Основные характеристики и принцип работы тепловых насосов. Тепловой насос как работает


Как работает тепловой насос для отопления дома ⋆ MACHO'S RULES

Многие наши соотечественники толком не знают, что такое тепловой насос. Но отметим, что они есть у каждого в доме: в кондиционере или холодильнике. Эти устройства стали настолько популярными, что никто не обращает внимания на их работу.

Отопление зданий геотермальными насосами является настолько же популярным, например, в Швейцарии, как у нас использование кондиционера. Тепловой насос похож на обычный кондиционер реверсивного типа, однако имеет множество функций. В отличие от кондиционера, такой насос может работать при любых температурах. Так, кондиционер при минусовой температуре остановится. Потому лучше всего использовать геотермальную систему.

Принцип работы теплового насоса можно рассмотреть на схеме Карно. Цикл Карно изучается еще в школе на физике. Уже в 1852 году Кельвин предложил теплонасосную систему. Принцип действия насоса таков: устройство берет тепло в одном месте и переносит его по разным точкам посредством специального теплоносителя. К примеру, в холодильнике тепло отбирается из холодильной камеры и отдается в помещение. Продукты становятся холодными, а стенка холодильника с внешней стороны – нагревается.

Геотермальный насос отапливает помещение, забирая тепло из окружающей среды — воды, воздуха, земли. Тепло вбрасывается в систему отопления помещения. Получается, что при отоплении дома геотермальной системой морозильная камера зарывается в землю или опускается в воду. Для того чтобы собирать тепло антифриз течет по трубам системы. Тепловой насос отбирает тепло, охлаждая до 5 градусов жидкость. Тепло передается на нагрев воды и воздуха в помещении.

Получается, что тепловой насос отбирает тепло у всех предметов и веществ: воды, земли, воздуха. В нашей стране чаще всего используются системы, где тепло забирается с земли и передается в здания. К тому же тепловой насос работает зимой на обогрев помещения, а летом – охлаждает помещение. Очевидно, что тепловые насосы могут выполнять все задачи, которые связаны с подогревом и охлаждением поверхностей и жидкостей.

В насосе с открытым циклом вода из земли перекачивается в систему. Тепло забирается насосом, а затем вода вновь сливается на глубину забора. Преимущество такой системы заключается в том, что можно одновременно и получать воду для дачного дома. Когда вода забирается из скважины, то окружающая природа не страдает. Ведь по большому счету вода собирается в одном месте в земле, а затем опять возвращается в тот же горизонт.

Насос с закрытым циклом имеет жидкость, которая качается по коллекторам. Коллекторы размещены в водоеме. Тепло отбирается у воды и передается в дом. Преимущество системы – дешевизна. Однако систему уместно строить тогда, когда водоем находится на расстоянии не более 100 метров от строения.

Насос с закрытым циклом имеет трубки, которые пропускают по себе воду. Трубки могут уходить в воду на глубину до 150 метров. Известно, что на глубине 10 метров температура почвы составляет 12 градусов круглый год. Чем глубже, тем больше температура земли. Это значит, что без больших капиталовложений можно получать большое количество тепловой энергии.

В Европе насосы, которые забирают тепло в земле, называют геотермальными насосами. Воздушные тепловые насосы в нашей стране использовать нецелесообразно. Такие системы используются в странах, где климат намного жарче. Если теплообменник, температура которого будет ниже — 5 градусов, разместить на улице, то он покроется льдом. Это значит, что система не будет работать на полную мощность а через некоторое время насос начинает просто «поедать» электричество и работать в ноль.

machosrules.ru

Тепловой насос (принцип работы)

 Человечество, озабоченное проблемами экологии и уменьшающимися запасами углеводородов (нефти и газа), ищет альтернативные источники получения энергии. Для этого используются самые различные технологии.  Это использование силы ветра, солнечной энергии, энергии приливов и отливов и другие. Одной из таких новых технологий является технология получения энергии, в частности тепловой, от низкотемпературных источников – земли, воздуха, воды, камня. И основным элементом этой технологии является тепловой насос.

Принцип работы теплового насоса

Схема работы теплового насоса представлена на рисунке.

 Работа теплового насоса это нечто иное как «игра» с давлением и температурой. Это физическое явление основывается на броуновском движении. При повышении давления, частицы в веществе начинают занимать меньший объем, чаще биться друг о друга, при этом температура поднимается. При увеличении объема (уменьшении давления)  частицы реже начинают биться друг о друга, при этом температура падает.   И так… Нас больше всего интересует хладоген, который и является в тепловом насосе «главным» веществом. Хладоген в тепловом насосе как правило имеет низкую температуру кипения и соответственно испарения, при этом во время своего цикла в контуре он переходит от из жидкого в газообразное состояние. Почему применяется хладоген именно с низкой температурой испарения ? Объясняется это просто, т.к. сжимать газ компрессором намного проще и действенней, нежели это была бы жидкость. (практически несжимаемая среда).  Хладоген в тепловом насосе, под действием температуры внешнего контура нагревается и трансформируется из жидкого состояния в газ. При этом температура, при которой он испаряется может составлять и – 5 градусов. Далее газообразный хладагент начинает сжиматься компрессором, при этом происходит значительное выделение тепла. Тепло из системы выводится с помощью внешнего контура, через конденсатор. При этом, при повышении  давления хладоген переходит в свое исходное - жидкое состояние. Температура хладогена,  тем не менее даже после этого довольно высокая, вполне возможно что выше, чем температура источника тепла от которого мы будем греть наш хладоген (земля, воздух и т.д.)  Теперь  пропускаем хладоген через редукционный клапан, который фактически поддерживает высокое давление перед собой, и снижает после себя. При уменьшении  давления, как мы уже говорили происходит значительное охлаждение хладогена. Теперь его температура может понизится и до – 25 градусов. Вот эта та самая нужная нам температура и давление. Теперь хладоген может испаряться, но не позволяет этого сделать температура и может нагреться, так как -25 все же значительно ниже  даже – 5 в земле. То есть у нас появились потенциальные  20 градусов на нагрев, пусть даже при минусовых температурах. Далее хладоген прогревается, испаряется и поступает к компрессору и так цикл от цикла.

Источники получения тепла в тепловом насосе

Земля.

 

При использовании земли, в качестве источника тепла, внешний контур, состоящий из труб ПНД диаметром 40 мм, укладывается в почву на глубину промерзания грунта. Желательно использовать влажные участки. В этом случае эффективность работы теплового насоса будет выше, чем на сухих почвах. Трубы укладываются на расстоянии 1м друг от друга. Ориентировочная тепловая мощность, приходящаяся на 1м трубопровода, составляет 20-30 Вт. В этом случае, для работы теплового насоса мощностью в 10 кВт необходим контур в 400-500 м. Он займет площадь в 400-600 кв.м. Конечно, возведение каких-либо строений на этом участке невозможно, но для выращивания садовых и огородных растений, он вполне пригоден.

Вода.

 

Одним из лучших вариантов для получения тепла в контуре теплового насоса является водоем. Если он находится рядом с вашим домов, то вам повезло. Температура воды в водоеме всегда достаточно высокая, относительно, к примеру, грунта. Не тратится площадь участка, относительно небольшой контур. Для 10кВт насоса достаточно контура в 350 м. Контур укладывается на дно, и закрепляется, чтобы не всплывал. 

Скважина.

 

При использовании скальной породы, бурится или одна большая скважина, или несколько неглубоких. Второй вариант более дешевый. Для 10 кВт теплового насоса необходимо общая глубина в 170-200 м. С одного метра контура снимается 50-60 Вт энергии. Такой же вариант может применяться и в случае если на вашем участке грунт без скальных пород. Температура грунта на глубине более высокая, чем на поверхности, и такой вариант более эффективный, чем горизонтальный контур. К тому же занимает меньшую площадь.

Воздух.

