Следующее поколение тепловых насосов работающих на натуральном жидком топливе – проект NxtHPG
Проект NxtHPG нацелен на продвижение высокомощной теплонасосной технологии с использованием природных хладагентов. В будущем такие технологии решат вопрос отопления и охлаждения в новых и старых зданиях. Применение нового поколения тепловых насосов в инженерных системах здания повысит энергоэффективность и экологичность жилого сектора, минимизирует энергопотребление в ЕС, а также снизит выбросы СО2.
Главная цель проекта – разработка от 4 до 6 моделей надежных, безопасных, высокоэффективных и высокомощных (более 40 кВт) тепловых насосов, в которых будут использоваться два наиболее перспективных природных хладагента – углеводороды и СО2. Такие тепловые насосы будут оснащаться усовершенствованными компонентами и дополнительным оборудованием для поддержания эффективного и безопасного использования этих хладагентов.
Проект нацелен на повышение эффективности (улучшение сезонного коэффициента на 10-20%) и снижение выбросов углерода в атмосферу (снижение на 20% TEWI – общего эквивалентного парникового эффекта) в сравнении с аналогичными показателями современных сорбционных тепловых насосов и ТН, использующих гидрофторуглероды и гидрофторалкены. Цена системы должна оставаться такой же или быть немного выше последних моделей теплонасосных систем (максимум на 10%).
Проект также нацелен на повышение возможности внедрения других возобновляемых источников в энергетическую систему жилого фонда и промышленности в целом.
Успех проекта NxtHPG позволит окончательно разрушить барьеры, сдерживающие распространение природных хладагентов, и докажет тот факт, что внедрение нового поколения тепловых насосов, использующих углеводороды и СО2, вполне осуществимо и коммерчески конкурентоспособно.
Общая продолжительность проекта 4 года (начало 1 декабря 2012 года).
Проект NxtHPG
Первой целью проекта является определение тех случаев, когда использование природных хладагентов может привести к малозатратному и высокоэффективному результату с быстрой коммерческой реализацией, а также к возможности последующего продвижения технологии в больших масштабах.
В последнем информационном бюллетене Европейской ассоциации по тепловым насосам представлена информация о применении СО2 и углеводородов, их преимуществах с точки зрения повышения эффективности и экологичности, а также о потенциале их коммерческого использования.
В таблице 1 представлены результаты тематических исследований, в том числе данные о рабочих условиях, используемом хладагенте, мощности, требуемой конструкции оборудования.
Таблица 1. Тематические исследования
| Тематическое исследование | Жидкость | Источник | T(ºC) | Теплоприемник | T(ºC) | Применение | кВт | ||
| 1
(тесты провела компания KTH) |
Углеводород
(пропан) |
Воздух | -10 до 10
(окружающий воздух) |
Вода | 40 до 50
60 |
ГВС
Низкое потребление бытовой горячей воды
|
40
|
||
| Первое тематическое исследование: тепловой насос типа воздух-вода применяется для горячего водоснабжения и отопления, также они покрывают низкие потребности в горячей воде для коммунально-бытовых нужд с помощью пароохладителя. Для воздушного теплового насоса может рассматриваться дополнительный воздушно-водяной гидравлический контур. | |||||||||
| 2
(тесты провела компания KTH) |
Углеводород
(пропан) |
Вода
(морская вода) |
-5 до15
|
Вода | 40 до 50
60 |
ГВС
Низкое потребление бытовой горячей воды
|
45 | ||
| Второе тематическое исследование: геотермальный тепловой насос применяется для ГВС и отопления, также он покрывает потребности в горячей воде для коммунально-бытовых нужд с помощью пароохладителя. Он будет реверсивным, то есть могут предоставлять и отопление, и охлаждение. | |||||||||
| 3
(тесты провела компания UPVLC) |
Углеводород
(бутан) |
Вода
(морская вода) |
нейтральная | Вода | 60 | горячее водоснаб-жение | 50
|
||
| Третье тематическое исследование: тепловой насос усиливается нейтральным водяным контуром (10-30 ºC) (рекуперация отходящего тепла после конденсации (25–30ºC) или канализационных вод (10–15 ºC)) до температуры 60 ºC для ГВС. |
|||||||||
| 4
(тесты провела компания ENEA) |
CO2 | Воздух | -10 до 10 | Вода | 60
(до 80)
|
горячее водоснаб-
жение |
30
|
||
| Четвертое тематическое исследование: применение теплового насоса воздух-вода для ГВС с температурой 60 ºC или до 80 ºC. | |||||||||
| 5
(тесты провела компания ENEA) |
CO2 | Воздух | -10 до 10
(окружающий воздух) |
Вода | 80 | Отопление
ГВС |
50
|
||
| Пятое тематическое исследование: применение теплового насоса воздух-вода для отопления. Нацелено на замену старых газовых котлов в системах отопления (5-6 квартирные дома) высокотемпературными батареями (неавтономный местный кондиционер или абонентский пункт) | |||||||||
В разработке оптимальной конструкции теплового насоса приняли участие производители ТН (применение СО2 – компании ENEX, LU-VE , ALFA-LAVAL, DORIN; применение углеводородов – команда CIAT,LU-VE, ALFA LAVAL, DANFOSS-CC) вместе с научно-исследовательскими центрами. В тематических исследованиях использовалось коммерческое программное обеспечение IMST-ART, разработанное компанией UPVLC.
