F Тепловой насос. Поговорим-поболтаем?

Есть у нас в Оренбурге байка, про Газпром.
Говорят Оренбурггазпром хотел установить на геливом заводе генераторы электрической мощности, чтобы избавиться от зависимости от "Чубайса". Говорят "Чубайс" эту идею у Газпрома похерил (не знаю как). Дело в том, что геливый завод жрет ну очень много электричества в куче с газовым заводом. И "лишняя" электроэнергия в центре России "Чубайсу" никак не нужна. Связь газ-электричество всегда есть. Газ как вы выразились все таки стоит и добыча его требует электричества. Отсюда связка газ-электричество. Но учитывая, что настоящую себестоимость добычи газа мы никогда не узнаем можно сделать вывод что соотношение газ электричество у нас в стране может быть любым. Но не стоит забывать что электричество у нас отпускают по нескольким тарифам в зависимости от напряжения. Что-то можно купить за 1 руб кВт*час, а что-то продают за 6 руб за кВт*час.

 

Это все так, на оптовом электроэнергетическом рынке стоимость некоторых позиций опускается даже ниже 0,2 руб за кВтчас.
Чтобы не ломать голову и вычислять реальную стоимость электроэнергии, сопоставляя между собой запутанные прайсы оптовых поставщиков энергии и энергосбытовых компаний, в которых много непонятных граф для бытового потребителя, давайте, как говорится, попробуем "выразить в общем виде"

КПД преобразования угля в электричество на наших старых ТЭС 20-30%, на современных 35%, на новейших импортных супер-пупер технологичных 45%, которые только-только появляются в Германии, отказывающейся от АЭС в пользу угольных ТЭС.
КПД преобразования газа в электричество выше, около 55 % в современных системах обвязки
газовой турбины с генератором.
Не надо путать с общим КПД теплоэлектростанций, доходящим до 80%, который учитывает ещё получаемую горячую воду и тепло.
Но побочное тепло более менее пристроить можно только в локальных когерационных установках, в населённых пунктах с централизованным теплоснабжением, на поддержание которого тоже нужны средства, а в крупных ТЭС лишнее тепло просто выбрасывается в атмосферу, так сказать - издержки производства электроэнергии.
Рядом с мощной ТЭС или АЭС никто в здравом рассудке жить не захочет, чтобы зимой при этом пользоваться дешевым теплом.
Эти цифры при номинальной загрузке турбин по мощности.
Не забываем про то, что при снижении отбора мощности от турбины в 2 раза КПД её падает в 3 раза.
Ниже - ещё хуже.
Часть от общего количества турбогенераторных блоков на ночь просто так не остановишь, когда потребление электричества снижается, и в другие регионы через несколько часовых поясов, где ещё вовсю идёт рабочий день, по проводам электроэнергию без громадных потерь тоже не передать.
Вот и приходится по ночам распродавать электроэнергию в несколько раз дешевле, лишь бы не пропадала, хотя она ведь стоит как минимум в 3 раза дороже (из-за КПД), если потребляемая мощность от электростанций ночью в 2 раза падает.
А может быть и больше падает, особенно в выходные и праздничные дни.

О чем говорят такие цифры ?
О том, что если в среднем только пятая часть угля и третья часть газа переходит в электричество, то при СОР равном 3-5 тепловой насос даст едва столько же тепла, сколько получается при прямом сжигании этого топлива.
Но есть ещё потери электричества при транспортировке, да КПД электродвигателя и компрессора в тепловом насосе в сумме тоже не более 70%.
Вот и получается, что ТН, с СОР около 4-5 не выгоден, если рассматривать процесс от добычи топлива, далее через генерацию электричества и питание электродвигателя привода компрессора ТН.
Выгоднее сжигать это топливо прямо в индивидуальном котле.
Да ещё тепловой насос выдает только тепленькую водичку и должен добирать низкопотенциальное тепло по крохам от окружающей среды, куда оно попадает от Солнца, когда прямое сжигание топлива может дать любую необходимую температуру для отопления.
В чём выгода тогда тепловых насосов?
А выгода в том, что сегодня электричество продают намного дешевле, чем оно стоит, исходя из стоимости сжигаемого топлива для производства этого электричества.
Скажете, что там дураки что-ли?
Нет конечно, бескорыстных спонсоров в электроэнергетике днём с огнём не найдешь.
Там сплошь теперь частный капитал, после всем известного реформирования отрасли.
Просто надо посмотреть на это дело с другой стороны и предположить, что электричество нам всё-таки продают по цене рентабельной для его производства, да ещё и с хорошей прибылью, судя по неплохо выглядящим воротилам рынка электрической энергии.
Да и на транспортировку энергосетям перепадает и энергосбытчикам тоже достается на поддержку штанов.
В чём же тогда фокус?

