Бурение скважин, установка тепловых насосов

Идея теплового насоса высказана полтора века назад британским физиком
Уильямом Томсоном. Это придуманное им устройство он назвал «умножителем
тепла».

Тепловой насос — это в некотором смысле «холодильник наоборот». В
обоих устройствах основными элементами являются испаритель, компрессор,
конденсатор и дроссель (регулятор потока), соединенные трубопроводом, в
котором циркулирует хладагент — вещество, способное кипеть при низкой
температуре и меняющее свое агрегатное состояние с газового в одной
части цикла, на жидкое — в другой. Просто в холодильнике главная партия
отводится испарителю и отбору тепла, а в тепловом насосе — конденсатору и
передаче тепла.
Функция бытового холодильника сводится к охлаждению продуктов, и его
сердцем является теплоизолированная камера, откуда тепло «откачивается»
(отбирается кипящим в теплообменнике-испарителе хладагентом) и через
теплообменник-конденсатор «выбрасывается» в помещение (задняя стенка
холодильника довольно теплая на ощупь).В тепловом насосе главным становится теплообменник, с которого тепло «снимается» и используется для обогрева дома, а второстепенная «морозилка» размещается за пределами здания.

Принцип работы теплового насоса

Схематично тепловой насос можно представить в виде системы из трех
замкнутых контуров: в первом, внешнем, циркулирует теплоотдатчик
(теплоноситель, собирающий теплоту окружающей среды), во втором —
хладагент (вещество, которое испаряется, отбирая теплоту теплоотдатчика,
и конденсируется, отдавая теплоту теплоприемнику), в третьем —
теплоприемник (вода в системах отопления и горячего водоснабжения
здания).
Внешний контур (коллектор) представляет собой уложенный в землю или в
воду (напр. полиэтиленовый) трубопровод, в котором циркулирует
незамерзающая жидкость — антифриз. Источником низкопотенциального тепла
может служить грунт, скальная порода, озеро, река, море и даже выход
теплого воздуха из системы вентиляции какого-либо промышленного
предприятия.

Во второй контур, где циркулирует хладагент, как и в бытовом
холодильнике, встроены теплообменники – испаритель и конденсатор, а
также устройства, которые меняют давление хладагента – распыляющий его в
жидкой фазе дроссель (узкое калиброванное отверстие) и сжимающий его
уже в газообразном состоянии компрессор.

Рабочий цикл выглядит так. Жидкий хладагент продавливается через
дроссель, его давление падает, и он поступает в испаритель, где
вскипает, отбирая теплоту, поставляемую коллектором из окружающей среды.
Далее газ, в который превратился хладагент, всасывается в компрессор,
сжимается и, нагретый, выталкивается в конденсатор. Конденсатор является
теплоотдающим узлом теплонасоса: здесь теплота принимается водой в
системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и
конденсируется, чтобы вновь подвергнуться разряжению в расширительном
вентиле и вернуться в испаритель. После этого рабочий цикл начинается
сначала.

Чтобы компрессор работал (поддерживал высокое давление и циркуляцию),
его надо подключить к электричеству. Но на каждый затраченный
киловатт-час электроэнергии тепловой насос вырабатывает 2,5-5
киловатт-часов тепловой энергии. Соотношение вырабатываемой тепловой
энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом
трансформации (или коэффициентом преобразования теплоты) и служит
показателем эффективности теплового насоса. Эта величина зависит от
разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: чем больше
разность, тем меньше эта величина.

По этой причине тепловой насос должен использовать по возможности
большее количество источника низкопотенциального тепла, не стремясь
добиться его сильного охлаждения. В самом деле, при этом растет
эффективность теплового насоса, поскольку при слабом охлаждении
источника тепла не происходит значительного роста разницы температур. По
этой причине тепловые насосы делают так, чтобы масса
низкотемпературного источника тепла была значительно большей, чем
нагреваемая масса. В этом состоит одно из важнейших отличий теплового
насоса от традиционных (топливных) источников тепла, в которых
вырабатываемая энергия зависит исключительно от теплотворной способности
топлива. По этой причине тепловой насос в каком-то смысле "привязан" к
источнику низкопотенциального тепла, имеющего большую массу. Эта
проблема может быть решена введением в тепловой насос системы
массопереноса, например, системы прокачки воды. Так устроена система
центрального отопления Стокгольма.

Преимущества и недостатки теплового насоса

К преимуществам тепловых насосов в первую очередь следует отнести
экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт•ч тепловой энергии
установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
Кроме того, теплонасос не сжигает топлива и не производит вредных
выбросов в атмосферу. Он не требует специальной вентиляции помещений и
абсолютно безопасен. Все системы функционируют с использованием
замкнутых контуров и не требуют эксплуатационных затрат, кроме стоимости
электроэнергии, необходимой для работы оборудования.

Еще одним преимуществом тепловых насосов является возможность
переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом:
просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэн-койлы.

Тепловой насос надежен, его работой управляет автоматика. В процессе
эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные
манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.

Важной особенностью системы является ее сугубо индивидуальный
характер для каждого потребителя, который заключается в оптимальном
выборе стабильного источника низкопотенциальной энергии, расчете
коэффициента преобразования, окупаемости и прочего.
Теплонасос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный
холодильник) и практически бесшумен.

Хотя идея, высказанная лордом Кельвином в 1852 году. была
реализована уже спустя четыре года, практическое применение теплонасосы
получили только в 30-х годах прошлого века. В западных странах тепловые
насосы применяются давно — и в быту, и в промышленности. Сегодня в
Японии, например, эксплуатируется около 3 миллионов установок,в Швеции
около 500 000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов.

КПД тепловых насосов

Тепловой насос способен, используя высокопотенциальные источники
энергии, «накачать» в помещение от 200 % до 600 % низкопотенциальной
тепловой энергии. В этом нет нарушения закона сохранения энергии.

Теоретически применение тепловых насосов для обогрева помещений
гораздо эффективнее газовых котлов. Современные парогазотурбинные
установки на электростанциях имеют КПД, существенно превышающий КПД
газовых котлов. В результате при переходе электроэнергетики на
современное оборудование и при применении тепловых насосов можно
получить экономию газа до 10 раз в сравнении с газовыми котлами.

Перспективы

Другим возможным применением теплового насоса может стать его
комбинирование с существующими системами централизованного
теплоснабжения. К потребителю в этом случае может подаваться
относительно холодная вода, тепло которой преобразуется тепловым насосом
в тепло с потенциалом, достаточным для отопления. Но при этом
вследствие меньшей температуры теплоносителя потери на пути к
потребителю (пропорциональные разности температуры теплоносителя и
окружающей среды) могут быть значительно уменьшены. Также будет уменьшен
износ труб центрального отопления, поскольку холодная вода обладает
меньшей коррозионной активностью, чем горячая.

Бурение скважин на воду Харцызск, Макеевка, Донецк, Ждановка, Шахтерск, Иловайск, Амвросиевка