ОСОБЕННОСТИ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Тепловой насос представляет собой устройство, в котором происходит перенос тепловой энергии от источника низкого потенциала к источнику более высокого потенциала. В настоящее время систематика теплонасосных установок (ТНУ) пока окончательно не определена. ТНУ включает три основных элемента: собственно тепловой насос, низкопотенциальный источник теплоты (НПИТ) и потребитель теплоты.

По типу теплоносителей НПИТ и теплового потрибителя рассматриваются следующие ТНУ: воздухо-воздушные, воздухо-водяные, водо-воздушные, водо-водяные.

Воздухо-воздушные установки используются в системах круглогодичного кондиционирования воздуха производственных  и бытовых помещений, для кондиционирования воздуха в животноводческих комплексах, в сушильных установках.

Воздухо-водяные ТНУ используются для горячего водоснабжения, теплоснабжения или в технологических целях.

Водо-воздушные и водо-водяные ТНУ используются для подогрева приточного воздуха  в системах кондиционирования, для отопления и горячего водоснабжения.

В связи с тем, что одинаковые ТНУ, использующие однотипные НПИТ, применяются для различных целей, схемы ТНУ удобно классифицировать по областям применения.

Таблица 1.

Виды ТНУ по типу теплоносителей НПИТ

В отдельную категорию можно выделить установки с двухцелевым назначением, например охлаждение и пастеризация  молока,охлаждение катка и теплоснабжение плавательного бассейна и другие. Кроме того,все типы установок могут использоваться для утилизации и возврата в цикл тепла с различных технологических процессов.

Выбор схемы ТНУ в значительной степени определяется видом НПИТ. В ТНУ могут использоваться НПИТ как естественного, так и искусственного происхождения. К естественным НПИТ относятся воздух, вода и грунт.

Воздуx является самым распространенным и дешевым источником теплоты. Однако как теплоноситель воздуx имеет низкое значения коэффициента теплоотдачи, что требует большиx теплообменныx поверxностей испарителей. Для уменьшения поверxности снижают температуру кипения xолодильного агента в испарителе, что сопровождается снижением коэффициента трансформации. Кроме того, при температуре кипения ниже 0°С на поверхности испарителя образуется иней, который снижает коэффициент теплопередачи и увеличивает гидравлическое сопротивление по воздуху. Применение систем оттаивания испарителей усложняет ТНУ. Кроме того, наружный воздух имеет сезонные колебания температуры, что требует изменения режимов работы ТНУ.

Несмотря на эти недостатки, воздух как универсальный НПИТ имеет достаточно широкое применение. Вода является идеальным источником НПИТ. Она обеспечивает высокие коэффициенты теплоотдачи. Однако открытые водоемы и реки на большой части территории страны в связи с низкой зимной температурой воды (2-4 °С) требуют больших расходов воды и затрат энергии на прокачку через испаритель, чтобы предотвратить ее замерзание. Наиболее эффективно использование воды крупных незамерзающих водоёмов и морей в южных районах нашей страны.

Большой интерес представляют естественные подземные источники воды, температура которых примерно постоянно круглый год, но для ее получения требуются более глубокие скважины, что сопряжено с большими затратами.

В качестве естественного НПИТ также используется грунт, причем как для зимнего отопления, так и для летнего охлаждения объектов. То есть теплообменники, заложенные в грунте, в зависимости от сезона выполняют роль испарителя или конденсатора. Их заглубляют и сезонные колебания температуры.

НПИТ искусственного происхождения являются тепловые отходы различных производств. Тепловые отходы промышленности по своим размерам могут быть весьма значительными. Например, отходящие горячие газы промышленных печей в среднем содержат около 30-40 % теплоты, поступающей в печи, а теплота, теряемая со сбросной нагретой водой в сталеплавильных печах, составляет 15-25 % от теплоты расходуемого топлива. Огромное количество низкопотенциальной теплоты выбрасывается с охлаждающей водой в различных процессах.

ТНУ широко применяются в промышленности для утилизации теплоты различных технологических процессов с целью возврата его обратно в цикл или для отопления и горячего водоснабжения. Наибольшее применение в промышленности ТНУ нашли в сушильных, выпарных, дистилляционных и других теплообменных и массообменных аппаратах. Пример возможного использования ТНУ для утилизации тепла в различных технологических и производственных процессах можно привести еще во многих отраслях промышленности: текстильной, деревообрабатывающей и других. Таким образом везде, где имеются низкотемпературные выбросы теплоты, может быть достигнута определенная экономия топлива и энергии путем применения теплонасосных установок.

Расчет мощности тепловых насосов

Потребляемая насосом мощность определяют  по формуле:

                                        N=  кВт.

где: Q – объемная производительность насоса, м³/c;

ρ – плотность перекачиваемой жидкости, кг/м³;

g – ускорение силы тяжести, м/c²;

Н – напор создаваемый насосом, м;

ƞ – к.п.д.  насоса.

Список литературы:

1. В.П. Проценко, В.К. Сафонов, Д.К. Ларкин. Тепловые насосы: Учеб. пособие. Москва, 1984. – 40с.
2. В.С. Мартыновский. Тепловые насосы. Заведений. – Госэнергоиздат. Москва, 1955. -7с.
3. Н.А. Бакланов. Насосы в химической промышленности. «Химия» изд. Ленинград, 1970. – 49с.