Эволюция тепловых насосов — Советский опыт применения тепловых насосов

Инициатором теплонасосного теплоснабжения в СССР был физик Владимир Александрович Михельсон (1860–1927), который в 1926 году опубликовал статью о солнечной системе теплоснабжения с тепловым насосом (ТН). Практический опыт применения тепловых насосов, в том числе в геотермальном теплоснабжении, был накоплен в 1950-х годах в грузинской школе теплонасосных установок.

Лидером этой школы был академик Вахтанг Иванович Гомелаури, который в 1953 году в журнале «Холодильная техника» в соавторстве с А. И. Мусхелишвили опубликовал статью об использовании тепло-насосных установок (ТНУ) для утилизации отработанных геотермальных вод для теплоснабжения санаторных объектов. В 1970-х годах д.т.н. Отаром Шаловичем Везиришвили были разработаны и построены в Абхазии несколько поверхностных геотермальных систем теплоснабжения (ПГСТ) с использованием тепла морской воды Чёрного моря, в том числе торговый центр в городе Сухуми (1971) и курортный зал в городе Пицунда (1977).

В СССР разработкой холодильных машин и тепловых насосов занимался институт ВНИИхолодмаш (Москва). Однако адаптированные им для работы в теплонасосном режиме холодильные машины быстро выходили из строя. Основной причиной было то, что соотношение давлений хладагента на входе и выходе из них было существенно выше, чем у обычных холодильных машин (6–7 и 9–10, соответственно). Автор данной статьи в 1982–1984 годах при эксплуатации компрессора А-220–0 производства московского завода «Компрессор» в режиме геотермального теплового насоса на своём опыте убедился в повышенном износе кривошипно-шатунного механизма, проблемах с маслохозяйством и автоматикой. Вследствие низкой надёжности таких машин при проектировании ТНУ на морской воде в городе Ялте на каждый блок «испаритель-конденсатор» были установлены по два компрессора (рабочий и резервный).

В СССР головной организацией по проектированию теплонасосных установок был институт ВНИПИэнергопром (Москва), крымский филиал которого в 1986 году разработал проект ТНУ для пансионата «Дружба» в Ялте с использованием тепла морской воды. Данная демонстрационная ТНУ расчётной тепловой мощностью 2,1 МВт являлась советской учебно-методической базой по подготовке специалистов для эксплуатации этого оборудования.

В 1980-х годах разработкой проектов ТНУ занимался также московский Центральный научно-исследовательский институт экспериментального проектирования инженерного оборудования (ЦНИИ ЭПИО), который в 1986 году разработал соответствующие «Рекомендации».

В 1987 году совместным постановлением ведущих структур советского правительства, Госпланом, Бюро Совета Министров по ТЭК, Госкомитетом по науке и технике были разработан и утверждён к реализации комплекс мероприятий по увеличению использования ВИЭ в народном хозяйстве СССР в 1987–1990 годах. Предусматривалось в том числе построить теплонасосные установки общей тепловой мощностью 320 МВт.

Таким образом, в СССР была создана теоретическая теплофизическая база оценки поверхностных геотермальных ресурсов, производилось адаптированное для работы в теплонасосном режиме оборудование, были разработаны методические материалы по проектированию ТНУ, сооружались десятки установок, велась подготовка эксплуатационных кадров.

#ЭволюцияТепловыхНасосов

Эволюция тепловых насосов — 60-е, 70-е и 80-е годы XX века

В 1963 году было выпущено 76000 тепловых насосов, причем большинство из них установлено в южных штатах, где требуется летнее охлаждение и отопление зимой. Такие тепловые насосы успешно конкурировали с обычными котлами, дающими только тепло. Проблемы возникли, когда эти установки начали применять в холодных северных штатах и выявился их недостаточный ресурс. За «агрегированными» тепловыми насосами установилась репутация ненадежных устройств. Это привело к прекращению роста производства в начале 60-х годов.

В семидесятых годах идея использования тепловых насосов пережила свой новый расцвет. Период отмечен возросшим интересом к технологии. Проведено множество исследований, реализовано большое число экспериментов, воплощён целый ряд интересных проектов.

Одна из перспективных разработок — тепловые насосы, берущие тепло из грунтового источника. Характеризуются относительно небольшой глубиной залегания и наличием трубки-змеевика с прямым расширением. Правительство Швеции, а именно Департамент Энергетики оказывал такому типу проектов существенную финансовую поддержку, из бюджета страны на них выделялись значительные средства.

Щедрое вливание денег привело к росту интереса к технологии и уже в начале 80-х годов сфера её применения сильно расширяется. А в середине десятилетия более сотни мощных насосов, от 1 МВт и более, надёжно функционируют, обеспечивая энергией комплекс централизованного отопления. В тот же период в частных домах применены и успешно работают более 100 тысяч небольшой мощности.

Одновременно с внедрением, идёт изучение перспектив развития технологии. Работой на будущее заняты шведские ВУЗы. Это Чалмерский институт технологий, Королевский институт технологий, ряд исследовательских организаций. Грунтовые агрегаты для получения тепла тщательно изучаются в Техническом институте города Ланда.

Значимым успехом в восьмидесятых годах было составление и издание единого руководства, содержащего полную, доступную на тот момент, информацию о тепловых насосах. Были показаны аспекты хранения энергии, основы охлаждения, подробно разобраны все разновидности тепловых систем. Широко освещалось в руководстве и применение принципов математического моделирования для расчёта тепловых систем. Многие модели до сих пор успешно применяются при анализе и проектировании комплексов отопления, берущих тепло из грунтовых источников.

Ещё одной вехой развития можно назвать постройку в Стокгольме одного из крупнейших тепловых насосов, производительность которого составила порядка 250 мегаватт. Будучи подключённым к центральному отоплению города, этот агрегат давал до двух третей тепла, необходимого такому крупному городу как Стокгольм.

Однако, в восьмидесятые годы не придавали такого, как сейчас, значения защите окружающей среды. Никого не интересовало истощение озонового слоя и не возникало трудностей с применением хладагентов.

Ещё одной особенностью времени было то, что исследования в области технологии тепловых насосов шли непрерывно. Усилия шли не только на изучение новых перспективных направлений, но и на отслеживание работы уже функционирующих агрегатов. Это позволило получить большое количество информации, оказавшей значительное влияние на дальнейшее развитие тепловых систем.

#ЭволюцияТепловыхНасосов