Земля и грунтовые воды сохраняют тепло даже зимой. Тепловые насосы могут использовать это тепло, повышая температуру отведенного тепла и передавая его в систему отопления.
В обычных бытовых холодильниках по замкнутому контуру циркулирует хладагент. Он отбирает тепло из внутренней камеры холодильника и отводит его в наружу через заднюю стенку. Тепловой насос работает по тому же принципу, но при этом используется не холод, а тепло.
Тепловой насос отбирает рассеянное тепло у внешнего теплоисточника (земля, грунтовые воды, воздух). Температура этого тепла повышается до уровня, необходимого системе отопления. Для повышения температуры тепловому насосу необходима дополнительная энергия. Эффективный тепловой насос отличается тем, что тепло, отобранное у внешнего теплоисточника многократно превышает количество необходимой для подъема температуры энергии.
В силу климатических причин в Европе доминирует использование тепловых насосов в домашних отопительных системах. После энергетического кризиса 1970-х в Германии резко выросло число установленных тепловых насосов. Падение цен на энергоносители и технические проблемы привели в 1985 – 1993 к падению спроса на эти системы. В настоящее время технические проблемы решены, системы работают надежно, их мощность повысилась. Начиная с 1993, число установленных тепловых насосов снова растет. В 2000 в Германии были установлены около 5.700 тепловых насосов, 94% из них – в новостройках. Теплонасосные установки составляют в Германии 2% всех домашних отопительных систем. В Щвейцарии этот показатель превышает 30%.
-------------------------------------------------------------------------------------------
Чрезвычайно важная тема – тепловые насосы. Поэтому я счел необходимым дополнить Аннотацию к книге /Рей Д., Макмайкл Д. Тепловые насосы/ (см. выше) более расширенной аннотацией.
«…Стремление уменьшить затраты первичной энергии (потребление топлива) без снижения или даже с увеличением отдачи энергии конечному потребителю за счет более рационального способа ее преобразования — главная тенденция современной техники. Это относится и к системам теплоснабжения зданий и промышленных объектов.
Отдавая в конечном виде энергию в форме низкотемпературной теплоты (вода ниже 100 или воздух ниже 50° С), эти системы потребляют для нагрева высококачественное топливо в котельных с нагревом продуктов сгорания до 1500° С, либо, что еще более расточительно, электроэнергию.
Масштабы затрат топлива на теплоснабжение весьма велики — более половины всего котельно-печного топлива. Термодинамически рационально расходуется только та его часть, которая сжигается на теплоэлектроцентралях (ТЭЦ) — здесь в максимальной степени используется высокотемпературное тепло продуктов сгорания для выработки электроэнергии, а для теплоснабжения — теплоноситель той температуры, которая близка к необходимой для отопления.
Однако во многих случаях использование ТЭЦ может быть нерациональным. Там, где потребители теплоты рассредоточены, где не позволяют природные условия, основным источником теплоты остаются различные котельные и печи — от индивидуальных внутридомовых печей до крупных районных котельных, а также различные электронагревательные приборы. Тепловой насос призван в максимальной степени заменить отопительные огневые и электронагревательные установки.
Развитие теплонасосных установок происходит в настоящее время стремительно. На наших глазах из существующей в течение 100 лет загадки термодинамики они становятся распространенным средством теплоснабжения. Если в настоящее время отопительных теплонасосных установок для зданий миллионы и промышленных — тысячи, то в ближайшие одно-два десятилетия их количество вырастет еще в 10 раз, а общая мощность, по прогнозу технического комитета МИРЭК по тепловым насосам, составит к 2000 г. от 50 до 150 млн. кВт.
Предлагаемая книга показывает, что тепловой насос находится в центре внимания зарубежных исследователей и промышленных фирм. Это важная область деятельности для машиностроителей и энергетиков, действительно позволяющая обеспечивать теплоснабжение с минимальными затратами первичной энергии и вытеснением органического топлива.
Относительно перспектив применения теплонасосных установок в СССР можно отметить следующее. Исторически сложилось так, что в СССР получил широчайшее применение только один из способов энергетически эффективного теплоснабжения — комбинированная выработка теплоты и электроэнергии на ТЭЦ (теплофикация). Масштабы теплофикации в СССР выше, чем во всех зарубежных странах, вместе взятых.
Теплонасосные установки с электроприводом можно рассматривать в термодинамическом смысле как разновидность теплофикации, т. е. выдачу полезной теплоты не за счет недоотпуска электроэнергии, а за счет ее потребления. В СССР они еще мало распространены. Однако имеется много возможностей их эффективного применения, в основном для частичной замены котельных на органическом топливе, а также с использованием сбросного, геотермального или солнечного тепла.