 

Существуют системы извлекающие тепло из воздуха, а также использующие тепло из систем вентиляции и кондиционирования. Но у них есть ограничения на применение. При температуре воздуха ниже  -20 градусов, преобразование тепла из воздуха прекращается, и система работает только с использованием резервных ТЭНов. Тем самым, КПД теплового насоса существенно снижается и ограничивается при наступлении определенного сезона

Основные достоинства тепловых насосов

Экономичность теплового насоса

Тепловой насос очень эффективное устройство. Он использует получаемую электроэнергию (для работы компрессора) намного эффективнее других устройств и котлов, сжигающих топливо. Получив на входе 1кВт энергии, теплонасос отдает 3-4 кВт тепловой энергии. Можно подумать, что КПД теплонасоса намного больше единицы. На самом деле, это, конечно, не так, поскольку противоречит закону сохранения энергии. Для тепловых насосов используется другая величина – коэффициент преобразования теплового насоса. Это отношение полученной на выходе насоса тепловой энергии к энергии, которая была затрачена на ее получение, то есть расход мощности электрической энергии меньше, чем полученная мощность извлеченного тепла. Вот эта величина может быть больше единицы, и чем больше, тем лучше. Как уже упоминалось, к примеру, затратив 1 кВт электроэнергии на компрессор, получаем 4 кВт тепловой энергии, т.е. коэффициент преобразования равен 4, а 3 кВт тепловой энергии  достаются нам от матушки-земли бесплатно. Т.о. 60-70% тепла и горячей воды бесплатные и экономят нам деньги.  Теперь взглянем на таблицу. 

 Конечно, пока газ у нас самое дешевое топливо, и потому эффективность газовых котлов более высокая. Но, это только пока. С каждым годом стоимость газа растет, и процесс этот будет непрерывным. Конечно, и стоимость электричества не стоит на месте, но перспективы тепловых насосов однозначно более радужные.

Повсеместность применения теплового насоса

Низкопотенциальное тепло можно найти везде, в любом уголке планеты. Ну, возможно, только в Антарктиде до грунта будет трудно добраться. Где бы вы ни построили свой дом, используя тепловой насос, вы всегда обеспечите себя теплом и горячей водой. 

Высокая экологичность теплового насоса

При работе теплового насоса не выделяется никаких вредных веществ, а современные фреоны не содержат хлоруглеродов и не разрушают озоновый слой. Кроме того, повсеместное использование тепловых насосов снизит нагрузку на ТЭЦ, поскольку понадобится вырабатывать меньше тепла и горячей воды, и, как следствие, снизятся затраты на топливо и электроэнергию, что тоже будет способствовать улучшению экологической обстановки.

Универсальность теплового насоса

Тепловые насосы обладают «реверсивностью», т.е. с обогрева в холодный период времени, их можно переключить на кондиционирование в теплое время года. Правда, этим свойством обладают не все модели.

Автоматизация систем управления теплового насоса

После монтажа и запуска теплого насоса его работой управляет электроника. Вмешательства в его работу не требуется.

Безопасность теплового насоса

Теплонасосы абсолютно безопасны. В них нет топлива, открытого огня, взрывоопасных газов или их смесей, нельзя отравиться или угореть, нет  элементов, могущих вызвать пожар.

Недостатки тепловых насосов

Единственным и существенным недостатком теплового насоса является высокая первоначальная стоимость оборудования и монтажа. Срок службы насоса до капитального ремонта, составляет 15-20 лет.

xn-----7kcglddctzgerobebivoffrddel5x.xn--p1ai

Как работает тепловой насос для отопления. Применение насоса. mstyle-fur.ru

Совет 1: Принципы работы теплового насоса

Что такое тепловой насос

Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным. Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом. Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается. Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача.

Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства - тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

Как работает тепловой насос

Любой теплонасос состоит из испарителя, конденсатора, расширителя, понижающего давление, и компрессора, который давление повышает. Все эти устройства соединены в один замкнутый контур трубопроводом. По трубам циркулирует хладагент, инертный газ с очень низкой температурой кипения, поэтому в одной части контура, холодной, он представляет собой жидкость, а во второй, теплой, он переходит в газообразное состояние. Точка кипения, как известно из физики, может меняться в зависимости от давления, вот зачем нужны в этой системе расширитель и компрессор.

Предположим, что снаружи теплоноситель циркулирует по трубам, уложенным в земле, поскольку он имеет низкую температуру, то проходя по ним, он нагревается, даже когда внешняя температура составляет всего около 4-5оС. Поступая в испаритель, который выполняет функцию теплообменника, теплоноситель отдает полученное тепло во внутренний контур системы, который заполнен хладагентом. Даже этого тепла достаточно, чтобы хладагент перешел из жидкого в газообразное состояние.

Двигаясь дальше, газ перемещается в компрессор, где под действием высокого давления сжимается, а его температура при этом повышается. Став горячим, газ поступает в конденсатор, который также является теплообменником. В нем происходит передача тепла от горячего газа к теплоносителю обратного трубопровода, входящего в отопительную систему дома. Отдав тепло, газ охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, в то время, как нагретый теплоноситель поступает в систему горячего водоснабжения и отопления. Проходя через редукционный клапан расширителя, сжиженный газ снова попадает в испаритель – цикл замыкается. В холодное время года тепловые насосы работают на обогрев дома, а в жару – на его охлаждение. В этом случае принцип работы тот же, только летом тепло в теплоноситель поступает из внутренних помещений, а не снаружи.

Конструктивные особенности тепловых насосов

В настоящее время используются тепловые насосы, имеющие разные конструкции. Так, насос с открытым циклом применяют, когда дом расположен рядом с водоемом. В этом случае теплоноситель, вода, поступает в открытый контур, проходит весь цикл и, охлаждаясь, вновь сливается в водоем.

Геотермальные насосы закрытого типа прокачивают теплоноситель – воздух или воду, по трубам, заложенным глубоко в землю и проложенным по дну водоема. Закрытый цикл в экологическом плане считается более безопасным. К закрытому типу относятся насосы с вертикальным и горизонтальным теплообменником, которые используются, когда поблизости нет водоемов. Вертикальные тепловые насосы применяются, когда площадь земельного участка, на котором расположен дом, невелика. Иногда вертикальные насосы устанавливают в пробуренных поблизости скважинах. В комплекс работ по установке теплового насоса входит проведение внутренних электромонтажных работ, прокладка внешнего трубопровода и внутренних воздуховодов.

Преимущества использования тепловых насосов

Экономическая выгода от использования тепловых насосов очевидна – их эксплуатация достаточно дешево обходится, поскольку электроэнергии тратится чуть больше, чем при работе холодильника. Цена оборудования также невысока, так же, как и стоимость монтажа и установки. Использование теплового насоса, позволяет избавиться от забот о приобретении и хранении топливных ресурсов, установке и эксплуатации отопительного оборудования, у вас в доме освобождаются дополнительные помещения, в которых раньше располагалась котельная.

Совет 2: Монтаж тепловых насосов своими руками

Совет 3: Как сделать тепловой насос

Тепловые насосы — это отдельный вариант независимого отопления, который работает по принципу аккумуляции теплого воздуха из внешней среды и отдачи ее для отопления определенного помещения. Стоит заметить, что подобное оборудование есть возможность использовать также для охлаждения помещения во время летнего зноя. Поэтому сегодня вместе с сайтом Beton-Area.com мы узнаем какой принцип действия имеют тепловые насосы для отопления дома.

Как работают тепловые насосы

Принцип работы специальных тепловых насосов схож с принципом действия холодильников и кондиционеров. Такой тип оборудования может переносить теплый воздух из окружающей среды в любое жилище. При этом устройство забирает тепло из почвы либо самого воздуха.

Суть работы таких приборов заключается в следующем.

Итак, система оснащена специальным внешнем контуром, по которому движется незамерзающая жидкость. Жидкость во время своего движения пропитывается теплом из внешней среды.

Система имеет насос, в который поступает эта жидкость. Там она отдает 5 градусов хладагенту и после продолжает циркулировать дальше по системе.

Хладагент при температуре -10 закипает и переходит в состояние газа. После чего компрессор сжимает газ. А такое действие приводит к значительному повышению температуры.

Газ попадает в теплообменник и отдает тепло внутреннему контру отопления. После чего газ остывает и превращается снова в жидкость, которая возвращается в испаритель.

Тепловой насос, как и холодный агрегат потребляет энергию для того, чтобы выполнить термодинамический цикл. От уровня температуры в испарителе зависит отношение теплопроизводительности к энергопотреблению. Уровень теплоснабжения в современных тепловых насосах варьируется от 35 до 62 градусов.

Если выбрать для отопления частного дома любой площади тепловой насос, то можно воспользоваться альтернативным источником отопления, который будет использовать для обогрева дома природные ресурсы, за которые не придется платить дополнительные деньги.

Технические характеристики

Технические характеристики тепловых насосов зависят от их типов. А в настоящее время существует несколько вариантов такого оборудования. Стоит сообщить о каждом из них подробнее.

Модель теплового насоса Грунт-вода. Такой насос имеет внешний контур, который расположен под землей. При этом в качестве теплоносителя здесь используется ввода. Наружный контур в таких моделях насоса может располагаться горизонтально либо вертикально. Также этот контур может быть помещен в водоем, который расположен в непосредственной близости.

