В предыдущей статье об энергоэффективных технологиях, внедренных в детском саду № 3 в г. Ошмяны, рассказывалось о работе солнечного коллектора. В этот раз речь пойдет о преимуществах и эффективности тепловых насосов.
Тепловые насосы относятся к альтернативным источникам энергии. Они вырабатывают тепловую энергию с помощью возобновляемых ресурсов: теплоты воздуха, земли или грунтовых вод. Система тепловых насосов работает по принципу переноса теплоты из одной среды в другую. Выработанная тепловая энергия получается экологически чистой, недорогой и может использоваться для нагрева воды, отопления помещений и для кондиционирования воздуха.
Тепловой насос называют «холодильником наоборот». Холодильник выводит тепловую энергию из морозильника в помещение, тем самым, охлаждая продукты. Проверить это можно, если прикоснуться к задней стенке холодильника: она будет горячей. Испаритель же (тот же морозильник) теплового насоса располагается на улице, отбирает тепловую энергию из окружающей среды и переносит её в систему отопления или горячего водоснабжения.
Путешествие хладагента
Термодинамический цикл теплового насоса осуществляется с помощью четырех элементов: испарителя, компрессора, конденсатора и клапана, посредством рабочего вещества – хладагента. Во время перехода хладагента из жидкого в газообразное состояние тепловая энергия поглощается, а при переходе из газообразного в жидкое происходит её отдача.
Давайте детально опишем каждый этап. Вначале в испаритель попадает хладагент и забирает теплоту из окружающей среды. Рабочее вещество закипает и принимает форму газа. Далее хладагент попадает в компрессор, где за счет повышения давления происходит его сжатие, и, соответственно, растёт температура. После чего он направляется в конденсатор, который играет роль теплообменника. Там происходит передача тепловой энергии от хладагента воде, а уже нагретая вода поступает в систему отопления и ГВС. Сам же хладагент охлаждается и переходит в жидкое состояние. Чтобы цикл повторился вновь, давление хладагента должно снизиться. Для этого рабочее вещество проходит через расширительный клапан. Путешествие хладагента продолжится до тех пор, пока не будет получено необходимое количество тепловой энергии.
Всего существует три основных вида тепловых насосов: грунтовый (грунт-вода), водяной (вода-вода, вода-воздух), воздушный (воздух-вода, воздух-воздух). Они различаются по виду теплоносителя и целям использования тепла.
Экономично и экологично
Теловой насос заслуженно известен своей энергоэффективностью и экономичностью. Используя 1 кВт·ч электроэнергии, он может произвести 3-5 кВт·ч тепловой энергии. По сравнению с электронагревателями, которые вырабатывают 0,99 кВт·ч на 1 кВт·ч электроэнергии, эффективность выше в 3-5 раз.
Насос использует возобновляемые источники энергии, соответственно в атмосферу не выделяются вредные вещества и парниковые газы. Потребители тепловых насосов сохраняют почву, воздух и воду чистыми. К тому же, отсутствуют взрывоопасные вещества, топливо или открытый огонь, что повышает пожарную безопасность здания.
Работа тепловых насосов полностью автоматизирована и практически не требует технического обслуживания. Срок службы достигает 30-ти лет, после чего может потребоваться замена узлов. Основной, и наверно, единственный минус – это первоначальная стоимость оборудования. Окупаемость зависит от типа насоса, характеристик здания и местности, но даже в самых неблагоприятных климатических условиях она составит до 10-ти лет.
Теплота из воздуха – реальные цифры детского сада № 3
В детском саду № 3 установлено два воздушных тепловых насоса белорусского производства. Хладагент забирает тепловую энергию из воздуха посредством испарителя, который находится на крыше ясли-сада, и передает воде. В качестве хладагента используется вещество R407C, которое обладает нулевым воздействием на озоновый слой. Температура его кипения изменяется от +15 до -30° С в зависимости от режима работы и температуры наружного воздуха.
Тепловые насосы являются основным источником тепловой энергии ясли-сада. Тепловая мощность двух насосов позволяет полностью обеспечить нужды отопления и ГВС при наружной температуре до -5 °С. При более низкой температуре недостаток тепловой энергии покрывается из сети централизованного теплоснабжения.
В отдельном помещении вместе с тепловыми насосами установлены 2 бака-накопителя емкостью по 1 м3. Тепловые насосы оснащены контроллерами, которые автоматически управляют их работой. Один из тепловых насосов оборудован главным контроллером, который управляет не только работой теплового насоса, но и всей системой отопления по заданному температурному графику, а также системой горячего водоснабжения.
Первые четыре месяца эксплуатации тепловых насосов показали высокую эффективность их работы. В целом на нужды отопления, ГВС и вентиляции ясли-сада за ноябрь-февраль 2020-2021 гг. было использовано 120,5 МВт·ч (или 103,5 Гкал) тепловой энергии. При этом из тепловой сети поступило только 20,5 МВт·ч (или 17,5 Гкал). Потребление электричества за этот же период составило 33,9 МВт·ч. Средний за этот период коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую составил 2,95.
Если сравнивать с отопительным периодом 2018-2019 года, то потребление тепловой энергии сада за 4 месяца снизилось на 161 МВт·ч (138,4 Гкал) или на 58,8%. При этом потребление тепловой энергии из тепловой сети снизилось на 268,2 МВт·ч или на 220,6 Гкал, что дало экономию для бюджета района 38,5 тыс. руб. В то же время увеличились затраты на электричество, которые составили 14,4 тыс. руб. Таким образом, чистая экономия за 4 месяца эксплуатации составила 24,1 тыс. руб.
Тепловые насосы образуют идеальный тандем с солнечным коллектором, который гарантирует максимальную эффективность работы систем отопления и ГВС.
Сегодня тепловые насосы устанавливаются повсеместно в различных типах зданий, в т.ч. частных домах, а количество потребителей такого оборудования растёт с каждым годом. Ведь чистая тепловая энергия – это взгляд в будущее, а сами тепловые насосы уже производят в Республике Беларусь.
Материал подготовлен в рамках реализации проекта «Внедрение мероприятий по энергоэффективности с целью устойчивого энергетического развития Ошмянского района Беларуси», финансируемого Европейским Союзом и софинансируемого Ошмянским районным исполнительным комитетом в рамках программы «Соглашение Мэров — демонстрационные проекты».
Татьяна Остроух