5.1. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

В системах солнечного теплоснабжения для изменения потенциалов теплового потока применяют термотрансфор­маторы, что позволяет наиболее рационально удовлетво­рить возникающие во все возрастающих размерах потреб­ности в теплоте и холоде за счет имеющихся различных источников теплоты и электроэнергии. В сочетании с си­стемами солнечного тепло — и хладоснабжения термотранс­форматоры заметно повышают эффективность этих систем.

Для определения действительного коэффициента пре­образования термотрансформатора пользуются выраже­нием [79]

ф=ї^гм, (1Л99)

где Тх и Т2 — начальная и конечная температура тепло­носителя, К; ц — эмпирический коэффициент, суммарно учитывающий потери цикла от внешней необратимости при теплопередаче, потери в компрессоре и т. п. Для ори­ентировочных расчетов значения ц рекомендуется при­нимать в зависимости от производительности установ­ки: до 1 МВт — 0,45…0,55; до 3 МВт — 0,55…0,60; свыше 3 МВт — 0,60…0,65.

В работе [80] приведена схема комплексной системы теплоснабжения, использующей солнечную энергию и те­плоту грунта. В систему (рис. 1.45) включены аккумуля­тор теплоты, резервный источник энергии (дублер) и ком­прессионный тепловой насос.

1 — солнечный коллектор; 2 — аккумулятор теплоты; 3 — тепловой насос; 4 — грунтовый теплообменник; 5 — потребители теплоты; 6 — дублер

Показателем эффективности использования альтер­нативных источников энергии является доля энергии от них в общей нагрузке теплоснабжения. Коэффици­ент эффективности (р зависит от вариантов схем системы теплоснабжения.

Первый вариант — моновалентная система, включаю­щая гелиоколлектор (ГК) и тепловой насос (ТН). В этом случае коэффициент эффективности представляет собой долю солнечной энергии QrK, подводимой от ГК к испари­телю ТН, в общей нагрузке теплоснабжения Qn0Tp:

ф‘=!в~=1“%1±^’ (1’200)

^потр ^потр

где Qpe3 — мощность теплового потока, поступающего от ре­зервного источника энергии, Вт; L — мощность, затрачен­ная на привод ТН, Вт.

Второй вариант — моновалентная грунтовая система с ТН, в которой используется один источник возобновляемой энергии ГТ — теплота грунта. Тогда коэффициент эффек­тивности представляет собой долю энергии QrT, подводи­мой от ГТ к испарителю ТН, в общей нагрузке теплоснаб­жения (3 :

^потр

ф2=-^=1-9Ре3+Ь. (1.201)

QnOTp QnoTp

Третий вариант — бивалентная система с двумя источ­никами возобновляемой энергии — ГК и ГТ. В этом случае коэффициент эффективности представляет собой долю суммарной энергии QrK + QrT, подводимой к испарителю ТН, в общей нагрузке теплоснабжения QnoTp:

Коэффициент ср используется для анализа эффектив­ности работы комбинированной системы возобновляемых источников энергии, на основании которого можно вы­брать оптимальный вариант работы установки по мини­мальным затратам топлива на резервный источник энер­гии (дублер).

Интенсивность солнечного излучения изменяется в те­чение дня. При достижении максимальных значений это приводит к нарушению номинального режима пароком­прессионного цикла в структурных элементах теплового насоса, вследствие чего ограничивается область исполь­зования солнечной энергии, особенно в южных районах России.

В связи с этим предложена более перспективная схе­ма теплонасосной системы солнечного обогрева [81] (рис. 1.46), состоящей из гелио — и абонентской систем, функцио­нально взаимосвязанных между собой контуром пароком­прессионного теплового насоса. В испарителе происходит отбор теплоты нагретой солнечным излучением воды с последующей трансформацией и передачей ее системам теплоснабжения.

Эффективность работы предлагаемой системы дости­гается за счет отбора части теплового потока нагреваемой воды с помощью теплообменника Т1 в гелиоконтуре, уста­новленном до испарителя и работающем на параллельном участке магистрального трубопровода системы теплопо­требления относительно теплонасосного контура.

ГС — гелиоконтур системы; ГП — гелиоприемник, ТН — тепловой на­сос; К — конденсатор; И — испаритель; СО — система низкотемпе­ратурного отопления; СГВ — система горячего водоснабжения; БА — бак-аккумулятор, ДИЭ — дополнительный источник энергии; РРТ — регулятор разности температур; ЦН — циркуляционный насос; Т1- ТЗ — теплообменники; РТ1-РТ7 — регуляторы температуры; — им­

пульсные связи

С помощью температурного регулятора РТ7 можно ста­билизировать рациональный температурный режим тепло­вого насоса, прежде всего в периоды максимальной интен­сивности солнечного излучения либо при несоответствии графиков выработки и потребления теплоты определенны­ми системами. При работе теплонасосной системы солнеч­ного теплоснабжения одновременно с выработкой теплоты происходит и зарядка бака-аккумулятора.

Предложенная система солнечного теплоснабжения дает возможность рационально распределить теплоту сол­нечного нагрева воды между теплообменниками для по­вышения технического ресурса ТН путем стабилизации его работы в номинальном теплогидравлическом режиме. Одновременно обеспечиваются условия повышения эффек­тивности процессов преобразования солнечного излуче­ния с увеличением общей выработки теплоты для систем коммунально-бытового назначения.