Тепловой насос, который предназначен для отопления дома в 300 м2. Имеет следующие технические характеристики:

  • Холодопроизводительность составляет: 3,6-11,3 кВТ.
  • Теплопроизводительность составляет: 4-18 кВТ.
  • Производительность внешнего контура насоса составляет: 0,36-1,02 л/с.
  • Производительность внутреннего контура составляет: 0,14-0,39 л/с.
  • Теплоносителем здесь является пропилен гликоль.

Модели таких насосов дополняются устройствами, которые имеют большую мощность для отопления жилой площади в 300-1000 м2. или свыше 1000 м2.

Модель теплового насоса: Вода-вода. У таких моделей наружный контур может проходит через водоем либо через скважину. Внутренний контур при этом заполнен обычной водой. А источником тепла здесь служат подземные грунтовые воды. Помимо этого, можно использовать даже сбросовую и технологическую воду.

  • Температура рассола составляет: 4-20 градусов.
  • Тепловая мощность составляет: 26,9-29.9 кВТ.
  • Температура подачи контура отопления составляет: 25-69 градусов.
  • Коэффициент преобразования СОР составляет: 3,5.

Модель теплового насоса: Воздух-вода. В таких моделях для источника тепла используется воздух. Такой вариант отопления может работать и на охлаждение помещения. Кроме того, такой тепловой насос можно подключать к уже действующей системе отопления.

Модели таких насосов оснащены циркуляционным насосом и ТЭНом. Управляют подобными приборами при помощи контроллера. Модель имеет следующие технические характеристики:

  • Скорость потока в системе отопления составляет: 0,45-0,76 л/с.
  • Тепловая мощность составляет: 6-16 кВТ.
  • Скорость воздушного охлаждающего потока составляет: 3-5 тыс. м3/ч.

Модель теплового насоса: Воздух-воздух. У таких моделей насосов наружный контур наполняется воздухом, который берется из внешней среды. Такой насос имеет воздушную систему отопления. Насосы такого вида работают по принципу работы кондиционера. Но насосы тепловые могут работать при более низких уличных температурах. Подобные модели насосов оснащены качественным радиальным вентилятором, который способен сушить воздух и поддерживать комфортный микроклимат в доме или помещении. Управляют таким насосом с помощью пульта.

Такие модели тепловых насосов оснащены системой фильтрации и могут быть встроенны в систему «умный дом». Технические характеристики таких моделей:

  • Теплопроизводительность составляет: 3,2-6 кВТ.
  • Расход воздуха составляет: 1086-2940 м3/ч.
  • Холодопроизводительность составляет: 2,5-5 кВТ.
  • Коэффициент производительности СОР составляет: 5,15-3,31.
Тепловые насосы: плюсы и минусы

Тепловые насосы для отопления дома, конечно же, имеют свои плюсы. Поэтому подобные установки получили хорошие отзывы, от своих обладателей. Стоит перечислить некоторые плюсы таких своеобразных отопительных приборов.

  1. Тепловые насосы — это экологически чистый вариант отопления, которые не выбрасывают в атмосферу вредных веществ и не выделяют в воздух продукты сгорания.
  2. Тепловые насосы позволят экономить на сырье и на других коммунальных услугах.
  3. Тепловые насосы универсальные отопительные установки, которые можно использовать в абсолютно любом месте.
  4. Тепловые насосы оснащены автоматической работой и являются совершенно безопасными установками.
  5. Тепловые насосы можно использовать как для качественного обогрева, так и для эффективного охлаждения абсолютно любого помещения.
  6. Тепловые насосы также отличаются продолжительным сроком эксплуатации.

Несмотря на то, что подобные устройства отличаются большим количеством достоинств, без минусов тут тоже не обошлось.

  1. Итак, к недостаткам относится прежде всего высокая цена на оборудование и высокая стоимость установки.
  2. К другому минусу можно отнести то, что не в каждом городе работают профессионалы, которые способны произвести грамотную установку и другие манипуляции.
  3. Также не всегда есть возможность установить теплый насос для определенного жилища.
Полезные статьи

Тепловая установка «воздух-вода». Описание, принцип действия насоса, отзывы

Тепловой автономный насос – одна из современных технологий для обогрева дома. В России этот тип отопления ещё далёк от повсеместного использования, но усиленно обретает популярность благодаря своим преимуществам перед традиционными энергоносителями. Принцип работы и эффективность агрегата многие пока воспринимают с недоверием, как нечто фантастическое. Тем не менее насос заслужил положительные характеристики от специалистов и реальных пользователей, владельцев квартир и загородных коттеджей. Один из видов тепловых установок – «воздух-вода» -является удачным решением как раз для жителей многоэтажек. Статья расскажет об особенностях действия такого агрегата и отзывах потребителей.

Как работает тепловой насос «воздух-вода»

Тепловой насос – ещё один шаг технологий в сторону энергоэффективности. Система отопления, построенная на его использовании, способна преобразовывать низкопотенциальную энергию внешнего мира (воздух, земля. вода) в высокопотенциальную тепловую, для обогрева дома. За основу взят принцип работы холодильников, но наоборот. Тепловая установка не занимается выработкой тепла, а транспортирует его извне в помещение.

Внимание! 1кВт электрической энергии, которую агрегат тратит на вращение вала компрессора, на выходе (в конденсаторе) даёт примерно 3,5 -5,0 кВт тепла для обогрева дома.

Установка типа «воздух-вода» функционирует таким образом:

  1. Мощный вентилятор наполняет аппарат уличным воздухом.
  2. Воздух вступает в контакт с испарителем. Внутри него циркулирует хладагент.
  3. Под действием воздуха хладагент (температура 6°С) закипает, испаряется и в газообразном состоянии поступает в компрессор.

Система отопления дома

  • Компрессор сжимает газ, нагревая его примерно до 75-85°С.
  • Газообразный хладагент под давлением переходит в компрессор, конденсируется, а полученное тепло через теплообменник он передаёт отопительной системе.
  • Жидкий хладагент возвращается в испаритель, проходя по пути через расширительный клапан (температура падает ещё больше). Цикл повторяется.
  • Совет. Тепловые насосы любого вида специалисты советуют устанавливать в отопительной системе, оснащенной не классическими радиаторами. Лучше подойдут те, которые не нуждаются в высокотемпературном подогреве теплоносителя: воздушное отопление, тёплый пол, радиаторы большой площади и т.п. Подобных приборов в системе должно быть не менее 65%.

    Плюсы и минусы теплового насоса «воздух-вода»

    Воздушный тепловой агрегат использует самую дешевую энергию. Наряду с высоким КПД он также привлекает покупателей такими преимуществами:

    1. Экономит электричество. Установки, как правило, имеют сертификаты энергоэффективности класса А, А+ или А++ (стандарты ЕС).
    2. Работает тихо.
    3. Просто программируется. Может управляться автономно.
    4. В отличие от систем «земля-вода» и «вода-вода », для монтажа первичного контура не требуется бурения скважин, прокладки труб и т.п. Достаточно вентилятора, установка которого проще и гораздо дешевле.
    5. Доступен для монтажа на высоте нескольких этажей в условиях города. Для земляных и водных «коллег» нужен участок земли или водоём. Соответственно, нет потребности в дополнительных документальных разрешений от контролирующих органов.
    6. Пригоден для модификации и объединения с системой вентиляции. Тем самым, поможет улучшить воздухообмен в помещении.

    Работа теплового насоса

    Разумеется, подобная система отопления имеет и недостатки:

    1. Чем холоднее, тем ниже КПД. При температуре ниже -7°С эффективность бытового воздушного теплового насоса, по законам физики, будет очень низкой. Очень мощный промышленный, которым обогревают офисы, социальные учреждения и т.п. способен выдержать до -25°С.
    2. Зависимость от сети. Аппарат не будет работать, если прекратится подача электричества.

    Советы по приобретению и установке отопительной системы с тепловым насосом

    Исходя из минусов теплового насоса, он идеально подходит для регионов с умеренной зимой и малоэффективен в условиях прохладных и северных климатических зон. Но не стоит огорчаться, если зимой в вашей местности бывают холода ниже -7С. В этой ситуации есть такие выходы:

    1. Включение в систему отопления буферной ёмкости. которая будет аккумулировать полученное тепло. Один бак (небольшого, квартирного размера) при выключенном источнике может равномерно распределять тепло по системе до суток. Это удобный вариант для местности, где сильные морозы обычно непродолжительны по времени.
    2. Установка вспомогательного источника тепла: газового или электрического котла. Когда дешёвый тепловой насос не сможет работать, его заменит менее экономичный «дублёр».
    3. Совмещение двух предыдущих приёмов.