Главной целью исследований является разработка высокоэффективного ТН, в котором используются природные хладагенты. Конструкция такого теплового насоса должна соответствовать всем техническим требованиям и требованиям по безопасности, изложенным в первом сборнике работ «Анализ области применения и определение тематических исследований».
В каждом тематическом исследовании разработана предварительная конструкция ТН для работы в номинальных рабочих условиях, но принимая во внимание весь диапазон условий работы. В таблице ниже представлены компоненты этих конструкций с ориентировочным значением СОР в режиме отопления.
|
Первое тематическое исследование |
|||||
| Компонент | Номинальные рабочие условия | Тип | Производитель | СОР | Тепловая мощность (кВт) |
| Компрессор | – | Герметичный | DANFOSS | 3,66 | 37,92 |
| Конденсатор | Температура воды на входе/выходе
40/45 °С |
Пластинчатый | ALFA-LAVAL | ||
| Испаритель | Температура воздуха
7 °С |
Змеевиковый | LU-VE | ||
|
Второе тематическое исследование |
|||||
| Компонент | Номинальные рабочие условия | Тип | Производитель | СОР | Тепловая мощность (кВт) |
| Компрессор | – | Герметичный | DANFOSS | 3,31 | 44,96 |
| Конденсатор | Температура воды на входе/выходе
40/45 °С |
Пластинчатый | ALFA-LAVAL | ||
| Испаритель | Температура этиленгликоля на входе/выходе
0/-3 °С |
Пластинчатый | ALFA-LAVAL | ||
|
Третье тематическое исследование |
|||||
| Компонент | Номинальные рабочие условия | Тип | Производитель | СОР | Тепловая мощность (кВт) |
| Компрессор | – | Герметичный | DANFOSS | 3,68 | 39,04 |
| Конденсатор | Температура воды на входе/выходе
10/60 °С |
Пластинчатый | ALFA-LAVAL | ||
| Испаритель | Температура воды на входе/выходе
15/12 °С |
Пластинчатый | ALFA-LAVAL | ||
| Установка для охлаждения газа | Температура воды на входе/выходе
40/80 °С |
Пластинчатый | ALFA-LAVAL | ||
| Испаритель | Температура воздуха
7 °С |
Змеевиковый | LU-VE | ||
|
Четвертое тематическое исследование |
|||||
| Компонент | Номинальные рабочие условия | Тип | Производитель | СОР | Тепловая мощность (кВт) |
| Компрессор | – | Бессальниковый компрессор | DORIN | 4,26 | 31,63 |
| Установка для охлаждения газа | Температура воды на входе/выходе
10/60 °С |
Пластинчатый | ALFA-LAVAL | ||
| Испаритель | Температура воздуха
7 °С |
Змеевиковый | LU-VE | ||
|
Пятое тематическое исследование |
|||||
| Компонент | Номинальные рабочие условия | Тип | Производитель | СОР | Тепловая мощность (кВт) |
| Компрессор | – | Бессальниковый компрессор | DORIN | 2,7 | 52,8 |
| Установка для охлаждения газа | Температура воды на входе/выходе
40/80 °С |
Пластинчатый | ALFA-LAVAL | ||
| Испаритель | Температура воздуха
7 °С |
Змеевиковый | LU-VE | ||
Окончательный вариант конструкций тепловых насосов с природными хладагентами представили в апреле 2014 года. До конца ноября 2014 году будут проводиться экспериментальные кампании в КТН (Тематическое исследование №1,2), UPVLC (Тематическое исследование №3), ENEA (Тематическое исследование №4,5).