HeatEx Direct

Теплообменники для крупных тепловых насосов и централизованного теплоснабжения: хладагенты, источники тепла и тепловые пункты

Автор: Редакция HeatEx Direct
Время чтения: 9 минут
Теплообменники для крупных тепловых насосов и централизованного теплоснабжения: хладагенты, источники тепла и тепловые пункты

Системы централизованного теплоснабжения в Европе заменяют угольные и газовые котлы крупными электрическими тепловыми насосами, которые берут тепло из морской воды, рек, очищенных сточных вод или промышленного сбросного тепла. В Эсбьерге (Дания) тепловой насос мощностью 70 МВт, который использует CO2 в качестве хладагента и морскую воду в качестве источника тепла, в конце 2024 года начал снабжать теплом сети Эсбьерга и Варде. В Оденсе тепловые насосы общей мощностью 20 МВт используют аммиак, чтобы отбирать тепло у очищенных сточных вод.

Теплонасосная станция такого типа — во многом набор теплообменников: на стороне источника тепла, в контуре хладагента и на стороне сети, вплоть до тепловых пунктов в зданиях. В руководстве объясняется, где они стоят, как хладагент и источник тепла меняют их конструкцию и что указать при покупке. В каталоге продукции на этом сайте есть полусварные пластинчатые теплообменники для аммиачных холодильных систем, сварные пластинчатые теплообменники с широкими каналами для склонной к загрязнению воды и блочные теплообменные установки для теплоснабжения. Для конкретного проекта отправьте данные через форму запроса предложения.

1. Где стоят теплообменники

МестоТеплообменникНазначение
Источник теплаПластинчатый теплообменник между водой источника и промежуточным контуромНе пускает морскую или сточную воду в испаритель хладагента
ИспарительТеплообменник хладагент — водаХладагент испаряется и забирает тепло у источника
Конденсатор или газоохладительТеплообменник хладагент — водаХладагент отдаёт тепло сетевой воде
Переохладитель, экономайзер, маслоохладительНебольшие теплообменники в контуре хладагентаУтилизируют тепло и повышают эффективность цикла
Тепловой пунктПластинчатый теплообменник между сетью и зданиемОтделяет сеть от системы отопления здания и горячего водоснабжения

Станция в Оденсе хорошо показывает эту схему. Alfa Laval, поставившая для неё теплообменники, описывает полусварные пластинчатые теплообменники, работающие как испарители, конденсаторы, переохладители и маслоохладители, а между сточной водой и аммиачным испарителем добавлен промежуточный контур. Станция охлаждает очищенные сточные воды примерно на 5 °C и производит около четырёх единиц тепла на каждую потреблённую единицу электроэнергии.

2. Хладагент во многом определяет конструкцию

Регламент ЕС о фторсодержащих газах (EU) 2024/573, действующий с 11 марта 2024 года, к 2050 году выводит гидрофторуглероды (ГФУ) с рынка ЕС. Поэтому крупные тепловые насосы всё чаще работают на природных хладагентах, и каждый из них предъявляет к теплообменникам свои требования.

  • Аммиак. Аммиак разрушает медь, поэтому паяные пластинчатые теплообменники с медным припоем с ним не применяют. В справочнике SWEP по хладагентам сказано, что паяные пластинчатые теплообменники для аммиака должны иметь припой на основе никеля. Alfa Laval называет аммиак среди агрессивных сред, для которых подходят её цельнонержавеющие теплообменники, изготовленные методом сплавления (fusion-bonded). При больших мощностях распространены полусварные пластинчатые теплообменники: аммиак идёт в сваренных парах пластин, а вода — в каналах с прокладками, которые можно открыть для чистки. Применяют также пластинчато-кожуховые и кожухотрубные теплообменники.
  • CO2. Системы на CO2 работают при гораздо более высоких давлениях, чем системы на ГФУ. Паяный пластинчатый теплообменник Danfoss H48T для транскритических систем на CO2, например, рассчитан на 140 бар на первичной стороне. Уточните расчётное давление на стороне хладагента и проверьте, что теплообменник и его сертификация его покрывают.
  • Углеводороды, например пропан. Эти хладагенты горючи, и правила безопасности ограничивают их количество в системе, поэтому предпочтение отдают теплообменникам с малым внутренним объёмом.

Каким бы ни был хладагент, теплообменники на его стороне обычно определяет производитель теплового насоса. Если вы закупаете их отдельно, получите у проектировщика теплового насоса хладагент, его давления и температуры, а также требуемые нормы для оборудования, работающего под давлением.

3. Источник тепла определяет водяную сторону

  • Морская вода содержит хлориды и вызывает биообрастание. Обычно применяют титановые пластины с фильтрацией на входе. О материалах читайте в контрольном списке закупки судовых теплообменников и теплообменников на морской воде.
  • Очищенные сточные воды загрязняют поверхности теплообмена. В Оденсе сбрасываемая вода обычно имеет температуру 8–22 °C, а от аммиачного испарителя её отделяет промежуточный контур. На стороне сточной воды обычно выбирают теплообменник, который легко чистить, а для более грязной воды — конструкцию с широкими каналами.
  • Промышленное сбросное тепло и ЦОД могут давать более тёплую воду, что повышает эффективность теплового насоса. См. раздел об утилизации тепла в руководстве по теплообменникам для жидкостного охлаждения ЦОД.
  • Речная и озёрная вода меняет температуру по сезонам и несёт мусор, поэтому важны фильтрация и минимальная зимняя температура.

