Московский  Государственный Гуманитарный Университет

им.  М.А. Шолохова 
 
 
 

Реферат

На тему: «Альтернативные источники энергии. Тепловой насос»

Дисциплина: «Социальная экология» 
 
 
 
 
 

Выполнил  студент

3 курса  з/о отделения

факультета журналистики:

Бибаев  Олег 

Преподаватель:

Мерщиев А.В. 
 
 
 

Москва 2010

Содержание:

Введение………………………………………………….…….. 3

Работа теплового  насоса ……………………………….............3

Область применения тепловых насосов ………………............ 6

Преимущества  тепловых насосов ………………………. …….7

Системы на базе тепловых насосов ……………………………9

Техническое обслуживание ……………………………... …….13

Вывод …………………………………………………………….. 14

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

ВВЕДЕНИЕ.

Одним из вариантов  замены газа при отоплении домов  является использование тепла, которое  имеется на нашей планете. Солнце - самый мощный источник энергии на Земле. Оно нагревает воздух, воду, земную поверхность и глубины. И до 60% отопительной энергии можно получить бесплатно от природы. Учеными был создан тепловой насос, который и извлекает эту накопленную солнечную энергию. Используя тепло, рассеянное в окружающей среде (в земле, воде, воздухе), тепловой насос обладает поразительной эффективностью: затратив 1 кВт электроэнергии в приводе насоса, можно получить 3-4, а часто и до 5-6 кВт тепловой энергии, срок службы до капремонта теплонасоса - 15-20 лет. 
 
Что же такое теплонасосы? Тепловые насосы- это экологически чистые компактные соле/водяные установки, позволяющие получать тепло для отопления и горячего водоснабжения за счет использования тепла низкопотенциального источника (тепло грунтовых, артезианских вод, озер, морей, грунтовое тепло, тепло земных недр) путем переноса его к теплоносителю с более высокой температурой.

Теплонасосы оснащены циркуляционными насосами - как для  контура рабочей жидкости, так  и для водяного контура системы отопления. Для обоспечения оптимальной выработки тепла теплонасосы укомплектованы автоматизированной системой управления - при помощи датчиков температура в отопительной системе подстраивается под изменения наружной температуры.

1. РАБОТА ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Рассмотрим  как же работает тепловой насос:

1. Теплоноситель,  проходя по трубопроводу, уложенному, например, в землю нагревается  на несколько градусов. Внутри  теплового насоса теплоноситель,  проходя через теплообменник,  называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.

2. Внутренний  контур теплового насоса заполнен  хладагентом. Хладагент, имея  очень низкую температуру кипения,  проходя через испаритель, превращается  из жидкого состояния в газ. Это происходит при низком давлении и низкой температуре.

3. Из испарителя  газообразный хладагент попадает, в компрессор, где он сжимается,  его температура повышается.

4. Далее горячий  газ поступает во второй теплообменник  (конденсатор). В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.

5. При прохождении  хладагента через редукционный  клапан - давление понижается, хладагент  попадает в испаритель, и цикл  повторяется снова. 

Тепловые насосы используются в холодное время года для отопления помещения, а в теплое время года их используют для охлаждения воздуха в доме. Принцип работы такого насоса при охлаждении помещения такой же, как и при отоплении. Только тепло в этом случае забирается из воздуха в помещении и отдается земле или водоему.

В данном случае принцип работы теплового насоса практически полностью совпадает с принципом работы холодильника.

Вообщем тепловой насос - это просто другое название холодильника, который представляет собой машину Карно, работающую в  обратном направлении. Холодильник перекачивает тепло из охлаждаемого объема в окружающий воздух. Если поместить холодильник на улице, то, извлекая тепло из наружного воздуха и передавая его во внутрь дома, то можно таким нехитрым способом обогревать помещение.  

 

Тепловой насос  совместим с практически любой циркуляционной теплопроводной отопительной системой. Для отапливания помещения, размером 100 кв.м., необходимо приобрести оборудование на сумму, примерно, 4-5 тыс. евро. Установка такого котла рассчитывается индивидуально, в зависимости от источника получения тепла. 
Из чего могут получать тепло тепловые насосы? Вариантов несколько:  

1. Земные недра

Земные недра  являются бесплатным теплоисточником, поддерживающим одинаковую температуру  круглый год. Использование тепла  земных недр является экологически чистой, надежной и безопасной технологией.