По всей видимости в том, что цена на топливо для населения завышена как минимум во столько раз, во сколько раз оно дешевле обходится генерирующим электроэнергию компаниям.
Судя по СОРу теплового насоса около 5, при котором суммарный КПД электроэнергетической отрасли становится равен единице, как минимум 5-ти кратная средняя разница в цене топлива и имеет место быть. Для каких-то топлив эта разница больше, для иных меньше, но результат налицо.
КПД производящих электроэнергию ТЭС, который никто не скрывает, это вполне доказывает.
Нам продают топливо в 4-5 раз дороже, чем сложилась цена на то же топливо для генерирующих компаний.
Там, где генерация идёт на ГЭС, стоимость производства электроэнергии ещё как минимум в 2-3 раза ниже.
Посмотрите сколько стоит электроэнергия вблизи крупных гидроэлектростанций.
Не стоит особо переживать, что такое соотношение цен сильно может измениться из-за скажем подорожания электроэнергии, и в то же время падения цен на топливо.
Вряд-ли такое возможно, разве только колебания туда-сюда на непродолжительное время.

Эта разница, вернее соотношение между ценой топлива для населения и для генерирующих компаний, никуда не денется и в дальнейшем.
Будет оставаться в том же примерном соотношении и дальше.
Такой паритет цен сложился давно и наверняка неспроста.
Так что для тепловых насосов работа найдётся ещё долго.
Тепловые насосы позволяют нам брать тепло на отопление не от сгорания топлива, а от тепла окружающей среды.
При этом нам необходима электроэнергия на привод ТН, около 20-25% от тепловой мощности ТН, которую мы получаем от электростанций, на которых по иронии судьбы, как раз это топливо и сжигают в количестве именно в 4-5 раз больше необходимого нам.
Глупость получается несусветная.
Таких электростанций в мире половина от общего количества или около того.
Если электроэнергию получать от ГЭС или АЭС, то никакой глупости уже нет.
Уран в теплые полы не положишь, напрямую обогреваться кинетической энергией падающей воды тоже не получится.
И по какой бы цене нам электроэнергию не продали, для отопления посредством теплового насоса нужна только четверть, для получения того количества тепла, которое мы получили бы от электрообогревателей.
И для того, чтобы электроэнергия не подпрыгнула в цене до небес есть сдерживающие продавцов электричества факторы, один из них - доступное населению топливо для индивидуальных отопительных установок и генераторов, и цена на него, которая должна быть определённого уровня, относительно цены на электро.
Этот уровень мы сейчас по всей видимости и наблюдаем.

 

ГЭС в Набережных челнах - тариф в г. Набережные челны более 2 руб за 1 кВт час для городских, а раньше у них дома в городе без счетчиков были, брали с квадратуры квартиры или количества жильцов, но кажись копейки были.
Оренбург до ближайшей Ириклинской ГЭС еще ехать и ехать тариф 1,8 руб за 1 кВт час для городских.

По большому счету согласен.
Работали мы с одной электропередающей компанией там еще те "секретные материалы" по стоимости электричества.

 

Извините, если написал глупость, но ответьте на такой вопрос: обязательно ли гонять теплоноситель по подземному контуру насосом? Может достаточно будет естественной циркуляции?

 

Слишком мала разница температур между грунтом и трубой для возникновения естественной циркуляции.
Да и диаметры труб с необходимыми уклонами тоже малы или их невозможно выдержать.