    Внимание! Как и в случае с любой системой отопления, перед монтажом важно тщательно проверить тепловые потери вашего жилища и, по возможности, утеплить его. Чем теплее дом, тем меньшей мощности вам потребуется устройство.

    Отзывы реальных владельцев тепловых насосов

    В народе немало противоречивых суждений о технологии теплового насоса «воздух-вода». Многие из них связаны с несовершенством моделей первого поколения:

    • шумная работа;
    • непригодность в качестве основного источника тепла;
    • невозможность полностью компенсировать теплопотери жилища.

    Наружный блок теплового насоса

    Современные модели полностью опровергают эти суждения. Воздухозабор осуществляет большой вентилятор, который необходимо закрыть решеткой. Его расположение и дизайнерское решение для фасада здания необходимо продумать заранее. Важно, чтобы путь воздуха к насосу был минимально простым.

    Нередко насос «воздух-вода» используется как альтернатива традиционным теплоносителям: газу, электричеству и твёрдому топливу. Причём система удачно вписывается и эффективно обслуживает даже большие загородные дома, не говоря о городских квартирах. Владельцы устройств утверждают, что при правильной оценке требуемой мощности можно использовать тепловой насос для охлаждения помещения летом и даже греть воду для бытовых нужд. Но покупателей смущает высокая стоимость техники и её установки.

    Есть мнение, что с нынешним уровнем цены на устройство и, для сравнения, на газ, выгодно использовать именно «голубое топливо». По крайней мере, для жилья площадью до 150 кв. м. Воздушный тепловой насос в таких условиях будет окупаться очень долго. К тому же, раз в 8-12 лет аппарат потребует капитального ремонта. Поэтому потребители советуют пользоваться тепловым насосом или в большом доме, или когда для вас важна независимость от энергоресурсов.

    Отопление дома с помощью воздушного теплового насоса: видео

    Источники: http://www.kakprosto.ru/kak-805177-principy-raboty-teplovogo-nasosa, http://www.beton-area.com/teplovie-nasosi-dlya-otopleniya-doma.html, http://sandizain.ru/otoplenie/teplovaya-ustanovka-vozdux-voda.html

    Комментариев пока нет!

    mstyle-fur.ru

    Как работает тепловой насос

    Современные тепловые насосы считаются одними из альтернативных и экологичных источников энергии, в противовес традиционным – углю, газу и нефти.

    Очень часто принцип работы теплового насоса сравнивают с работой обычного бытового холодильника. Холодильник отбирает тепло у продуктов, затем выбрасывает полученное тепло в  помещение через радиаторную решетку.

    Холодильник: принцип работы. Тепловой насос «вытягивает» тепло из внешней среды и  отдает полученную энергию в систему отопления.

    При этом, получается, что тепло от холодного источника переносится к тёплому, что противоречит законам физики. Что же дает возможность тепловому насосу «развернуть» естественное направление теплового потока?

    Принцип работы теплового насоса

    Тепловой насос работает, благодаря термодинамическому циклу Карно.

    Основной компонент цикла  — хладагент. Хладагент это рабочая жидкость способная закипать при низких температурах. Кроме того работоспособность цикла обеспечивают еще четыре важных элемента: компрессор, расширительный клапан (ТРВ), испаритель и конденсатор.

    Принцип работы теплового насоса

    Хладагент, находящийся в жидкой фазе проходит через ТРВ  и поступает в испаритель, этот процесс сопровождается понижением давления хладагента. В испарителе происходит поглощение тепла от окружающей среды (для воздушного теплового насоса окружающая среда – воздух, грунтового – рассол, водяного — вода). При этом, хладагент закипает. На выходе из испарителя хладагент находиться в парообразном состоянии. Далее, он поступает в компрессор, в котором происходит сжатие. В процессе сжатия, давление хладагента повышается, это сопровождается одновременным повышением его температуры.

    После компрессора, хладагент поступает в конденсатор, который является теплоотдающим узлом теплового насоса. В конденсаторе хладагент отдает тепло и конденсируется. Это тепло передается системе отопления и ГВС. На выходе из конденсатора хладагент находится в жидкой фазе и снова поступает на ТРВ. Цикл повторяется.

    Несмотря на кажущуюся сложность цикла, ничего удивительного в нем нет. Принцип работы теплового насоса, довольно легко объясняется законами физики и схожими природными явлениями. 

    Ниже, мы разберем пять основных физических явлений позволяющих понять принцип работы теплового насоса.

    1. Тепло содержится в воздухе и земле, даже, при отрицательных температурах

    Одним из препятствий на пути к пониманию принципа работы теплового насоса является заблуждение, что невозможно извлечь тепло при отрицательных температурах воздуха или грунта. Чтобы развеять это заблуждение, покажем, что же представляет собой теплота.

    Теплота – это форма энергии связанная с движением частиц (молекул, атомов, ионов). В общепринятой и привычной шкале Цельсия, 0˚ - это температура замерзания воды. При этом, тепла в воздухе содержится значительно меньше чем при 40˚С жары, но, всё же, оно есть и его можно использовать. Движение частиц полностью останавливается при температуре  – 273˚С, что соответствует 0˚ по шкале Кельвина.

    2. Теплота поступает от источника с высокой температурой к среде с низкой температурой

    Согласно второму закону термодинамики, теплота поступает от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Чтобы «развернуть» поток тепла, в тепловом насосе используются два теплообменника.

    В первом теплообменнике (испарителе) хладагент с низкой температурой поглощает тепло от тёплой окружающей среды (воздух, грунт или вода). Во втором теплообменнике (конденсаторе), уже горячий хладагент (после сжатия в компрессоре) передает тепло жидкости с меньшей температурой в контуре отопления.  В обоих случаях выполняется закон передачи тепла от высокотемпературного источника энергии к низкотемпературному.

    Передача тепла в испарителе 

    Передача тепла в конденсаторе 

    3. Сжатие газа повышает температуру, расширение снижает температуру

    Повышение температуры рабочей жидкости в тепловом насосе происходит за счёт сжатия.

    Когда газ сжимается, температура увеличивается. Это происходит вследствие значительного увеличения вибрации частиц. Выполнению этого правила, в цикле теплового насоса, отвечает компрессор.

    С другой стороны, расширение газа или жидкости приводит к снижению давления и температуры среды. Расширение происходит в расширительном клапане ТРВ (терморегулирующий вентиль). Работа компрессора напоминает процесс накачки воздухом матраса. Однако, из-за того, что мы не в силах увеличить давление воздуха в матрасе в несколько раз, увеличение температуры сжатого воздуха в только что надутом матрасе, совсем минимально и почти не заметно.

    В свою очередь, процесс расширения похож на распыление из аэрозольного баллончика. Если мы будем долго распылять аэрозоль в баллончике, то можно почувствовать, как баллончик в руке охлаждается. На этом принципе основана работа всех типов тепловых насосов.

    4. Фазовый переход рабочей среды

    Если температура жидкости повысилась до точки кипения, то наступает переходная фаза. Во время этой «паузы», жидкая и газообразная (пар) фаза рабочей среды существуют одновременно. Этот процесс продолжается, пока вся жидкость не превратится в пар.

    Всё поглощённое тепло уходит на испарение и не вызывает рост температуры.

    Это тепло называют скрытой теплотой, и его количество у различных веществ различно. Хотя это тепло и называют скрытым, согласно закону сохранения энергии оно никуда не девается. Всё поглощенное во время испарения (кипения) тепло, затем выделяется при конденсации, т.е. обратном фазовом переходе из пара в жидкость. Этот принцип широко используется для эффективной работы теплового насоса.

    Использования фазового перехода, дает возможность значительно увеличить эффективность теплового насоса. Рабочая жидкость контура теплового насоса во время изменения фазы поглощает/выделяет значительно больше тепла, чем при изменении только температуры рабочей жидкости.

    К примеру, для того, чтобы полностью выпарить чайник с водой, необходимо в пять с половиной раз больше тепла, чем для того чтобы только вскипятить его.

    При этом, температура во время испарения будет постоянной и равной 100˚С, пока вся вода не выпариться. Примером может быть ощущение прохлады на коже после опрыскивания духами. Во время испарения, спирт, содержащийся в духах, испаряется и поглощает тепло от кожи.

    Скрытая теплота парообразования воды

    5. Температура испарения и конденсации рабочей среды зависит от давления

    Температура, при которой рабочая среда конденсируется или испаряется, зависит от давления. Сжимая газообразный хладагент, компрессор, также, значительно повышает давление. При большом давлении процесс конденсации происходит при относительно высоких температурах, позволяя отдавать тепло в конденсаторе теплового насоса в систему отопления.

