Click here to load reader

17._Soojuspumbad

  • View
    76

  • Download
    3

Embed Size (px)

Text of 17._Soojuspumbad

17. SOOJUSPUMBADSoojuspump on seade soojuse lekandmiseks madalama temperatuuriga keskkonnalt krgema temperatuuriga keskkonnale. Soojuspumpasid kasutatakse ktte- ja konditsioneerimisssteemides ning tehnoloogilistes protsessides. Nad sobivad nii uue kui ka vanema maja ktmiseks, samuti vib nendega tiendada juba olemasolevat kttessteemi. Soojuspumbas vib ra kasutada nii vlishu, veekogu kui ka maapinna soojust, mida tarbitakse eluruumide ktteks vi sooja tarbevee tootmiseks. Soojuspumbad vib jagada viide klassi [32]: maasoojuspump, ventilatsioonisoojuspump, kombineeritud ventilatsiooni-maasoojuspump, hk-hk-soojuspump ja hk-vesi-soojuspump. Jrgnevas on antud levaade soojuspumpadest, neis kasutatavatest klmutusagensitest ning madalatemperatuurilistest soojusallikatest.

17.1. Liigid ja efektiivsusTavaliselt levib soojus krgema temperatuuriga kehadelt madalama temperatuuriga kehadele. Soojuspumbad on aga vimelised soojuse liikumise suunda muutma vastupidiseks, kasutades selleks suhteliselt vikest energiakogust. Soojuspumpi on vimalik kasutada ka jahutamiseks. Sel juhul kantakse soojus jahutatavast keskkonnast krgema temperatuuriga keskkonnale. Kuna soojuspumbad tarbivad vhem energiat kui muud ktteviisid, siis on soojuspumba tehnoloogia thtis vhendamaks kahjulike gaaside, nagu ssinikdioksiidi (CO2), vveldioksiidi (SO2) ja lmmastikoksiidide (NOx) emissiooni mbritsevasse keskkonda. leldine keskkonna saastamise mr sltub aga paljugi sellest, kuidas on toodetud elekter, mis soojuspumpa kitab. Hdro- vi taastuvenergia abil elektrit tootes on saastemr viksem kui kivissi vi plevkivi pletades. Kasutatavaimad on aurukompressor- ja absorptsioonsoojuspumbad.

17.1.1. Aurukompressor-soojuspumbadAurukompressor-soojuspumbad koosnevad neljast phikomponendist, milleks on kompressor, drosselventiil ning kaks soojusvahetit aurusti ja kondensaator. Kik osised on omavahel henduses ja moodustavad suletud ssteemi, kus tsirkuleerib klmutusagens. Aurukompressor-soojuspumba phimtteskeem on joonisel 17.1. Joonis 17.2 kujutab soojuspumba teoreetilist ringprotsessi TS-diagrammil.

Joonis 17.1. Aurukompressor-soojuspumba phimtteskeem [33]

125

Joonis 17.2. Soojuspumba teoreetiline ringprotsess TS-diagrammil

Klmutusagensi temperatuur aurustis hoitakse madalamal, kui seda on soojusallika temperatuur, mis tagab soojuse lekande soojusallikalt klmutusagensile. Selle tagajrjel klmutusagens aurustub ja liigub kompressorisse, kus tema kokkusurumise teel tstetakse rhku ja temperatuuri. Soojuspumba kondensaatoris klmutusagens kondenseerub ning vabanev soojus antakse tarbijale ehk kttessteemi. Kondensaadi jahutamiseks madalatemperatuurilise soojusallika temperatuurini lastakse kondensaadil drosselventiilis paisuda. Kompressorit kitab soojuspumbas tavaliselt elektri-, vahetevahel ka siseplemismootor. Kui kitajaks on siseplemismootor, saab lisaks klmutusagensi kondenseerumissoojusele kasutada ra ka mootori jahutusvedeliku ja lahkuvate plemisgaaside soojust.