 

А как-то можно посчитать скорость естественной циркуляции для конкретного случая? Если, например, труба на 32, уклон 20 мм на метр. Длина траншеи 60 метров. Разница температур 5 градусов. Возникнет ли она [циркуляция] вообще?

 

Подозреваю, что не стоит заморачиваться.
Старые системы отопления делали трубами не меньше 57 мм. и Дельта была градусов 40 и то циркуляция хуже чем самый слабый китайский циркуляционный насос.
По любому для ТН не хватит.

 

Мой вопрос был не праздный, а связан с уменьшением эксплуатационных расходов. На первый взгляд снижение теплоотдачи можно компенсировать увеличением сечения трубы и создания уклона (можно сделать замкнуты контур и в скважине) - циркуляция думаю будет (небольшая, но будет). Вопрос как рассчитать количество метров контура необходимого для нормальной работы ТН.
У моего знакомого в гараже (150 м2) стоит котел (бурельян) на дровах с водяным контуром, при этом вода циркулирует через радиаторы без насоса. Конечно тут и температура и разница температур гораздо выше, но главное принцип циркуляции.
ТН будет гораздо более ценен если объемы эксплуатационных расходов будут незначительны (например 1000р./мес на 250 м2).

 

Гммм... Вы хотите сэкономить на цирк насосе?
Купив при этом ТН и закопав километр (два) трубы в землю.
Проток по теплообменнику ТНа не менее 1м3 в час.
Да поправят меня Гуры.

 

Можно даже не считать, применительно к грунтовому теплообменнику и тому, что туда будет залито, если вспомнить, что именно определяет возникновение естественной циркуляции.

Вот именно.
Так почему возникает циркуляция при нагреве воды в системе отопления или скажем в Гольфстриме?

При нагреве вода расширяется, плотность падает, гидростатическое давление столба воды в трубопроводе подачи (горячем) становится меньше, чем в холодном (обратке) и под действием сил гравитации возникает циркуляция.
Ну и какую жидкость будем в свой грунтовый коллектор заливать?
Начнём с чистой воды.
Вспомним как меняется плотность воды в зависимости от нагрева в системе отопления.
Температура подачи повышается с нагревом, плотность воды в подаче падает и начинается циркуляция.
А в грунтовом теплообменнике, работающем при температуре ниже +7?
Выше 4 градусов плотность воды начинает уменьшаться.
Наибольшую плотность имеет вода с температурой около 4 С, а при температуре ниже 4 градусов плотность воды тоже уменьшается, а при 0 замерзает.
Перед началом замерзания вода имеет плотность такую же как и при +8 С.
Если по разным причинам вода пока ещё не замерзла (очень чистая например), то и дальше с понижением температуры плотность снижается, при -10 и +20 имеет одинаковую плотность (0,998 г/см3)
При превращении в лёд вода расширяется ещё на 9% процентов и лёд (0,916) становится уже гарантированно легче воды с любой температурой от 0 (1,000) до +100 (0,960).
Так что естественная циркуляция воды в диапазоне перепадов от 0 до +8 в трубах не возникнет ни при каких уклонах и диаметрах.
Добавлением незамерзающих жидкостей мы разбавляем воду, уменьшая в растворе это свойство одинаковых плотностей при разных температурах, но одновременно с увеличением концентрации гликоля повышаем вязкость раствора, которая работает против ЕЦ.
Стало быть бюджетный жиденький раствор гликоля или разбавленной водки не пойдёт.
Рассолы тоже, вязкость убъёт циркуляцию на таких маленьких температурах, какого диаметра бы трубы не взяли.
Ну и финансовый вопрос сразу возникает, раз будут очень толстые трубы и пока неизвестно, что будет использоваться вместо водного раствора спирта или гликоля и сколько в эти трубы жидкости войдёт.
Может тогда уж чистый спирт или ртуть?
Сэкономив при этом на циркуляционном насосе:

Длина контура, необходимого для нормальной работы ТН, очень слабо зависит от диаметра закопанных труб, так как теплосъем определяется свойствами грунтов, теплопроводность которых достаточно мала.

 

Понял, спасибо.