    В свою очередь, низкое давление рабочей среды приводит к тому, что хладагент может закипать при довольно низкой температуре. Этому способствует, также, основное свойство рабочей жидкости контура теплового насоса.

    Хладагент испаряется, а значит и поглощает тепло, при температуре -50˚С в условиях атмосферного давления.

    Принцип работы теплового насоса, в первую очередь, основан именно на этом свойстве хладагента. При определенном давлении тепловой насос отбирает тепло из окружающей среды даже при температуре -20˚С и отдает тепло с температурой 60˚С.

    В природе это явление можно сравнить с кипением воды в горах при разряженном воздухе. На высоте 3 000 м давление составляет 0,7 бар. В таких условиях вода кипит уже при температуре 90˚С. На уровне моря, при атмосферном давлении равном 1 бар, вода кипит при  температуре 100˚С. С увеличением давления, увеличивается и температура кипения воды.

    Кипение воды при разном давлении

    Источник

    profidom.com.ua

    конструктивные особенности и принцип работы

    Содержание статьи:

    Чтобы с успехом применять тепло окружающей среды и направлять его в дом или квартиру, используется такое устройство, как тепловой насос. Это современный прибор для кондиционирования и отопления воздуха. Принцип его действия достаточно прост. Да и своими руками тепловой насос устанавливается хоть и сложно, но возможно.

    Видео-обзор основных характеристик и работы теплового насоса

    Для чего нужно это устройство

    Во время организации горячего водоснабжения и отопления частного или загородного дома далеко не всегда удается реализовать именно тот проект, который задумывался изначально. Особенно это касается нужного энергоносителя. Хорошо, когда рядом проведен газопровод, тогда достаточно оформить газификацию дома, и можно наслаждаться теплом. Хуже, когда газ доступен только в баллонах. Переходить на отопление традиционными дровами и углем – достаточно хлопотно и дорого, учитывая цену угля, а греться с помощью электричества – тоже недешево и расточительно.

    К счастью, разработки в сфере новых источников энергии уже вполне доступны для простых людей. Подобные технологии могут извлекать тепло из воды, земли и даже воздуха. К таким новым устройствам и относится тепловой насос.

    Внешний вид теплового насоса. Он может устанавливаться даже на улице

    Принцип работы теплового насоса

    Понять принцип работы теплового насоса достаточно просто. Как вы уже поняли, этот прибор сочетает в себе и котел для отопления, и источник горячей воды, и кондиционер. В отличие от других генераторов тепла, в тепловом насосе возобновляемая низкотемпературная энергия окружающей среды может использоваться для нагрева воды и отопления. Это устройство способно «добывать» рассеянную энергию солнца из воздуха.

    Любой тепловой насос принцип работы имеет следующий: это тот же холодильник, только наоборот. Последний переносит тепло на радиатор из внутренней камеры и именно поэтому внутри него всегда холодно. Тепловой насос же переносит рассеянное тепло в дом из окружающей среды. На этот процесс уходит практически 80% мощности прибора.

    Для отопления дома применяется три разновидности данных устройств, которые отличаются видом теплоносителя:

    • Насос, работающий по принципу «воздух-вода». Тепло извлекается из воздуха с помощью вентиляторов и испарителя;
    • Вода-вода. В качестве теплоисточника используются грунтовые воды, но если есть водоем на участке, то тепло можно получать и из него. Вначале энергия утилизируется в тепловом насосе, потом охлажденная жидкость поступает обратно через поглощающую скважину;
    • Грунт-вода. Как уже ясно из названия, грунт используется как теплоисточник. С помощью зондов или коллекторов извлекается тепло, которое потом перемещается к тепловому насосу. Далее энергия поступает в отопительную систему. Если у вас маленький земельный участок, то лучше всего применять зонды, а есть площадь большая, то подойдут коллекторы, однако их нужно устанавливать ниже того уровня, где промерзает грунт.

    Принцип работы теплового насоса. В его функции входит и отопление, и охлаждение

    Помимо теплового насоса, система отопления дома состоит из устройства распределения тепла и устройства забора. А сам прибор включает в себя следующие части:

    1. Компрессор. Питается от сети.
    2. Испаритель.
    3. Конденсатор.
    4. Дроссельный клапан.

    В компрессоре газообразный хладагент сжимается и за счет этого нагревается. Потом под высоким давлением и температурой поступает в теплообменник-конденсатор, где начинает охлаждаться, отдавая полезное тепло в систему отопления, и преобразуется в жидкость. После прохождения через расширительный вентиль газ расширяется, давление уменьшается с резким понижением температуры ниже окружающей среды (грунта и т.д.). Затем хладагент попадает в теплообменник-испаритель, испаряясь и забирая тепло от окружающей среды (например, грунта). Потом он переходит в газообразное состояние и снова поступает в компрессор.

    Что касается принципа работы этого универсального устройства, то он называется «цикл Карно», разработанный еще в XIX веке. Разберемся по порядку:

    • Незамерзающая смесь в виде воды со спиртом, гликолевой смеси или соляного раствора подается в коллектор. Она забирает тепловую энергию и перемещает ее в насос;
    • В испарителе энергия транспортируется к хладагенту. Так называется вещество, имеющее низкую температуру кипения. После этого оно закипает и переходит в газообразное состояние. Вначале это осуществляется при низком давлении. Температура составляет всего лишь 5 градусов;
    • Давление закипающего хладагента увеличивается, повышается его температура;
    • Тепловая энергия через конденсатор поступает в теплоноситель, находящийся в системе отопления дома, хладагент охлаждается, чтобы «забрать» оставшееся тепло, переходит в первоначальное жидкое состояние и перемещается в коллектор. После чего весь процесс начинается сначала.

    В холодильнике продукты питания отдают тепло, которое нагревается хладагентом, поступающим по трубам. После этого оно передается на заднюю стенку. А в тепловом насосе именно это тепло и применяется для нагрева теплоносителя. Потребление электричества у этого устройства значительно меньше, чем у стандартного электрокотла. Например, при потреблении 1 кВт насос вырабатывает целых 4 кВт тепловой энергии. Высокий КПД явно ощутим.

    Структурная схема теплового насоса

    Преимущества теплового насоса

    У этого прибора масса преимуществ перед традиционными отопительными устройствами. Основные из них следующие:

    • Экономичность, то есть сравнительно небольшое потребление электроэнергии, которое возможно благодаря очень высокому КПД (порой он доходит до 800%), что позволяет получать от 3 до 8 кВт тепловой энергии всего лишь на 1 кВт мощности. После охлаждения на выходе аппарат может выдавать до 2,5 кВт мощности;
    • Безопасность использования. Тепловой насос не выделяет сажи, выхлопа, отсутствует открытое пламя, не может быть никакой утечки газа, разлива мазута, запаха солярки. Все это создает благоприятные условия применения данного устройства;
    • Из этого вытекает экологичность теплового насоса. С помощью него сохраняются невозобновляемые энергоресурсы и защищается окружающая среда, т.к. выбросы CO2 в атмосферу значительно сокращаются. При использовании потенциальной тепловой энергии для окружающей среды применяется до 2 раз меньше первичной энергии, чем во время сжигания топлива;
    • Комфортная работа прибора. Насос функционирует бесшумно, уж точно не громче холодильника. Наличие многозонального климатического контроля и погодозависимой автоматики расширяет возможности этого прибора;
    • Надежность. Тепловой насос не зависит от перебоев электроэнергии, поставки топлива и его качества, в его устройстве насчитывается не так уж и много подвижных частей;
    • Универсальность. Вид используемой энергии может быть тепловой или электрический;
    • Совместимость теплового насоса с любой циркуляционной системой отопления. Благодаря современному дизайну он может устанавливаться в любых помещениях.
    • Долговечность. Срок службы аппарата достигает 20 – 25 лет.

    При потреблении всего лишь 1 кВт электроэнергии тепловой насос «добывает» 3 кВт энергии из окружающей среды

    Эти характеристики дают возможность устанавливать своими руками тепловые насосы в любом помещении. С их помощью осуществляется теплоснабжение городских комплексов и объектов, расположенных далеко от инженерных коммуникаций. Это может быть дачный поселок, АЗС на объездной трассе и т.д. Таким образом, этот прибор успешно применяется и в промышленном, и в частном строительстве.