17.1.2. Absorptsioon-soojuspumbadAbsorptsioon-soojuspumbas puudub mehaaniline kompressor termodnaamilise keha rhu ja temperatuuri tstmiseks. See on asendatud termokeemilise komprimeerimisega, mis phineb eksotermsel (soojust eraldaval) segunemisprotsessil ja endotermsel (soojust neelaval) lahutamisprotsessil ehk separeerimisel. Absorptsioon-soojuspumba phimtteskeemi illustreerib joonis 17.3. Absorptsiooniseadmetes on kasutusel kaks ainet absorbaat (klmutusagens) ja absorbent (neelaja, lahustaja). Absorbaadi ja absorbendi keemistemperatuur on samal rhul erinev. Peamisteks ainepaarideks, mida absorptsioon-soojuspumpades kasutatakse, on: ammoniaak NH 3 (absorbaat) ja vesi H 2 O (absorbent); vesi H 2 O (absorbaat) ja absorbendid NaOH, KOH vi CaCl 2 .

126

Joonis 17.3. Absorptsioon-soojuspumba phimtteskeem [34]

Absorptsioonissteemides toimub aurustis agensi (absorbaadi) aurustumine. Absorberis seguneb absorbaat absorbendiga, mille tagajrjel eraldub soojus, mis edastatakse tarbijale. Pumbaga tstetakse absorbaadi ja absorbendi segu rhku enne generaatorisse sisenemist. Generaatoris toimub segu keemine vlise soojusallika toimel, mille tagajrjel absorbaat aurustub ning suunatakse kondensaatorisse. Absorbaadiauru kondenseerumisega kondensaatoris eraldub soojus, mis edastatakse tarbijale, samas suunatakse kondensaat lbi drosselventiili tagasi aurustisse.

17.1.3. Soojuspumpade soojuslik efektiivsusJoonisel 17.4 leiab soojusmasinate lihtsustatud phimtteskeemid. Soojuspumpade soojuslikku efektiivsust hinnatakse soojusteguriga (COP1). Teoreetiline soojustegur q 0 = 2 1 l kus: q2 ringprotsessist eemaldatav soojushulk kJ/kg; l ringprotsessi kulutatud t kJ/kg.

(17.1)

Klmutusseadme soojuslik efektiivsus on mratav jahutusteguriga. Teoreetiline jahutustegur q 0 = 1 (17.2) l kus: 0 klmutusseadme jahutustegur; q1 ringprotsessi juhitav soojushulk kJ/kg; l ringprotsessi kulutatud t kJ/kg.

1

COP coefficient of performance

127

Joonis 17.4. Soojusmasinate phimtteskeemid [35]: A soojusallikas, mis annab soojust ringprotsessi; B soojusallikas, kuhu juhitakse soojus ringprotsessist; T0 keskkonnatemperatuur K; Ta madalatemperatuurilise (alumise) soojusallika temperatuur K; T krgetemperatuurilise (lemise) soojusallika temperatuur K; q1 ringprotsessi juhitav soojushulk kJ/kg; q2 ringprotsessist eemaldatav soojushulk kJ/kg; l ringprotsessi kulutatud t kJ/kg.

Soojuspumba soojusteguri ja klmutusseadme jahutusteguri vahel kehtib seos

0 = 0 + 1Soojuspumba soojus- ehk kttevimsus Qk = q 2 M kus: Qk soojuspumba kttevimsus kW; M klmutusagensi kulu kg/s. q2 ringprotsessist eemaldatav soojushulk kJ/kg. Soojuspumba kitamiseks vajalik teoreetiline vimsus Q N0 = k

(17.3) (17.4)

0

(17.5)

kus: N 0 soojuspumba kitamiseks vajalik teoreetiline vimsus kW; Qk soojuspumba kttevimsus kW; 0 soojuspumba teoreetiline soojustegur. Soojuspumba tks vajalik madalatemperatuuriliselt keskkonnalt saadav teoreetiline soojusvimsus 128

Q0 = Qk (1

1

0

)

(17.6)

kus: Q0 soojuspumba tks vajalik madalatemperatuuriliselt keskkonnalt .................saadav soojusvimsus kW; Qk soojuspumba kttevimsus kW; 0 soojuspumba teoreetiline soojustegur. Reaalse soojuspumba protsessid on tagastamatud, phjuseks on hrdumine ja soojusvahetus. Esinevad ka vlised kaod soojuspumba kompressoris, elektrimootoris jne. Sellest tulenevalt on soojuspumba tegelik soojustegur viksem teoreetilisest, s.t

< 0kus: soojuspumba tegelik soojustegur; 0 soojuspumba teoreetiline soojustegur.