Буровые работы проходят в течении одного дня. В  зависимости от различных факторов скважина должна быть где-то в пределах 60-200 м. в глубину. Ее ширина 10-15 см.

Установка может  быть внедрена на участке земли малой площади. Объем восстановительных работ после бурения незначителен, влияние скважины- минимально. Установка не оказывает влияния на уровень грунтовых вод, так как грунтовые воды не задействованы в процессе.

Блгодаря теплу, которое содержится в земле, эффективность такого насоса получается довольно высокой. Примерные цифры таковы, что затрачивая 1кВт электрической энергии на перемещение жидкости в грунт и обратно, Вы получаете 4-6 кВт энергии на отопление.

Уровень капиталовложений достаточно высок в установку на базе тепла земных недр, но взамен Вы получаете безопасную в эксплуатации, с максимально длительным сроком службы систему с достаточно высоким коэффициентом преобразования тепла.

2. Тепло грунта

Грунтовый источник - близрасположенное тепло. В поверхностном слое земли накапливается тепло в течение лета, эту энергию также имеет смысл использовать для отопления. Сохраненное в почве тепло согреет Вас даже в холодную погоду.

Тепло из почвы  поставляется посредством пластикового шланга, который укладывается по периметру участка на глубине 1 м. Желательно, чтобы почва была влажной. Но и сухой грунт не доставит больших проблем, прийдется увеличить длину контура. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами должно быть около 1 м. Экологически чистая, морозоустойчивая жидкость, циркулирующая в системе, переносит тепло к теплонасосу.

Для получение 10кВт  на отопление прийдется уложить 350-450 погонных метра трубопровода. Это  примерно займет участок 20х20 метров.

Длина коллектора/высота водного столба (для теплонасоса с источником тепла "земные недра") зависит от многих факторов: среднегодовой региональной темературы, степени покрытия теплонасосом общих энергорасходов, глубины залегания грунтовых вод и величины водного потока.

3. Водные источники тепла

Использование тепла воды для обогрева помещений  является идеальным вариантом.

Шланг для передачи тепла укладывается на дне или  в донном грунте, где температура  еще немного выше, чем температура  воды. Важно, чтобы шланг снабжался  отягощающим грузом для предотвращения всплытия на поверхность. Для этого на 1 погонный метр трубопровода укладывается около 5 кг груза. Вторым вариантом может быть укладка шланга в грунт на дне водоема.

Для получение 10кВт  на отопление прийдется уложить  по дну 300 погонных метра трубопровода.

Солнце нагревает  воду в морях, озерах и других водных источниках. Солнечная энергия накапливается  в воде и донных слоях. Температура  редко снижается ниже +4 °C.

Чем ближе у  поверхности, тем больше годовые  колебания температуры, но на глубине температура более стабильна.

 
 
Эффективность работы ТН определяется соотношением полученной потребителем тепловой энергии к затраченной  электрической и носит название коэффициент преобразования (КОП). Основными  параметрами, определяющими величину КОП, являются температуры низкопотенциального источника (НИТ) и системы отопления или горячего водоснабжения (ГВС). Так, при tнит = +8С и tотоп= +65С КОП = 3, т. е. на один киловатт затраченной электроэнергии потребитель получит 3 кВт тепла, т. е. две единицы тепла получены от НИТ. Необходимо помнить, что при охлаждении воды на 1С выделяется 1.163 кВт тепла. В качестве НИТ могут использоваться: грунтовые воды, речная, морская вода, вода очистных сооружений, технологические воды промышленности, а также непосредственно воздух и тепло земли. 
 
При повышении температуры НИТ возрастает КОП, который при tнит = +40С равен 7,8. 

2.   ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 
    
   Системы на базе тепловых насосов (ТН) главным образом применяются для систем отопления и воздушного кондиционирования, но также могут использоваться для любого охлаждения. 
    
   Решение о применении ТН основано на принципе экономии. Большинство систем обогрева и кондиционирования могут быть спроектированы с использованием ТН. 
    
   Системы с тепловыми насосами могут устанавливаться: в коттеджах, административных и промышленных зданиях и т.п. 
    
   Данные системы работают в любых климатических зонах, включая даже вечную мерзлоту. 
    
