Промышленные тепловые насосы

Тепловые насосы отлично подходят для обогрева больших пространств. Их использование на промышленных объектах помогает сократить расходы на коммунальные услуги и обеспечить практически автономное теплоснабжение. Рассмотрим ключевые аспекты установки и технического обслуживания тепловых насосов для производственных помещений.

Плюсы и минусы альтернативного отопления на производстве

Тепловой насос использует только электроэнергию для работы компрессора и циркуляционных насосов во внешнем теплообменнике и системе отопления. Отопление здания осуществляется за счет возобновляемых источников энергии, что приносит ряд преимуществ:

1. Долговечность — оборудование служит долго: до 20–25 лет для теплового насоса и до 50–100 лет для скважин и теплообменников.
2. Безопасность — отсутствие процессов горения и химической коррозии исключает риск взрывов или пожаров в здании. Для установки не требуется отдельная котельная.
3. Экономичность — более 80% энергии ТН берется из возобновляемых ресурсов, остальное — из электроэнергии. ТН не зависят от колебаний цен на минеральное топливо или газ, исключая проблемы с доставкой и хранением топлива.
4. Универсальность — мощные тепловые насосы обеспечивают отопление зимой и охлаждение летом. Они также могут использоваться для подогрева воды ГВС.

Однако установка промышленного теплового насоса имеет некоторые недостатки:

1. Высокая стоимость оборудования — она превышает цену газовых или электрических котлов такой же мощности. Требуются дополнительные затраты на установку внешнего теплообменника.
2. Сложность установки — требуется установка внешнего теплообменника и настройка системы отопления, сопровождающиеся сложными инженерными и земельными работами, увеличивающими стоимость проекта.
3. Необходимость промышленной сети — для мощных насосов требуется подключение к сети 380 В, возможно, с установкой дополнительного трансформатора на производственном объекте.
4. Необходимость аварийного источника энергии — проект должен включать в себя генератор для покрытия пусковых токов в случае отключения электроэнергии, чтобы избежать замерзания магистралей ТН зимой.

Тепловые насосы являются наиболее эффективным выбором для обогрева крупных производственных помещений и превосходят другие варианты альтернативного отопления, обеспечивая высокий коэффициент полезного действия (КПД) и экономичность в эксплуатации.

Как работает промышленный тепловой насос?

Принцип работы тепловых насосов (ТН) заключается в преобразовании низкоуровневой тепловой энергии природных ресурсов в полезное тепло, которое используется для отопления зданий и подогрева воды для бытовых нужд. Тепловая энергия, достаточная для обогрева больших зданий, производится благодаря выполнению двух адиабатических и двух изотермических процессов внутри устройства ТН. Конструктивно тепловые насосы включают следующие основные компоненты:

1. Компрессор: повышает давление в контуре, переводя фреон из жидкого состояния в газообразное, сопровождая это процессом выделения тепловой энергии, которая затем передается конденсатору.
2. Конденсатор: теплообменник, который принимает тепло от фреона в компрессорном контуре и передает его системе отопления или водонагревательному блоку.
3. Дроссельный клапан: расширительный элемент, установленный после конденсатора, который снижает давление фреона, понижая его температуру и приводя к конденсации обратно в жидкое состояние.
4. Испаритель: теплообменник, который принимает охлажденный фреон, подогревая его за счет источника низкотемпературной тепловой энергии. Фреон затем поступает в компрессор для повторного сжатия, закрывая тем самым цикл.

Конденсатор и испаритель выполняют функцию теплообмена между фреоном в компрессорном контуре и окружающими теплоносителями. Система теплового насоса всегда является герметичной, однако внешний теплообменник и система отопления могут различаться. Отличительной особенностью промышленных тепловых насосов является использование более эффективных винтовых и спиральных компрессоров, которые обеспечивают высокую производительность и устойчивость к интенсивным режимам работы. Также промышленные ТН обычно имеют более крупные внешние теплообменники и могут работать с несколькими системами отопления одновременно.

Что может использоваться для получения тепла?