(17.7)

Tpilise hk-hk-soojuspumba soojusteguri (COP) muutus sltuvalt vlishu temperatuurist on esitatud joonisel 17.5. Vlishu temperatuuril 10 C on hk-hk-soojuspumpade soojustegur tavaliselt 3,3 ringis. See thendab, et soojuspumba kitamiseks kulutatud 1 kWh elektrienergia juures toodab soojuspump 3,3 kWh soojusenergiat. Vlishu temperatuuril 8,3 C on hk-hk-soojuspumba soojustegur ligikaudu 2,3. Nagu jooniselt 17.5 nha, vheneb soojuspumba soojustegur vlishu temperatuuri langedes. See on tingitud asjaolust, et jahedast ja klmast hust on soojust raskem eraldada. [36]

Joonis 17.5. Tpilise hk-hk-soojuspumba soojustegur sltuvalt vlishu temperatuurist [36]

17.2. Soojuspumpade kasutamine ja levikEsimese soojuspumba projekti esitas William Thomson 1852. aastal. Soojuspumpa katsetati esimest korda Inglismaal 1930. aastal. Praktiliselt kasutati soojuspumpa esmakordselt Zrichis aastail 19381939. Seadme soojuslik vimsus oli 175 kW. Madalatemperatuuriliseks soojusallikaks oli jevesi.129

Teise maailmasja ajal veti veitsis kasutusele mned soojuspumbad, laialdasemalt hakati neid kasutama prast sda. [35]

17.2.1. Soojuspumbad EestisEestis on soojuspumpasid paigaldatud juba 15 aastat. Hinnanguliselt on Eestis 2008. aasta alguse seisuga paigaldatud 18000 soojuspumpa, millest ligi 4000 on maasoojuspumbad. Paigaldatud soojuspumpade koguvimsus on ligi 95 MW, arvutuslikult toodetakse umbes 260 GWh maapinnast, veest ja hust akumuleeritud soojust. Elektrienergiat kulub selleks 88 GWh. [37] 2013. aasta eesmrgiks on paigaldada Eestis 14...15 tuhat soojuspumpa koguvimsusega 100...110 MW, mis aasta jooksul toodaksid 280...300 GWh soojusenergiat, kulutades selleks ligi 100 GWh elektrienergiat. [38] Tabelid 17.1, 17.2 ja 17.3 annavad levaate soojuspumpade kasutuselevtu dnaamikast, soojuspumpade vimsusest ja soojuse tootmisest Eestis aastatel 20002006. Tabel 17.1Soojuspumpade kasutuselevtu dnaamika Eestis aastatel 20002006, tk [37]Paigaldatud soojuspumbad 2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Maasoojuspumbad hksoojuspumbad hk-vesi-soojuspumbad Muud tbid Kokku

86 34 120

183 100 283

312 133 445

360 175 535

440 206 34 680

565 461 2 57 1085

750 1476 87 107 2420 Tabel 17.2

Soojuspumpadega soojusenergia tootmine Eestis aastatel 20002006, GWh [37]2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Arvestuslik keskmine 2,5

5,4

8,6

8,7

11

17,1

32,7 Tabel 17.3

Soojuspumpade installeeritud vljundvimsused Eestis aastatel 20002006, kW [37]2000 2001 2002 2003 2004 2005 2006

Maasoojuspumbad hksoojuspumbad hk-vesi-soojuspumbad Kokku

1023 227 1250

2238 670 2908

3760 890 4650

3698 1023 4721

4695 954 5649

6910 1964 24 8898

9300 7783 1012 18095

130

17.2.2. Soojuspumbad maailmasEuroopa Liidus on soojuspumbad valmis tootma 12% energiast, mida toodetakse taastuvatest allikatest. Kogu Euroopas paigaldati 1999. aastal 52 000 soojuspumpa, aastal 2003 paigaldati Euroopa Soojuspumbaliidu (EHPA2) andmeil juba 125 000 soojuspumpa. [37] Joonisel 17.6 on esitatud mnedes Euroopa maades mdud soojuspumpade kogused aastal 2003. EHPA andmetel mdi 2004. aastal Euroopas umbkaudu 20

Search related