Проектни спецификации на термопомпи

ОВКСтатииСп. Инженеринг ревю - брой 5, 2006

 

Икономическа ефективност на термопомпени инсталации

Eфективното използване на възможностите, които предлагат термопомпените инсталации е свързано с решаване на комплекс от технически предизвикателства. В противен случаи блестящата техническа идея за комбинирано отопление и охлаждане на базата на енергията, съдържаща се в земните недра се опорочава и експлоатационните показатели на термопомпената инсталация са далеч от оптималните. Разнообразието от видове термопомпени инсталации осигурява необходимия технически ресурс за намиране на оптимален за всяко конкретно приложение вариант. Но, също така, изисква добро познаване на спецификите, които характеризират всеки вид термопомпена инсталация, както и задълбочен анализ на околната среда, включително почвите, подземните води и дори въздуха (за някои видове инсталации) в конкретното местоположение.

Инсталации с подпочвени води

Сред най-важните характеристики, които следва внимателно да се проучат преди окончателното решение за изграждане на инсталация, която използва като енергиен източник подпочвените води, е дебитът им. В подобни приложения съществува сериозен риск през зимата дебитът на подпочвените води да се окаже недостатъчен за ефективното функциониране на термопомпената инсталация. Прието е необходимият дебит на подпочвените води в дадено приложение да се пресмята по формулата:

q = 3,6Q(j-1)/cDtj в kg/s,

където Q е изчислителната отоплителна мощност, j - коефициент на трансформация на термопомпата, с - специфичен топлинен капацитет на водата и Dt, охлаждане на подпочвените води. Обикновено Dt е равно на 4К.

На базата на изчисления проектен дебит се уточняват броят и разположението на кладенците, които ще осигурят целогодишното му поддържане от инсталацията. Дори и резултатите от изчисленията да показват, че в даденото приложение подпочвените води са подходящ източник на енергия за термопомпена инсталация, е необходимо проектния дебит да се потвърди достатъчно категорично. За целта е необходимо да се извърши 24-часово пробно изпомпване на кладенците. Едва след това се пристъпва към изграждане на термопомпената инсталация. Обикновено на дълбочина до 20 м. се достига до подпочвени води с относително постоянна температура. Следва да се има предвид, че тази дълбочина често е недостатъчна и сондажите достигат до 50, 60 м. и дори по-дълбоко.

От първостепенна роля за функционирането на термопомпената инсталация е температурата на водата. В кладенци с дълбочина до 20 м. температурата на подпочвените води най-често е около 10 °С. Значителни отклонения от тази стойност свидетелстват за просмукани повърхностни води в подпочвените. Друг важен фактор, имащ отношение към ефективността и дълговечността на работа на термопомпената инсталация е физикохимичния състав на водата. Повечето термопомпени инсталации са проектирани за работа с подпочвени води с неутрален характер (pH между 7 и 7.6). Ако физикохимичният състав на водата покаже наличие на свободни хлориди, въглена киселина, амони и нитрати и др., съдържанието и количеството им следва да се вземе предвид при разработването на термопомпената инсталация. Съдържанието на желязо и манган в подпочвените води не трябва да превишава определени стойности. От физикохимичния състав зависят в голяма степен и възможностите за използване на отработената от инсталацията подпочвена вода. Тя би могла да се подаде към водоснабдителната мрежа, в случаи, че има питейни качества. Друга алтернатива е връщнето й във водоносния слой, както и изпускането на водата в канализационната мрежа.

Земносвързани термопомпи

Характерно за термопомпените инсталации, хоризонтално изпълнение, е че изграждането им изисква наличието на големи свободни терени. Колко голяма ще бъде необходимата площ на терена зависи от специфичната топлинна мощност, която се отнема от 1 кв.м. От своя страна специфичната топлинна мощност се определя от структурата на почвата. Различните почви се характеризират с различно топлоотдаване. Счита се, че глинестата почва с висока влажност е много подходяща за енергоизточник на термопомпени исталации. Анализите показват, че средното специфично топлоотдаване на почвата през целия отоплителен сезон е от порядъка на 20 - 30 W/m2. Необходимата площ за изграждане на хоризонтална термопомпена инсталация се пресмята по формулата:

Aе= Qfe(j - 1)/qej в m2,

където Q e изчислителна отоплителна мощност, j - коефициент на трансформация, qe - специфично топлоотдаване на почвата, fe - коефициент на покриване на отоплителната мощност. Стойността на fe зависи от климатичните условия, характерни за конкретното приложение и от топлотехническите характеристики на климатизираната сграда. Характерни за коефициента на покриване на отоплителната мощност са стойности в диапазона от 0,75 до 1.

Друга проектна особеност, свързана с изграждането на хоризонтални термопомпени инсталации е дължината на отделните серпантини от пластмасови тръби да не надхвърля 100 м. При по-големи дължини на серпантините хидравличните съпротивления стават много високи, което се отразява неблагоприятно върху работата на цялата инсталация. С цел постигане на по-добро обезвъздушаване подаващият и връщащият колектор се поставят по-високо от серпантината. Пластмасовите тръби най-често се полагат на дълбочина от 1.5 до 2 м., на разстояние една от друга от около 0.5 м.

Икономическа ефектив-ност на инсталацията

Изграждането на термопомпена инсталация представлява сериозна инвестиция, която следва да се оцени както по отношение на нейната термодинамична, така и като икономическа ефективност. База за оценка на икономическата ефективност на една термопомпена инсталация е икономията на първични енергийни източници в сравнение с други топло- и/или студогенериращи системи. В противен случаи инвестицията в термопомпена инсталация не е икономически оправдана. Основният показател за оценка на термопомпените инсталации е средният им коефициент на преобразуване. Например, средногодишния коефициент на преобразуване на компресорна термопомпена инсталация се пресмята по зависимостта:

z = (Qk/N).(N.Qв) = j.h,

където Qк e полезното годишно производство на термопомпената инсталация; N - годишната консумация на електроенергия от електродвигателя; Qв - топлинният еквивалент на годишно изразходвания първичен енергиен източник; j - средногодишният коефицент на преобразуване и h - общият коефициент на полезно действие на системата за добиване и доставяне на електроенергия до клемите на електродвигателя. Ефективна от икономическа гледна точка е тази термопомпена инсталация, за която прецизен предварителен анализ е показал еднозначно, че е налице икономия на налични първични енергийни източници в сравнение с други отоплителни системи.

Друг подход за оценка доколко инвестицията в термопомпена инсталация е оправдана, включва изчисляване на икономическата ефективност на направените капитални вложения. Тя се пресмята на базата на срока за тяхното откупуване, благодарение на постигания икономически ефект. Съвсем логично, колкото по-кратък е този срок в сравнение с амортизационния период на инсталацията, толкова по-голяма ще бъде икономическата ефективност на направените капитални вложения.




Новият брой 5/2017

брой 5-2017

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ

ЕКСКЛУЗИВНО

Top