    Расчет оборудования

    Перед покупкой следует выполнить расчет теплового насоса. Он зависит от домашних теплопотерь. Причем вычислить их следует в каждом помещении. Обычно тепло уходит через окна или стены (сказывается разница температур), проветривание помещений, то есть естественную вентиляцию, неплотности в перекрытиях и т.д. Просуммировав все теплооттоки, можно получить общую потребность объекта в тепле. В основном на 1 кв.м. необходимо примерно 60 – 100 Вт энергии.

    Возьмем для примера следующие показатели: площадь коттеджа равна 250 квадратных метров, тепловые потери – 60 Вт на 1 квадратный метр. В таком случае необходимое количество тепла – 15 кВт. Плюс еще стоит добавить примерно 700 Вт, которые «заберет» приготовление санитарной горячей воды. В итоге требуемая мощность теплового насоса будет равна около 16 кВт. Далее она умножается на повышающий коэффициент, если нужна будет компенсация после отключения электроэнергии из-за работы устройства. При четырехчасовом отсутствии света повышающий коэффициент равен 1,2.

    Что отталкивает многих людей от установки тепловых насосов, так это высокие цены. Покупка и монтаж обойдутся в гораздо большую сумму, чем подобные операции с электрическим котлом. Однако в течение полутора лет затраты окупятся сторицей, а если у дома площадь меньше 100 кв.м., то и за более короткий срок. Тем более, данное оборудование способно охлаждать помещение летом, то есть выполнять функцию кондиционера.

    Тепловой насос “воздух-вода” не требуют нижних контуров и при их применении отпадает потребность в земляных работах по рытью траншей или бурению скважин

    Выводы

    Таким образом, тепловой насос – это современный вид оборудования для отопления и кондиционирования помещений. Пока он не особо прижился среди широких слоев населения России из-за высокой стоимости, однако все идет к тому, что прибор вскоре вытеснит традиционные электрические котлы и обогреватели, потребляющие чересчур много электроэнергии.

    Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:

    teploguru.ru

    Принцип работы теплового насоса - схема, устройство, действие теплового насоса

    Отопление тепловым насосом — это один из способов обогрева здания, альтернатива газовому котлу. В качестве источника энергии они используют тепло окружающей среды – земли, воздуха, воды и преобразовывают его в тепловую энергию для отопления дома.

    Далее мы подробно и наглядно рассмотрим, схему, устройство и принцип работы теплового насоса.

    Схема теплового насоса

    Прежде чем рассмотреть как работает тепловой насос, нужно понять из каких основных элементов он состоит. Каждый насос независимо от способа получения тепла содержит:

    • Испаритель;
    • Компрессор;
    • Конденсатор;
    • Расширительный клапан.

    Это основные элементы, которые присутствуют во всех видах тепловых насосов.

    Схема расположения элементов теплового насоса

    Порядок и принцип действия теплового насоса

    Многим знаком принцип работы холодильника: тепло отбирается из внутренней части и выводится наружу — заднюю или боковую стенку.  Принцип отопления тепловым насосом похож.  Насос отбирает тепло из окружающей среды и переносит его в дом. Причем особенность работы его работы в том, что из окружающей среды он получает температуру 0 ... +7 ˚С, а преобразовывает её в 35-50˚С.

    Порядок работы:

    1. Тепловой насос извлекает тепло из окружающей среды – земли, воздуха или воды. Достаточная температура – 0…7˚С.
    2. Внутри насоса установлен испаритель с хладагентом. Это особая жидкость, которая закипает при температуре близкой к 0˚С.
    3. За счет тепла полученного из окружающей среды хладагент закипает и принимает газообразную форму.
    4. В виде газа хладагент поступает в компрессор. Здесь он сжимается, в результате чего увеличивается его давление и растет температура.
    5. Далее уже нагретый газ поступает в конденсатор, где отдает тепло системе отопления. После чего он охлаждается и снова принимает жидкое состояние.
    6. Жидкий хладагент поступает в расширительный клапан, где его давление понижается до начального низкого значения.
    7. После этого хладагент возвращается в испаритель. Контур замыкается. Процесс повторяется непрерывно.

    Выводы

    Главным компонентом в схеме работы теплового насоса является хладагент - специальная жидкость, которая закипает при низкой температуре. Именно благодаря ей получаемые из земли или воздуха  0 … +7˚С превращаются в +40 ... +50˚С необходимые для работы системы отопления.

    Чем выше температура окружающей среды, тем стабильнее и выше КПД теплового насоса. Вот почему грунтовые тепловые насосы считаются более эффективными, чем воздушные.

    Читайте также

    1. Скрытые утечки тепла в частном доме о которых вы не догадываетесь
    2. Камин с водяным контуром — совмещение обычного камина и твердотопливного котла
    3. Все о солнечных коллекторах для отопления дома

    term.od.ua

    Тепловой насос — WiKi

    Воздушный тепловой насос

    Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой[1]. Термодинамически тепловой насос аналогичен холодильной машине. Однако если в холодильной машине основной целью является производство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосе картина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющим теплоту для потребителя, а испаритель — теплообменным аппаратом, утилизирующим низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические ресурсы и (или) нетрадиционные возобновляемые источники энергии.

    Режим работы теплового насоса в кондиционерах с функцией обогрева, реализуется за счет установки обратного четырёхходового крана, который обеспечивает реверсивное движение хладагента в системе, то есть физически меняет местами испаритель и конденсатор. (Класс тепловых насосов Воздух\Воздух). Технически, тепловые насосы класса воздух-воздух — те же кондиционеры, но с обратным направлением движения хладагента и изменёнными функциями внутренних и наружных блоков. Когда внутренний блок системы выполняет функцию испарителя хладагента, а внешний блок конденсатора хладагента — система работает в роли кондиционера. Когда же внутренний блок выполняет функцию конденсатора хладагента, а внешний блок испарителя хладагента — система работает в роли теплового насоса. Функции внутренних и наружных блоков меняются за счёт изменения направления движения хладагента в холодильно-нагревательном контуре системы через электронно-механический четырёх-ходовой кран.

    По прогнозам Международного энергетического агентства, тепловые насосы будут обеспечивать 10 % потребностей в энергии на отопление в странах ОЭСР к 2020 году и 30 % — к 2050 году[источник не указан 1046 дней]

    Общие сведения

    Основу эксплуатируемого сегодня в мире парка теплонасосного оборудования составляют парокомпрессионные тепловые насосы, но применяются также и абсорбционные, электрохимические и термоэлектрические. Эффективность тепловых насосов принято[кем?] характеризовать величиной безразмерного коэффициента трансформации энергии Ктр, определяемого для идеального цикла Карно по следующей формуле:

    Ktr=ToutTout−Tin{\displaystyle K_{tr}={\frac {T_{out}}{T_{out}-T_{in}}}} 

    где Tout, Tin{\displaystyle T_{out},\ T_{in}}  — температуры соответственно на выходе и на входе насоса.

    где: Tout — температурный потенциал тепла, отводимого в систему отопления или теплоснабжения, К; Tin — температурный потенциал источника тепла, К. Коэффициент трансформации теплового насоса, или теплонасосной системы теплоснабжения (ТСТ) «Ktr» представляет собой отношение полезного тепла, отводимого в систему теплоснабжения потребителю, к энергии, затрачиваемой на работу теплонасосной системы теплоснабжения, и численно равен количеству полезного тепла, получаемого при температурах Тоut и Тin, на единицу энергии, затраченной на привод ТН или ТСТ. Реальный коэффициент трансформации отличается от идеального, описанного формулой (1 1), на величину коэффициента h, учитывающего степень термодинамического совершенства ГТСТ и необратимые потери энергии при реализации цикла. В[2] приведены зависимости реального и идеального коэффициентов трансформации (К тр) теплонасосной системы теплоснабжения от температуры источника тепла низкого потенциала Тin и температурного потенциала тепла, отводимого в систему отопления Тоut. При построении зависимостей, степень термодинамического совершенства ТСТ h была принята равной 0,55, а температурный напор (разница температур хладона и теплоносителя) в конденсаторе и в испарителе тепловых насосов был равен 7 °C. Эти значения степени термодинамического совершенства h и температурного напора между хладоном и теплоносителями системы отопления и теплосбора представляются близкими к действительности с точки зрения учета реальных параметров теплообменной аппаратуры (конденсатор и испаритель) тепловых насосов, а также сопутствующих затрат электрической энергии на привод циркуляционных насосов, систем автоматизации, запорной и управляющей арматуры.