 

Экономика должна быть экономной. При стоимости 500-1000 руб за метр устройства многоэтажки. Сколько можно сэкономить на циркуляционном насосе стоимостью 1200-2000 рублей, это всего 4 метра многоэтажки. Стоимость ПНД 32 за метр 25 руб ПНД 63 за метр около 60 рублей. При длине контура 400 метров, попытка перейти от ПНД32 к ПНД63 обойдется в 400* (60-25) = 14000 рублей. Причем все равно естественной циркуляции будет ничтожно мало.

 

Мне была интересна чистая теория этого процесса. Я подозревал, что не пойдет циркуляция при таких температурах сама.

 

Позвольте узнать источник этих параметров теплопроводности и условия проведения испытаний. Неужели типичный растрескавшийся профилированный брус или ОЦБ и являются той самой "сосной"? Просто интересно.

 

Куда подойти за Нобелевской премией? Ну или хотя бы за патентом на изобретение?

Я, кажется, нашёл решение как отказаться от грунтовых коллекторов и прочих аналогичных источников для тепловых насосов.

Что такое грунтовый коллектор?
Грунтовый коллектор- это дорогостоящее инженерное сооружение, которое предназначается только для одной цели- быть частью механизма теплового насоса. Причём частью дорогостоящей, а иногда и просто неподъёмной для российского обывателя. Многих отпугивает именно эта сторона тепловых насосов.
Грунтовый коллектор можно заменить речкой, озером, морем и прочими не менее "бесполезными в хозяйстве вещами".

Я же предлагаю все эти "бесполезные в хозяйстве вещи" заменить обычным бассейном в доме. Польза- двойная. И искупаться после баньки неплохо, и не надо землю рыть.

Да, тепловой насос будет забирать тепло от бассейна и вымораживать его. Но "подогреть бассейн" не идёт ни в какое сравнение с технической точки зрения с остальными проблемами в этом вопросе. Ставь "Булерьян" с водяным контуром и подогревай бассейн дровами. А ещё лучше- устрой обычную самодельную топку, по которой пропусти водяной контур, подогревающий бассейн. Не надо ничего считать. В охоточку покидал дровишек- сколько нагреет, столько нагреет. Это тоже огромный плюс. Не надо общаться с умными манагерами в магазине. Не надо заморачиваться кпд, мощностью и прочей "премудростью". Достаточно одного термометра в бассейне. Поглядывай одним глазом, да изредка подкидывай дровишек.

Что касается общих расчётов.

Навскидку, совсем небольшой бассейн, например, 6м х 2м х 1,8 м- это уже 20 кубов (или тонн) воды.
Удельная теплоёмкость воды - 4,2 кДж/ (кг°С). Это означает, что для того, чтобы выморозить бассейн от +10°С до 0°С понадобится:

P= 4200 х 20000 х (10-0) / 3600 = 233333,333 Вт или 233 кВт.
То есть, в обычном небольшом бассейне имеется навскидку больше 200 кВт невостребованной энергии.

Тепловому насосу, к примеру, требуется 5 кВт*ч на электричество. Это означает, что, к примеру, если у теплового насоса COP=4, то недостающие (5х4)=20 КВт энергии он заберёт от бассейна.

А так как в бассейне 230 кВТ "бесхозной" энергии, значит этой энергии данному тепловому насосу (20 кВт по теплу) хватит на (230/20) = 11,5 часов непрерывной работы (от +10°С до замерзания воды в бассейне).

Как видим, цифры вполне сопоставимые с суточной потребностью обычного дома в низкопотенциальном тепле для теплового насоса.

А дальше, как говорится,- дело техники. Каждый сам выбирает для себя оптимальные соотношения и решения (объём воды в бассейне, чем восполнить выкачанное из бассейна тепло и проч.). Но эти расчёты и вложения уже не идут ни в какие сравнения с капитальными вложениями в устройство всяких там скважин и грунтовых коллекторов.

То есть, примерно получаем бассейн в доме по цене и взамен грунтового коллектора. Совмещаем полезное с приятным.

Кто что скажет? Были где-нибудь такие идеи?