группу входят вихревые, лабиринтные, червячные и другие насосы. Среди них выделяют группу насосов-аппаратов, то есть насосов без движущихся частей (не считая клапанов). К этой группе относятся струйные насосы, эрлифты, вытеснители.

Часто насосы поставляют в виде насосного агрегата, то есть насоса и двигателя соединенных между собой. Кроме того, существует понятие насосная установка, то есть насосный агрегат с комплектом оборудования, смонтированного по определенной схеме, обеспечивающей работу насоса в заданных условиях.

 

8. Требования к компрессорам

При проектировании и изготовлении современных компрессоров предусматривают максимальную унификацию и стандартизацию конструкций, то есть создание одинаковых узлов и деталей  для компрессоров с неодинаковой холодопроизводительностью и работающих на разных холодильных агентах. Унификация и стандартизация конструкций значительно облегчают организацию серийного производства, снижают себестоимость производства и ремонта.

Компрессоры, используемые в системах теплогазоснабжения и вентиляции, должны удовлетворять следующим основным требованиям:

- соответствие  фактическим параметрам работы (давление, расход и мощность) заданным расчетным  условиям;  
- возможность регулирования подачи и давления в определенных пределах;  
- устойчивость и надежность в работе;  
- простота монтажа;  
- бесшумность при работе.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

9. Область применения различных насосов, нагнетателей и компрессоров

Нагнетатели различных  типов находят широкое применение в системах вентиляции и кондиционирования воздуха гражданских, общественных и промышленных зданий, в системах тепло-, газо и водоснабжения, в различных теплоэнергетических установках, в химической, добывающей, машиностроительной и других отраслях народного хозяйства.

Наибольшее применение получили радиальные (центробежные) нагнетатели со спиральным кожухом общего и специального назначения. Используемые в качестве насосов, они создают напор 3500 м и более и имеют подачу 100 000 м3/ч в одном агрегате; при использовании в качестве вентиляторов их подача достигает 1 000 000 м3/ч в одном агрегате.

Центробежные  насосы в системах теплоснабжения применяют  для подачи сетевой воды. В теплоэнергетических  установках центробежные насосы применяют  для питания котлоагрегатов, а  также для подачи конденсата в системе регенеративного подогрева питательной воды и циркуляционной воды в конденсаторы турбин. Их используют также в системах гидрозолоудаления. Центробежные насосы применяют для подачи различных растворов и реагентов в технологических системах производств; в строительной и угольной промышленности - при гидромеханизации разработки грунтов и при гидравлическом способе добычи угля; в торфяной промышленности - для разработки залежей торфа и подачи смеси торфа с водой.

Осевые нагнетатели широко применяются как в качестве вентиляторов, так и в качестве насосов. В последние годы в связи с увеличением мощностей паровых турбин циркуляционная вода в конденсаторы турбин подается быстроходными осевыми насосами.

Вихревые насосы обычно применяют при необходимости создания большого напора или малой подачи. Поэтому их широко применяют в химической промышленности для подачи кислот, щелочей и других химически агрессивных реагентов, где при малых подачах (мала скорость протекания химических реакций) необходимы высокие напоры (велики гидравлические сопротивления реакторов и давления, при которых протекают реакции). Вихревые машины используют в качестве вакуум-насосов и компрессоров низкого давления. В последние годы они находят применение в системах перекачки сжиженного газа.

Поршневые насосы применяют для питания паровых  котлоагрегатов малой паропроизводительности и в качестве дозаторов реагентов  для поддерживания требуемого качества питательной и котловой воды крупных  котлоагрегатов. На тепловых электростанциях поршневые компрессоры служат для обдува поверхностей нагрева котельных агрегатов с целью их очистки от летучих золы и сажи, а также для снабжения воздухом пневматического инструмента и прессов.

Роторные нагнетатели  применяют на электростанциях в системах смазки и регулирования турбин (шестеренные насосы), часто используют в качестве компрессоров.

Струйные нагнетатели  получили широкое применение во многих отраслях народного хозяйства: в  промышленной теплоэнергетике; в теплофикационных установках - в качестве элеваторов на вводах теплосети в здание; в системах вентиляции цехов химических предприятий, взрыво, пожароопасных помещений - в качестве эжекторов в вытяжных установках; в холодильных установках и для питания паровых котлов в передвижных паросиловых установках - в качестве инжекторов; в установках пневмо и гидротранспорта, водоснабжения и др. Струйные насосы используют для удаления воздуха из конденсаторов паровых турбин и в абонентских теплофикационных вводах в качестве смесителей прямой и обратной воды.

Центробежные  компрессоры являются основным видом  компрессорных машин в химическом и металлургическом производствах. Эти машины получают распространение  в системах магистрального газоснабжения.

Компрессоры используются практически во всех отраслях народного хозяйства. Сжатый воздух как энергоноситель применяется в различных пневматических устройствах на машиностроительных и металлообрабатывающих заводах, в горно-добывающей и нефтяной промышленности, при производстве строительных и ремонтных работ. Компрессоры необходимы в газовой промышленности при добыче, транспортировке и использовании природных и искусственных газов.

В химической промышленности газовые многоступенчатые компрессоры  используются в циклах синтеза химических продуктов при высоком давлении. В последнее время сжатый воздух, получаемый от поршневых компрессоров, находит применение в текстильной промышленности как энергоноситель для проведения ткацкого процесса.

В установках умеренного и глубокого холода, а также  в газотурбинных установках компрессоры являются органической частью, в значительной степени, определяющей экономичность агрегатов.

 

10. Кондиционирование. Пассивное и активное. Принцип

  Принцип холодоснабжения  очень прост. В зимнее время тепловой насос «трансформирует» тепло из окружающей среды для использования в системе отопления. Летом, наоборот, «холод» из скважины (7-9 градусов) используется, чтобы создать необходимый климат в помещениях дома. Фанкойлы подключаются к внешнему коллектору, а принцип работы системы холодоснабжения такой же, как и системы отопления, за исключением того, что вместо радиаторов используются фанкойлы.  
  Пассивное охлаждение