    В общем случае степень термодинамического совершенства теплонасосных систем теплоснабжения h зависит от многих параметров, таких, как: мощность компрессора, качество производства комплектующих теплового насоса и необратимых энергетических потерь, которые, в свою очередь, включают:

    • потери тепловой энергии в соединительных трубопроводах;
    • потери на преодоление трения в компрессоре;
    • потери, связанные с неидеальностью тепловых процессов, протекающих в испарителе и конденсаторе, а также с неидеальностью теплофизических характеристик хладонов;
    • механические и электрические потери в двигателях и прочее.

    В табл.1-1 представлены «средние» значения степени термодинамического совершенства h для некоторых типов компрессоров, используемых в современных теплонасосных системах теплоснабжения.

    Таблица 1-1. Эффективность некоторых типов компрессоров, используемых в современных теплонасосных системах теплоснабжения [источник не указан 2392 дня]

    Мощность, кВт Тип компрессора Эффективность (степень термодинамического совершенства)h, доли ед.
    300−3000 Открытый центробежный 0,55-0,75
    50-500 Открытый поршневой 0,5-0,65
    20-50 Полугерметичный 0,45-0,55
    2-25 Герметичный, с R-22 0,35-0,5
    0,5-3,0 Герметичный, с R-12 0,2-0,35
    <0,5 Герметичный <0,25

    Как и холодильная машина, тепловой насос потребляет энергию на реализацию термодинамического цикла (привод компрессора). Коэффициент преобразования теплового насоса — отношение теплопроизводительности к электропотреблению — зависит от уровня температур в испарителе и конденсаторе. Температурный уровень теплоснабжения от тепловых насосов в настоящее время может варьироваться от 35 °C до 55 °C, что позволяет использовать практически любую систему отопления. Экономия энергетических ресурсов достигает 70 %[3]. Промышленность технически развитых стран выпускает широкий ассортимент парокомпрессионных тепловых насосов тепловой мощностью от 5 до 1000 кВт.

    История

    Концепция тепловых насосов была разработана ещё в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером (нем.)русск.. Петера Риттера фон Риттингера считают изобретателем теплового насоса, ведь именно он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году[4]. Но практическое применение тепловой насос приобрел значительно позже, а точнее в 40-х годах XX века, когда изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер (Robert C. Webber) экспериментировал с морозильной камерой[5]. Однажды Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе камеры и понял, что тепло просто выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать это тепло, и решил поместить трубу в бойлер для нагрева воды. В результате Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которое они физически не могли использовать, при этом часть тепла от нагретой воды попадала в воздух. Это подтолкнуло его к мысли, что от одного источника тепла можно нагревать и воду, и воздух одновременно, поэтому Вебер усовершенствовал своё изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через змеевик) и с помощью небольшого вентилятора распространять тепло по дому с целью его отопления. Со временем именно у Вебера появилась идея «выкачивать» тепло из земли, где температура не слишком изменялась в течение года. Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» тепло земли. Газ конденсировался, отдавал своё тепло в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию тепла. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому. В следующем году Вебер продал свою старую угольную печь.

    В 1940-х годах тепловой насос был известен благодаря своей чрезвычайной эффективности, но реальная потребность в нём возникла после нефтяного кризиса 1973 года, когда, несмотря на низкие цены на энергоносители, появился интерес к энергосбережению.

    Эффективность

    В процессе работы компрессор потребляет электроэнергию. Соотношение перекачиваемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации (или коэффициентом производительности (англ. COP — сокр. от coefficient of performance) и служит показателем эффективности теплового насоса. Для вычисления COP используется следующая формула:

    COP=QconsumerA=Qin×kA{\displaystyle COP={\frac {Q_{consumer}}{A}}={\frac {Q_{in}\times k}{A}}} 

    где

    COP{\displaystyle {COP}}  — безразмерный коэффициент; A{\displaystyle A}  — работа, совершенная насосом [Дж]; Qin{\displaystyle Q_{in}}  — теплота, забираемая тепловым насосом из источника низкопотенциального тепла [Дж]; Qconsumer{\displaystyle Q_{consumer}}  — теплота, полученная потребителем [Дж]. k- коэффициент полезного действия

    Величина A показывает, какую работу необходимо совершить тепловому насосу для «перекачки» определённого объёма тепла. Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: то есть температура теплоносителя в «холодной части устройства» должна быть всегда ниже температуры источника низкопотенциального тепла, чтобы энергия от источника низкопотенциального тепла смогла произвольно перетечь к теплоносителю или рабочему телу (Второе начало термодинамики).

    то есть COP = 2 означает, что тепловой насос переносит полезного тепла в два раза больше, чем затрачивает на свою работу.

    Пример:

    Тепловой насос потребляет Pтн = 1 кВт, COP = 3.0 — означает, что потребитель получает Pтн * COP = 1 * 3 = 3 кВт;

    потребитель получает Pп = 3 кВт, COP = 3.0 — означает, что тепловой насос потребляет Pп / COP = 3 / 3 = 1 кВт

    считаем что КПД компрессора или процесса его заменяющего 100 %

    По этой причине тепловой насос должен использовать по возможности более ёмкий источник низкопотенциального тепла, не стремясь добиться его сильного охлаждения. В самом деле, при этом растёт эффективность теплового насоса, поскольку при слабом охлаждении источника тепла сохраняется возможность теплу самопроизвольно перетекать от источника низкопотенциального тепла к теплоносителю. По этой причине тепловые насосы делают так, чтобы запас теплоты (С*m*T, c — теплоёмкость, m — масса, T — температура) низкопотенциального источника тепла был бы как можно больше.

    Например: газ (рабочее тело) отдает энергию «горячей» части теплонасоса (для этого газ сжимают), после чего охлаждают ниже источника низкопотенциального тепла (может быть использован дроссельный эффект (эффект Джоуля — Томсона)). Газ поступает в источник низкопотенциального тепла и нагревается от этого источника, затем цикл повторяется.

    Проблема привязки теплового насоса к источнику низкопотенциального тепла, имеющего большой запас теплоты может быть решена введением в тепловой насос системы переноса тепла теплоносителем, который осуществляет перенос теплоты к рабочему телу. Таким посредником могут быть вещества со значительной теплоёмкостью, например вода.

    Хорошо видно, чтобы построить эффективную машину, необходимо подобрать такое рабочее тело, чтобы для сжатия (для извлечения тепла из рабочего тела) компрессор использовал бы минимум энергии, и как можно ниже (резко возрастает возможное число источников) была бы температура рабочего тела при подводе его к источнику низкопотенциального тепла.

    Условный КПД тепловых насосов

    КПД теплового насоса приводит многих в замешательство, так как если выполнить «очевидный расчет», то он принципиально больше 1, однако работа теплового насоса полностью подчиняется закону сохранения энергии. То есть если считать тепловой насос «черным ящиком», то действительно, устройство потребляет энергии меньше, чем производит тепла, что принципиально.

    Однако, подобные расчеты просто неправильны и не учитывают источник энергии, кроме потребляемого электричества. Таким источником обычно является теплый воздух или вода, нагретые Солнцем или геотермальными процессами. Электроэнергия в устройстве не тратится непосредственно на нагрев, а тратится на «концентрацию» энергии источника низкопотенциального тепла, как правило обеспечивая энергией работу компрессора. Т.е тепловой насос имеет два источника энергии — электричество и источник низкопотенциального тепла, а расчеты не учитывают второй источник, и получаются значения больше единицы.

    Пример:

    Пусть тепловой насос потребляет из электрической сети 1 КВт и отдает потребителю 4 Квт, и забирает из низкопотенциального источника 5 Квт.

    Расчет типа Pпотребителя/Pсети = 4/1 = 4 — неправильный, так как не учитывает источник низкопотенциального тепла.

    Правильный расчет для КПД теплового насоса:

    Pпотребителя /(Pсети + Pисточника) = 4 /(1 + 5) = 0.67

    Как правило, оценить, сколько тепловой насос переносит тепла из источника низкопотенциального тепла, довольно затруднительно, что и приводит к ошибке.

    Однако если в расчете учесть и источник низкопотенциального тепла, то КПД машины станет принципиально меньше единицы. Для избежания путаницы были введены коэффициенты: COP и степень термодинамического совершенства. COP показывает во сколько раз тепловая энергия переданная потребителю превышает количество работы необходимой для переноса тепла от низкопотенциального источника, а степень термодинамического совершенства показывает насколько реальный тепловой цикл теплового насоса приближен к идеальному тепловому циклу.

    Типы тепловых насосов

      Схема компрессионного теплового насоса.1) конденсатор, 2) дроссель, 3) испаритель, 4) компрессор.