   Ниже обозначены лучшие условия применения ТН.
1. 1) Систему с ТН наиболее экономично устанавливать в новом здании. Т.к. технологию относительно легко внедрять, также можно экономично заменить существующую систему при ее износе.
2. 2) В климатах с холодными зимами или жаркими сезонами ТН на водном источнике может работать намного эффективнее, чем воздушные тепловые насосы или другие системы воздушного кондиционирования. ТН также значительно эффективнее других электрических тепловых систем, и в зависимости от стоимости топлива, могут быть экономичнее других систем обогрева.
3. 3) В климатах с высокими перепадами дневных температур, ТН показывает превосходную эффективность.
4. 4) На территориях, где натуральный газ недоступен или где его стоимость или другого топлива приближается к стоимости электричества, ТН экономически выгодны. Они функционируют с коэффициентом выработки от 3 до 4,5 по сравнению с традиционными - 80 - 90%. Поэтому, когда стоимость электричества (за кВт) менее, чем в 3,5 раза превосходит стоимость традиционного теплового топлива (за кВт), то система с ТН имеет более низкую энергетическую стоимость.
5. 5) В зданиях с многочисленными контролируемыми температурными зонами или при выгодности индивидуальной регулируемой нагрузки, ТН предлагают значительные возможности для индивидуального температурного контроля, т.к. они удачно спроектированы для использования многочисленных унитарных систем.
6. 6) На территориях с невысокими расходами на бурение могут быть особенно привлекательными геотермальные системы с вертикальным грунтовым теплообменником.
7. 7) В местах с высокой влажностью почвы и высоким уровнем грунтовых вод, размер подземной соединенной системы уменьшен, что приводит к общей экономии.

 

3. ПРЕИМУЩЕСТВА  ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ 

Около 100,000 ГТН функционируют в частном  и общественном секторах в США, большинство  из этих систем установлены для индивидуальных потребителей.

Опыт  применения доказал следующие  преимущества систем ГТН по сравнению с традиционными системами отопления и кондиционирования.

1.  Экономичность. Ежегодные расходы на отопление в 4 - 6 раз меньше по сравнению с традиционными котлами и печами. Так, при подводе к тепловому насосу, например, 1 кВт электроэнергии, в зависимости от режима работы и условий эксплуатации, производит до 3 - 4 кВт тепловой энергии. Также они экономичны летом, т.к. сбрасывают тепло в относительно холодную среду (обычно землю). Срок окупаемости оборудования в среднем 2-3 года. Сравнительные экономические расчеты и опыт эксплуатации подтверждают выгодность применения этой технологии

2.   Высокий уровень комфорта. В течение всего года создаются желаемые условия в помещении. Управлять и поддерживать работу ГТН также просто, как при воздушном кондиционере. Достаточно включить установку в сеть и установить нужную температуру на термостате. Оборудование компактно, тихо работает; Установка не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, т.к. нет внутреннего и внешнего блока и занимает минимум пространства и о ней станет известно Вашим гостям только, если Вы этого захотите.

3.  Минимальное обслуживание и высокая степень автономности. Работают полностью в автоматическом режиме. Требования по техническому обслуживанию ясны и не требуется новых навыков по техническому обслуживанию. ГТН действительно требуют меньшего технического обслуживания (ТО), чем обычные воздушные кондиционеры.

4.  Надежность. ГТН - технология зрелая и надежная. Тепловые насосы много лет применяются в развитых странах и доказали свою надежность и долговечность на практике. Имеют срок службы до капитального ремонта 10-15 лет.

5.  Безопасность. Данные установки даже высокой мощности имеют высокую степень безопасности, т.к. не связаны с горючими/ взрывоопасными материалами, процессами горения, высокими температурами.

6.  Экологическая чистота. Тепловые насосы работают с возобновляемыми ресурсами, не выделяют вредных веществ в окружающую среду.

Ограничения технологии.

Применение  системы ГТН затрудняют относительно высокие первоначальные расходы  на систему ГТН - одни из основных барьеров для ее инсталляции. Системы ГТН не относятся к дешевому оборудованию. Начальные затраты на установку этих систем несколько выше стоимости обычных систем отопления и кондиционирования. Цена системы геотермального теплового насоса рассчитывается из условия 300..400 USD за 1кВт тепловой мощности. Стоимость установки подземного теплообменника достаточна высока (особенно с вертикальной петлей, где требуется бурение) и, составляет примерно половину общей стоимости системы ГТН. Однако, если рассматривать эксплуатационные расходы, то первоначальные вложения в геотермальный обогрев, охлаждение и горячее водоснабжение быстро окупаются за счет энергосбережения. Кроме того, необходимо учитывать, что при работе ГТН не требуется никаких дополнительных коммуникаций, кроме бытовой электрической сети.