17.4 Двоступінчасті тепло насосні установки

Двоступінчасті теплонасосні установки іноді застосовуються в системах теплопостачання, що покривають опалювальне навантаження.

Опалювальне навантаження має сезонний характер. Значення цього навантаження змінюється протягом опалювального сезону у широких межах залежно від температури зовнішнього повітря. Для більшості районів України максимальне опалювальне навантаження перевищує середнє за сезон приблизно вдвічі.

Другою особливістю опалювального навантаження є змінний потенціал тепла, який вимагається для її задоволення. При якісному методі регулювання теплового навантаження потенціал тепла росте в міру його збільшення. При максимальному тепловому навантаженні потрібна й максимальна температура теплоносія в опалювальній установці. Тому при максимальному опалювальному навантаженні, що виникає в період найбільш низьких температур зовнішнього повітря в опалювальний сезон, теплонасосна установка повинна не тільки трансформувати максимальну кількість тепла, але й працювати в максимальному інтервалі температур між тепловідатчиком і теплоносієм, що подаються в систему опалення.

Витрата енергії в опалювальних теплонасосних установках при максимальному опалювальному навантаженні перевищує звичайно її витрата при середнім опалювальному навантаженні в 3-4 рази. По зазначених причинах опалення є в принципі несприятливим навантаженням для теплових насосів. Варто мати на увазі, що максимум опалювального навантаження наступає в найбільш холодний період опалювального сезону та, як правило, збігається з електричним максимумом енергосистеми.

При виконанні опалювальних теплонасосных установок за одноступінчастою схемою всі їхні елементи працюють у нерозрахованому режимі зі значним недовантаженням практично протягом усього опалювального сезону, за винятком короткого періоду найбільш низьких зовнішніх температур. Це приводить до більш додаткових енергетичних втрат.

Середньорічна витрата енергії в теплонасосных опалювальних установках може бути знижена при виконанні їх за двоступінчастою схемою.

На рис. 17.2 показана принципова схема теплонасосної установки, що використовує для опалення тепло джерела постійного потенціалу, наприклад тепло річкової води або повітря, що охолоджує електро- генератори електростанцій. Такі установки можуть застосовуватися, зокрема, для опалення приміщення гідроелектростанцій, а також житлових селищ при них.

Вода з опалювальної установки надходить у мережний насос VІІІ, що подає її для підігріву в конденсатори VІІ та VІ, виконані за двоступінчастою схемою й включені послідовно по мережній воді. Завдяки відділенню в конденсаторах зони охолодження перегрітої пари від зони конденсації й організації противоточного руху робочого агента та води, що нагрівається, вдається підвищити температуру нагрітої води на виході з конденсатора й знизити втрату енергії від необоротного теплообміну. У конденсаторі нижньої ступені VІІ вода нагрівається з температури t₂ до деякої проміжної температури t_п. Потім вода надходить у конденсатор другого ступеня VІ й нагрівається в ньому до температури t₁. З конденсатора верхнього ступеня VІ вода подається в опалювальну систему, віддає тепло приміщенням, що обігріваються, і знову вертається в теплонасосную установку з температурою t₂.

опалювальна

у становка

. Рис.17.2. Принципова схема двоступінчастої теплонососної установки.

Тепло від тепловіддатчика річкової води або повітря передається у випарнику ІІІ киплячому робочому агентові, пара якого при тиску Р₀ надходить у компресор ІІ нижньої ступені, де стискується до тиску Р_к, після чого розділяється на два потоки. Один потік надходить у конденсатор VІІ, де в процесі віддачі тепла воді, щонагрівається, конденсується, інший – у компресор І верхньої ступені, де стискується, до тиску Р_к^//, після чого надходить у конденсатор VІ, де нагріває теплоносій від проміжної температури t_п до температури t₁. Потім конденсат робочого агента через дросельний вентиль V надходить у конденсатор VІІ.

Сумарний потік конденсату з конденсатора VІІ через дросельний вентиль ІV подається у випарник.

Режим роботи розглянутої установки визначається режимом роботи опалювальної системи.

При підвищених температурах зовнішнього повітря в період опалювального сезону, наприклад, коли опалювальне навантаження становить 50% максимальної, працює тільки компресор нижнього ступеня. Компресор і конденсатор верхнього ступеня при цих режимах відключені.

При більш низьких температурах зовнішнього повітря включаються в роботу компресор і конденсатор другого ступеня. При цих режимах вода в конденсаторі VІІ підігрівається до практично постійної температури t_п.

У міру зниження температури зовнішнього повітря в цьому діапазоні зменшується теплове навантаження конденсатора VІІ, тому що підвищується температура t₂ зворотної води після опалювальної системи; одночасно збільшується теплове навантаження конденсатора VІ, тому що росте температура води t₁, яка подається в опалювальну систему.

При максимальному опалювальному навантаженні теплове навантаження конденсатора VІІ практично дорівнює нулю, а конде-сатора VІ - максимальній опалювальному навантаженню.