Тепловой насос может работать с различными источниками низкопотенциального тепла. Обычно используются следующие варианты:

1. Геотермальная энергия: теплообменник размещается в земле или естественных водоемах на территории промышленного комплекса.
2. Тепло воды: в качестве источника тепла могут использоваться шахтные или сточные воды, оборотная жидкость из технологических линий или техническая вода.
3. Атмосферный воздух: тепло накапливается из воздуха на улице или через систему вентиляции.
4. Паразитное тепло: в качестве теплообменника используется тепло, выделяемое промышленным оборудованием в процессе работы, таким как промышленные холодильные установки, мощные компрессоры или вибросита.

Для обогрева крупных промышленных объектов часто применяются тепловые насосы бивалентного типа, которые используют несколько источников тепла для нагрева теплоносителя.

Какая система отопления эффективна для производства?

Промышленные тепловые насосы обеспечивают достаточную мощность для установки системы отопления любого типа. Среди наиболее распространенных вариантов можно выделить:

1. Радиаторное отопление — это наиболее экономичный вариант, который идеально подходит для больших зданий.
2. Теплый пол — самая эффективная, но требующая значительных затрат система отопления, часто используемая в административных зданиях.
3. Фанкойлы — применяются в больших или отдельно стоящих помещениях и идеально подходят для тех зданий, где необходимо поддерживать постоянную температуру в каждой комнате.

Выбор системы отопления зависит от площади здания, распределения помещений и высоты потолков. В промышленных зданиях наиболее эффективным решением считается комбинация радиаторного отопления и фанкойлов, которые подключаются к тепловому насосу через отдельный контур.

Что нужно знать при выборе промышленного теплового насоса?

При выборе теплового насоса необходимо учитывать теплопотери здания и возможность использования альтернативных источников тепла. Важно, чтобы мощность теплового насоса полностью покрывала все потери тепла помещения и обеспечивала стабильную температуру. Это достигается за счет коэффициента производительности (COP), который определяется как соотношение вырабатываемого тепла к потребляемой электроэнергии.

Коэффициент производительности зависит от нескольких факторов, включая тип компрессора. Для промышленных систем часто выбирают винтовые или спиральные компрессоры. Винтовые компрессоры эффективны для больших помещений, в то время как спиральные имеют высокий КПД, но стоят дороже.

Расположение теплообменника также важно: глубина залегания внешнего контура, тип используемого теплоносителя и энергоэффективность источника энергии влияют на эффективность работы теплового насоса.

Условия расположения могут требовать дополнительного утепления магистралей и установки шумоизоляции для корпуса теплового насоса. В случае использования водных источников также рекомендуется устанавливать вспомогательный буферный бак для предотвращения замерзания воды в магистралях.

При выборе также следует учитывать автоматизацию системы: количество режимов работы, возможность удаленного управления через Wi-Fi и настройку времени работы для оптимальной эффективности.

Рекомендуется выбирать тепловые насосы с запасом мощности на 15–20% выше необходимой для покрытия всех потребностей предприятия. Это позволит тепловому насосу работать эффективно даже при пиковых нагрузках и продлит срок его службы. Также важно рассчитать мощность для дополнительных потребителей, таких как системы вентиляции или нагрев воды, учитывая до 12–15% от общей производительности теплового насоса на каждую подключаемую систему.

Обслуживание промышленных ТН

Для обеспечения надлежащей работы промышленного теплового насоса рекомендуется проводить обслуживание системы два раза в год. В процессе обслуживания ТН осуществляется проверка состояния теплообменных магистралей и компрессорного контура. По мере необходимости выполняется настройка автоматики и дозаправка магистралей фреоном и антифризом. Для теплообменников с открытым водозабором из скважины или водоема рекомендуется обязательный химический анализ, а также замена фильтров грубой очистки и системы обратного осмоса. В случае наличия в системе фанкойлов также следует проводить очистку воздухозаборников и вентиляции.

Что в итоге?

Производственные здания характеризуются высокими потерями тепла, обусловленными большой площадью, требующей отопления, и высокими затратами на утепление. Установка промышленного теплового насоса является разумным инвестиционным шагом, который помогает снизить энергопотребление предприятия и экономить на производственных издержках.

Промышленные тепловые насосы в среднем окупаются за 4–6 лет эксплуатации. В зависимости от мощности предприятия и занимаемой площади, установка теплового насоса позволяет сэкономить до 400–600 тысяч рублей в месяц. Это достигается благодаря использованию возобновляемых источников энергии для отопления, а также сокращению общих расходов на электроэнергию за счет интеграции одной системы для отопления, кондиционирования и подогрева воды.