А.А. Алейникова, ведущий специалист ЗАО “Системы тепло и хладоснабжения”

Применение тепловых насосов (ТН) в нашей стране давно перестало быть экзотическим энергосберегающим мероприятием, стало актуальным и значимым. Уже ни для кого не секрет принцип действия ТН и его устройство. Не так давно в рамках конференции “Энергоэффективное строительство в Республике Беларусь: современные технологии и решения, их внедрение и применение”, организованной Белорусским союзом строителей и медиагруппой “Арт Престиж”, очень активно обсуждались вопросы использования ТН в строительстве жилищно-коммунальных объектов, а также их применения для повышения эффективности существующих котельных.

В процессах охлаждения абсорбционный цикл находит всё более широкое распространение — в различных схемах и конструкциях. Поэтому целесообразно в рамках поднятого вопроса рассмотреть его использование в тепловых насосах абсорбционного типа (АБТН).
АБТН работает следующим образом: в трубное пространство испарителя подаётся низ-котемпературная вода, где она охлаждается за счёт испарения воды в вакууме, сте¬кающей в виде плёнки по межтрубному про¬странству. Образовавшийся при этом пар поглощается водным раствором бро¬мистого лития, стекающим по межтрубному пространству абсорбера. При этом раствор нагревается, и для сохранения его поглощающей способности теплота отводится водой, протекающей внутри труб аб¬сорбера. Таким образом, происходит перенос те¬плоты с низкотемпературного уровня в испарителе на более высокий в абсорбере. Поглощая водя¬ной пар, раствор бромистого лития становится слабым — концентрация его снижается. Для реге¬нерации он подаётся в генератор, где концен¬трируется за счёт теплоты греющего источника — сжигаемого газообразного или жидкого топлива (пара).

      Рис. 1. Принцип действия АБТН

Крепкий раствор пода¬ётся в абсорбер. Полученный в генераторе водя¬ной пар направляется в межтрубное пространст¬во конденсатора, конденсируется и по¬ступает в испаритель. Вода подаётся последова¬тельно в абсорбер и конденсатор, где нагревает¬ся до необходимой температуры и отдаётся по¬требителю. Все процессы в машине протекают под вакуумом.
АБТН могут ис¬пользоваться для получения горячей воды на нужды отопления и горячего водоснабжения, для нагрева и охлаждения технологических сред в промышленности, энергетике, сельском хозяй¬стве. Отсутствие в них компрессорного оборудования и фторхлорсодержащих веществ расширяет границы их применения и диапазон выпускаемых мощностей, делает их экологиче¬ски чистыми и более экономичными источника¬ми тепла.
Основным условием эф¬фективного применения ТН является наличие низкопотенциального источника теплоты с темпера¬турой не менее 15–20 °С, в качестве которого могут выступать вторичные энергоресурсы про¬мышленных предприятий, теплота оборотных вод и т.п.
Особенно стоит рассмотреть эффективность использования АБТН в составе ТЭЦ, на которых часто возникает необходимость увеличения мощности теплофикационного отбора станции. Эту проблему решают установкой дополнительных пиковых котлов. Теплофикационную мощность станции можно существенно увеличить с помощью АБТН без увеличения расхода топлива.
По виду потребляемой высокотемпературной теплоты АБТН подразделяются на машины:
• с паровым обогревом;
• с водяным обогревом;
• прямого горения (природный газ).
По термодинамическому циклу АБТН бывают с одноступенчатой схемой регенерации раствора и двухступенчатой.
Эффективность работы АБТН характеризуется коэффициентом трансформации:


где Qп — количество произведённой теплоты; — количество высокопотенциальной теплоты, затраченной в генераторе.
Коэффициент трансформации ζ одноступенчатого АБТН равен 1,65–1,75. В двухступенчатых АБТН — 2,0–2,1, и утилизируемая теплота составляет более половины отпускаемой потребителям.


          Рис.2 Внешний вид абсорбционного теплового насоса.

Экономия топлива при сопоставлении теплоснабжения с применением АБТН и котельными на органическом топливе определяется формулой:

где Gk — расход топлива в котельной в т у.т.; Кk, КАБТН — коэффициенты использования первичной энергии в котельной и тепловом насосе, соответственно.
Для котельной: Кk = ηк, где ηк — КПД котла.
Для АБТН: Кабтн = ζ • η, где η — КПД АБТН (η = 0,8–0,9).
При среднем значении η = 0,85 экономия топлива составит:


При замещении традиционного теплоисточника двухступенчатым АБТН экономия топлива составит 54%. При этом сокращаются выбросы парникового газа и других вредных продуктов сжигания органического топлива.
Можно сделать вывод, что созданные с применением АБТН теплонасосные станции успешно замещают либо дополняют автономные котельные, работающие на твёрдом, жидком, газообразном топливе и электроэнерации, ЦТП, использующие паровой обогрев от ТЭЦ. АБТН имеют значительно больший срок службы, т.к. по существу являются теплообменным оборудованием, высокую ремонтопригодность, малошумные в работе.
Имеющиеся в нашей стране природные возобновляемые и техногенные низкотемпературные источники тепла по своим объёмам значительно превосходят реальные возможности их эффективного вовлечения в полезный оборот с помощью абсорбционных теплонасосных технологий.