Для любого источника сообщите поставщику минимальную и максимальную температуру источника за год, анализ воды, содержание взвешенных веществ и предполагаемый способ чистки.

4. Температуры в сетях снижаются

Старые системы централизованного теплоснабжения работают при высоких температурах. В обзоре Ольборгского университета о поколениях теплоснабжения температура подачи в третьем поколении указана ниже 100 °C, а в четвёртом — около 50–60 °C в подаче, до 70 °C в холодные периоды, с обраткой около 25 °C. Чем ниже температура подачи, тем эффективнее тепловые насосы, потому что им приходится меньше поднимать температуру.

Для теплообменников более низкие температуры означают меньшие температурные напоры, поэтому тепловым пунктам нужны теплообменники, рассчитанные на малый минимальный температурный напор, а это обычно означает большую площадь теплообмена. Низкая температура обратной воды — самостоятельная цель: чем сильнее вода охлаждается в тепловых пунктах, тем больше тепла несёт каждый кубический метр сетевой воды. Задавая теплообменник теплового пункта, указывайте требуемую температуру обратной воды, а не только температуры подачи.

5. Тепловые пункты и блочные теплообменные установки

Многие проекты закупают тепловые пункты в виде заводских блочных теплообменных установок, в которых объединены пластинчатые теплообменники, насосы, арматура, КИП и автоматика. Примеры на этом сайте:

  • Блочная теплообменная установка ViEX объединяет теплообменник, циркуляционный насос, подпиточный насос и систему управления; среди типичных рабочих точек указаны 130/80 °C на стороне сети и 95/70 °C на стороне здания.
  • Для стандартизированной теплообменной установки THT Juyuan заявлены целевые значения гидравлического сопротивления ниже китайских национальных ориентиров, например 40 кПа для пластинчатого теплообменника при ориентире 50 кПа.
  • Установки серии MP компании Accessen имеют сертификат CE от TÜV Rheinland и работают на заводе коммерческого транспорта BYD в Венгрии.

Гидравлическое сопротивление важно, потому что сетевые насосы работают круглый год. В Китае также опубликован стандарт GB/T 47007-2026 по испытаниям и оценке энергоэффективности пластинчатых теплообменников, а некоторые производители уже испытывали серии пластин по прежним правилам энергоэффективности теплообменников TSG R0010-2019. THT Juyuan, например, сообщает, что восемь её серий пластин достигли уровня 1 в испытаниях национального центра контроля качества теплообменного оборудования; см. её пластинчатые теплообменники с энергоэффективностью уровня 1.

6. Учитывайте частые пуски и изменения нагрузки

Электрические тепловые насосы всё чаще используют для балансировки энергосистемы. Станцию в Эсбьерге, например, можно включать и выключать много раз в день. Каждый пуск и останов — это температурный цикл для теплообменников, который нагружает прокладки, а в паяных аппаратах — паяные соединения. Сообщите поставщику, как будет работать станция, и спросите, есть ли у предлагаемой конструкции ограничения по числу циклов или скорости изменения температуры. Тот же вопрос для пара разобран в статье о том, можно ли греть пластинчатый теплообменник паром.

7. Что указать

ПунктЧто указать
Место в схемеСторона источника, испаритель, конденсатор или газоохладитель, переохладитель, тепловой пункт
Сторона хладагентаХладагент, расчётное давление и температуру, требуемые нормы
Источник теплаТип источника, диапазон температур за год, анализ воды, взвешенные вещества, способ чистки
Сторона сетиТемпературы подачи и обратки, расчётное давление, допустимое гидравлическое сопротивление
НагрузкаТепловую нагрузку в расчётной точке и при минимальной нагрузке
Режим работыЧисло пусков и остановов в сутки, скорость изменения нагрузки
МатериалыМатериал пластин, смесь прокладок, если есть прокладки, припой для паяных аппаратов
Объём поставкиТолько теплообменник или полная установка с насосами, арматурой и автоматикой

Что это значит для покупателей

В проектах тепловых насосов и централизованного теплоснабжения конструкцию теплообменников определяют хладагент, источник тепла и температуры сети. Выбирайте конструкции, подходящие для хладагента: без меди для аммиака и с полным запасом по давлению для CO2. Защищайте испаритель от грязной воды источника промежуточным контуром и теплообменниками, которые можно чистить. Рассчитывайте тепловые пункты на низкую температуру обратной воды и малое гидравлическое сопротивление и сообщайте поставщикам, как часто станция будет пускаться и останавливаться. Дополнительные вопросы для тепловых пунктов и инженерных систем зданий есть в чек-листе выбора поставщика теплообменников для ОВК.

Источники и связанные страницы

Нужно такое оборудование?
Отправьте одну заявку с рабочими условиями. Мы проверим её и передадим подходящим китайским производителям.
Запросить цену