Тепловой насос представляет собой тепло- и холодогенерирующее устройство, которое получает энергию из низкопотенциального тепла различных источников, например: сточной воды, обратной воды ТЭЦ, оборотной воды технологических и производственных процессов, вытяжного воздуха, рассеянного тепла грунта, скальных пород, воздуха, водоёмов (как с пресной, так и морской водой), контура кольцевой или гибридной системы и других источников. После поступления от источника низкопотенциального тепла через теплообменник-испаритель во внутренний фреоновый контур ТН, оно преобразуется в высокопотенциальное тепло с температурой +45...+105 °С для использования в системе отопления или -12...+12 °С для использования в системе льдогенерации и охлаждения (рис. 1а).
Тепловые насосы обладают важными преимуществами в сравнении с традиционными системами отопления, вентиляции и кондиционирования.
1. ТН отличаются большей энергоэффективностью за счёт выработки единицы тепла (или холода) при значительного меньшем расходе энергоносителей. Благодаря снижению затрат такие системы окупаются в срок от трёх до пяти лет, что делает их инвестиционно-привлекательными. Также отметим, что система на базе ТН в меньшей степени зависит от колебания цен на топливо и газ. Такая система не производит вредных выбросов и потому не подпадает под выплаты за негативное воздействие на окружающую среду.
2. ТН отличаются высокой надёжностью, взрыво- и пожаробезопасностью и длительным сроком эксплуатации. Срок службы ТН до замены или капитального ремонта составляет от 15 до 25 лет в зависимости от условий эксплуатации. Также за счёт высокой надёжности ТН требуют гораздо меньше затрат на текущий ремонт и обслуживание, чем традиционные системы.
3. В системах на базе ТН применяется современная автоматика, позволяющая пользователю настраивать желаемые параметры температуры воздуха и воды, осуществлять мониторинг работы системы с возможностью дистанционного контроля и управления.
4. Одно устройство в реверсивном режиме в период отопительного сезона работает в режиме отопления, а в летний период в режиме охлаждения — это делает теплонасосную установку уникальной и сверхвыгодной. Во многих странах, например в Финляндии, муниципальные и городские власти, используют данную особенность. ТН снабжают город или район не только центральной системой отопления, но и охлаждения без дополнительных затрат, что существенно пополняет бюджет того или иного образования.
Тепловой насос представляет собой тепло- и холодогенерирующее устройство, которое получает энергию из низкопотенциального тепла различных источников, например: сточной воды, обратной воды ТЭЦ, оборотной воды технологических и производственных процессов, вытяжного воздуха, рассеянного тепла грунта, скальных пород, воздуха, водоёмов (как с пресной, так и морской водой), контура кольцевой или гибридной системы и других источников
Вот лишь некоторые преимущества систем, спроектированных на базе тепловых насосов, которые можно применять в городском, частном, и производственном секторах. С помощью такой системы можно обеспечить тепловой энергией потребителей любых масштабов, будь то индивидуальная постройка (коттедж или дачный дом), детский сад, школа, гостиница, бизнес-центр или городской микрорайон. Если в условиях городской застройки нет возможности производства буровых работ под геотермальный контур ТН, например, по причине наличия подземных коммуникаций, то применяется так называемая комбинированная система. При этом используется несколько источников низкопотенциального тепла: вытяжной воздух, сточные воды, грунтовая вода и др.
Существует возможность комбинирования ТНУ как с традиционными системами, так и оборудованием, использующим возобновляемые источники энергии — ORC-установками, солнечными коллекторами или электрическими фотопанелями. В настоящее время фонд жилищно-коммунального хозяйства всё шире внедряет подобные технологии при жилом строительстве, на объектах муниципальной принадлежности и в рамках программы по переселению граждан из ветхого и аварийного жилья.
Особо эффективно применение тепловых насосов на объектах с большими объёмами производственных (промышленных), хозяйственно-бытовых и поверхностных сточных вод, среднегодовая температура которых в среднем составляет 10-20 °C. При использовании такого источника низкопотенциальной энергии ТН работает при более высоких коэффициентах преобразования COP по сравнению с использованием в качестве источника тепла грунтового теплообменника с температурой 0...+5 °C.
Существуют различные способы утилизации энергии сточной воды. Например, предварительно очищенные стоки проходят через разделительный теплообменник, а затем подогревают контур теплового насоса, заполненный водой или незамерзающим теплоносителем. Если в качестве источника тепла используются неочищенные сточные воды, в которых содержатся сор, твёрдые вещества, механические примеси и взвешенные частицы, то рекомендуется применять специализированные самоочищающиеся фильтры-сепараторы сточных вод, которые хорошо себя зарекомендовали себя на многих объектах. Они используются для фильтрации воды, которая затем подаётся на промежуточный теплообменник.
Особо эффективно применение тепловых насосов на объектах с большими объёмами промышленных, хозяйственно-бытовых и поверхностных сточных вод, среднегодовая температура которых составляет 10-20°C. При использовании такого источника низкопотенциальной энергии ТН работает при более высоких коэффициентах преобразования COP
После прохождения через теплообменник вода направляется обратно в фильтр для его промывки, а затем сбрасывается в сточный коллектор. Таким образом, самоочищающиеся фильтры-сепараторы служат центральным элементом первичного контура ТН в системе отбора низкопотенциального тепла из сточных вод. Данные агрегаты могут использоваться в режиме отопления, а также для отвода тепла при работе ТН в режиме охлаждения (рис. 1б).
На многих производственных, промышленных и технологических объектах вода, воздух, жидкость или масло используются повторно. При этом их высокая температура вначале принудительно охлаждается через систему градирен или драйкулеров, после чего повторно направляется на выполнение той или иной функции.
Такое использование оборотной воды характеризуется низкой экономической эффективностью, особенно в период отопительного сезона, когда теплоснабжение объектов осуществляется посредством высоко затратных электрических, дизельных и газовых котельных.
В случае внедрения тепловым насосом с использованием существующей системы оборотной воды энергоэффективность объекта значительно возрастает.
Подобная схема приведена на рис. 2.
Внедрение подобных систем на базе ТН позволит провести модернизацию имеющихся устаревших котельных и ИТП. За счёт высокой рентабельности, подобная бивалентная система окупится в кратчайшие сроки.
Использование систем с ТН на оборотной воде может быть особенно востребовано, например, для отопления собственных зданий ТЭЦ, при возведении больших коммерческих объектов и жилых кварталов в условиях нехватки существующих мощностей.
Благодаря своим технологическим, экологическим и экономическим преимуществам тепловые насосы приобретают всё большую популярность в России. Применение систем на базе ТН позволяет эффективно решать такие насущные проблемы, как дефицит тепловой энергии, сокращение расходов в условиях постоянно растущей стоимости энергоносителей и сохранения окружающей среды за счёт использования возобновляемых источников энергии.