Особо следует отметить тепловые насосы, потребляющие не электроэнергию, а газ (абсорбционные и компрессионные с газомоторным приводом). Они подробно описаны в предлагаемой книге.
Авторы снабдили книгу обширной библиографией, и в этом также ее несомненное достоинство. Вызывает сожаление лишь отсутствие отечественных работ по тепловым насосам. Хотя практическое развитие тепловых насосов в СССР еще уступает зарубежному, многие основополагающие работы были сделаны и опубликованы именно в нашей стране [1].
Среди них следует отметить работы известного физика В. А. Михельсона, который в 1920 г. разработал подробный проект парокомпрессионной теплонасосной установки с аккумулированием солнечного тепла в грунте [1].
Заслуживает особого упоминания работа В. А. Зысина, где предложена схема теплового насоса с газомоторным приводом.
В [7] были впервые проведены подробные расчеты теплонасосных установок для централизованного теплоснабжения с пиковым догревом подаваемой воды в обычных котельных и показаны возможные объемы вытеснения органического топлива в годовом разрезе.
Широко применяемые в настоящее время промышленные тепловые насосы открытого цикла для получения острого пара с помощью сжатия в компрессоре сбросного пара низкого давления (их в мировой технике уже более 700) рассматривались в [8].
Концепция крупных теплонасосных станций и маневренных теплонасосных ТЭЦ сформулирована в [11]. Длительно и успешно работающие советские теплонасосные установки, как на морской воде в системе теплохладоснабжения здания, так и промышленная для процесса сушки, описаны в [12].
Вопросы экономики, весьма важные для принятия решений о применении тепловых насосов, но недостаточно освещенные в предлагаемой книге, более подробно рассмотрены в книге «Парокомпрессионные теплонасосные установки» Ё. И. Янтовского и Ю. В. Пустовалова (М., Энергоиздат, 1982).
Предлагаемая вниманию читателей книга дает представление об истории разработки, физических принципах и основных схемах применения тепловых насосов, а также об уровне развития этой техники за рубежом.
Основное достоинство книги — описание реализованных схем теплонасосных установок.
Несомненно, что знакомство советского читателя с данной книгой будет полезным и даст новый импульс широкому применению тепловых насосов в СССР.
Е. И. Янтовский
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Михельсон В. А. Проект динамического отопления. Собр. соч., т. 1. — М.: Изд-во с.-х. акад. им. К. А. Тимирязева, 1930, с. 321—357; Журн. прнкл. фнз., 1926, т. 3, вып. 3—4, с. 243—260.
2. Гельперин Н. И. Тепловой насос. —Л.: ГНТИ, 1931. — 152 с.
3. Гохштейн Д. П. Использование отходов тепла в тепловых насосах. — М.—Л.: Госэнергонздат, ,1956. — 80 с. Современные методы термодинамического анализа энергетических установок. — М.: Энергия, 1969. — 368 с.
4. Мартыновский В. С. Тепловые насосы.— М.—Л.: Госэнергонздат, 1955.— 192 с. Циклы, схемы и характеристики термотрансформаторов. — М.: Энергия, 1979. —285 с.
5. Бродянский В. М. Эксергетнческнй метод термодинамического анализа.— М.: Энергия, 1973.— 296 с.
6. Зысин В. А. Отопительные установки с тепловым насосом. Работы ЦКТИ. Кн. 4, вып. 1. —М.—Л.: Машгнз, 1947, с. 31—39. Комбинированные парогазовые установки н циклы. — М.—Л.: Госэнергонздат, 1962.— 186 с.
7. Каплан А. М. Тепловые насосы, их техннко-экономяческне возможностя н области применения. Работы ЦКТИ. Кн. 4, вып. 1. — М.—Л.: Машгнз, 1947, с. 3—30.
8. Ложкин А. Н. Трансформаторы тепла. — М.—Л.: Машгнз, 1948. — 200 с.
9. Розенфельд Л. М., Звороно Ю. С, Оносовский В. В. Применение фреоновой холодильной машины для охлаждения н динамического отопления.— Теплоэнергетика, 1961, № 6, с. 12—16.
10. Ундриц Г. Ф. Использование холодильных машин для целей отопления.— Изв. Энергет. нн-та им. Г. М. Кржижановского, 1933, т. 1, с. 107—132.
И. Янтовский Е. И., Пустовалов Ю. В., Янков В. С. Теплонасосные станции в энергетике. — Теплоэнергетика, № 4, 1978, с. 13—19.
12. Гомелаури В. И., Везиришвили О. Ш. Опыт разработки н применения теплонасосных установок. — Теплоэнергетика, № 4, 1978, с. 22—25.
…»