    В зависимости от принципа работы тепловые насосы подразделяются на компрессионные и абсорбционные. Компрессионные тепловые насосы всегда приводятся в действие с помощью механической энергии (электроэнергии), в то время как абсорбционные тепловые насосы могут также использовать тепло в качестве источника энергии (с помощью электроэнергии или топлива).В зависимости от источника отбора тепла тепловые насосы подразделяются на[6] :

    1) Геотермальные (используют тепло земли, наземных либо подземных грунтовых вод)

    а) замкнутого типа

    • горизонтальные  Горизонтальный геотермальный тепловой насос

    Коллектор размещается кольцами или извилисто в горизонтальных траншеях ниже глубины промерзания грунта (обычно от 1,2 м и более)[7]. Такой способ является наиболее экономически эффективным для жилых объектов при условии отсутствия дефицита земельной площади под контур.

    Коллектор размещается вертикально в скважины глубиной до 200 м[8]. Этот способ применяется в случаях, когда площадь земельного участка не позволяет разместить контур горизонтально или существует угроза повреждения ландшафта.

    Коллектор размещается извилисто либо кольцами в водоёме (озере, пруду, реке) ниже глубины промерзания. Это наиболее дешёвый вариант, но есть требования по минимальной глубине и объёму воды в водоёме для конкретного региона.

    • С непосредственным теплообменом (DX — сокр. от англ. direct exchange — «прямой обмен»)

    В отличие от предыдущих типов, хладагент компрессором теплового насоса подаётся по медным трубкам, расположенным:

    • Вертикально в скважинах длиной 30 м и диаметром 80 мм
    • Под углом в скважинах длиной 15 м и диаметром 80 мм
    • Горизонтально в грунте ниже глубины промерзания

    Циркуляция хладагента компрессором теплового насоса и теплообмен фреона напрямую через стенку медной трубы с более высокими показателями теплопроводности обеспечивает высокую эффективность и надёжность геотермальной отопительной системы. Также использование такой технологии позволяет уменьшить общую длину бурения скважин, уменьшая таким образом стоимость установки DX Direct Exchange Heatpump

    б) открытого типа Подобная система использует в качестве теплообменной жидкости воду, циркулирующую непосредственно через систему геотермального теплового насоса в рамках открытого цикла, то есть вода после прохождения по системе возвращается в землю. Этот вариант возможно реализовать на практике лишь при наличии достаточного количества относительно чистой воды и при условии, что такой способ использования грунтовых вод не запрещён законодательством.

    2) Воздушные (источником отбора тепла является воздух) Используют в качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии воздух. Причем источником теплоты может быть не только наружный (атмосферный) воздух, но и вытяжной вентиляционный воздух (общеобменной или местной) вентиляции зданий[9].

    3) Использующие производное (вторичное) тепло (например, тепло трубопровода центрального отопления). Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитного тепла, которое требует утилизации.

    Типы промышленных моделей

      Тепловой насос «солевой раствор — вода»

    По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на восемь типов: «грунт—вода», «вода—вода», «воздух—вода», «грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух» «фреон—вода», «фреон—воздух». Тепловые насосы могут использовать тепло выпускаемого из помещения воздуха, при этом подогревать приточный воздух — рекуператоры.

    Отбор тепла от воздуха

    Эффективность и выбор определённого источника тепловой энергии сильно зависят от климатических условий, особенно, если источником отбора тепла является атмосферный воздух. По сути этот тип более известен в виде кондиционера. В жарких странах таких устройств десятки миллионов. Для северных стран наиболее актуален обогрев зимой. Системы «воздух-воздух» и «воздух-вода» используются и зимой при температурах до минус 25 градусов, некоторые модели продолжают работать до −40 градусов. Но их эффективность невысока, порядка 1.5 раза, а за отопительный сезон в среднем около 2.2 раза по сравнению с электрическими нагревателями. При сильных морозах используется дополнительное отопление. Когда мощности основной системы отопления тепловыми насосами недостаточно, включаются дополнительные источники теплоснабжения. Такую систему называют бивалентной.

    Отбор тепла от горной породы

    Скальная порода требует бурения скважины на достаточную глубину (100—200 метров) или нескольких таких скважин. В скважину опускается U-образный груз с двумя пластиковыми трубками, составляющими контур. Трубки заполняются антифризом. По экологическим соображениям это 30 % раствор этилового спирта. Скважина заполняется грунтовыми водами естественным путём, и вода проводит тепло от камня к теплоносителю. При недостаточной длине скважины или попытке получить от грунта сверхрасчётную мощность, эта вода и даже антифриз могут замёрзнуть что и ограничивает максимальную тепловую мощность таких систем. Именно температура возвращаемого антифриза и служит одним из показателей для схемы автоматики. Ориентировочно на 1 погонный метр скважины приходится 50-60 Вт тепловой мощности. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной около 170 м. Нецелесообразно бурить глубже 200 метров, дешевле сделать несколько скважин меньшей глубины через 10 — 20 метров друг от друга. Даже для маленького дома в 110—120 кв.м. при небольшом энергопотреблении срок окупаемости 10 — 15 лет. Почти все имеющиеся на рынке установки работают и летом, при этом тепло (по сути солнечная энергия) отбирается из помещения и рассеивается в породе или грунтовых водах. В скандинавских странах со скальным грунтом гранит выполняет роль массивного радиатора, получающего тепло летом/днём и рассеивающего его обратно зимой/ночью. Также тепло постоянно приходит из недр Земли и от грунтовых вод.

    Отбор тепла от грунта

    Самые эффективные, но и самые дорогие схемы предусматривают отбор тепла от грунта, чья температура не меняется в течение года уже на глубине нескольких метров, что делает установку практически независимой от погоды. По данным[источник не указан 2684 дня] 2006 года в Швеции полмиллиона подобных установок, в Финляндии 50 000, в Норвегии устанавливалось в год до 70 000. При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 30-50 см ниже уровня промерзания грунта в данном регионе. На практике 0,7 — 1,2 метра[источник не указан 2684 дня]. Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами коллектора — 1,2…1,5 метра. Здесь не требуется бурение, но требуются более обширные земельные работы на большой площади, и трубопровод более подвержен риску повреждения. Эффективность такая же, как при отборе тепла из скважины. Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 м трубопровода: в глине — 50-60 Вт, в песке — 30-40 Вт для умеренных широт, на севере значения меньше. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длиной 350—450 м, для укладки которого потребуется участок земли площадью около 400 м² (20х20 м). При правильном расчёте контур мало влияет на зелёные насаждения[источник не указан 2684 дня].

    Разное

      Устройство беструбного водоподъёма, соединённое с погружным скважинным электронасосом ЭЦВ10-63-110

    В скважинах диаметром 218—324 мм можно существенно снизить необходимую глубину скважины до 50-70 м, увеличить отбор тепловой энергии минимум до 700 Вт на 1 пог. м. скважины и обеспечить стабильность круглогодичной эксплуатации[10] позволяет применение активного контура первичного преобразователя теплового насоса, размещённого в стволе водозаборной скважины (применяется в скважинах имеющих погружной насос, с устройством беструбного водоподъёма, который создаёт проточность жидкости в стволе скважины, продувая током перекачиваемой жидкости теплообменный контур с хладагентом первичного преобразователя теплового насоса, увеличивая отбор тепла не только от прилегающего массива грунта, но и от перекачиваемой жидкости).

    Отбор тепла от водоёма

    При использовании в качестве источника тепла близлежащего водоёма контур укладывается на дно. Глубина не менее 2 метров. Коэффициент преобразования энергии тепловым насосом такой же, как при отборе тепла от грунта. Ориентировочное значение тепловой мощности на 1 м трубопровода — 30 Вт. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длиной 300 м. Чтобы трубопровод не всплывал, на 1 пог. м устанавливается около 5 кг груза. Промышленные образцы: 70 — 80 кВт*ч/м в год.

    Если тепла из внешнего контура всё же недостаточно для отопления в сильные морозы, практикуется эксплуатация насоса в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления). Когда уличная температура опускается ниже расчётного уровня (температуры бивалентности), в работу включается второй генератор тепла — чаще всего небольшой электронагреватель.

    Преимущества и недостатки

    К преимуществам тепловых насосов в первую очередь следует отнести экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт·ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт·ч электроэнергии. Так как преобразование тепловой энергии в электрическую на крупных электростанциях происходит с кпд до 50 %, эффективность использования топлива при применении тепловых насосов повышается — тригенерация. Упрощаются требования к системам вентиляции помещений и повышается уровень пожарной безопасности. Все системы функционируют с использованием замкнутых контуров и практически не требуют эксплуатационных затрат, кроме стоимости электроэнергии, необходимой для работы оборудования.

    Ещё одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: просто вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэн-койлы или системы «холодный потолок».

    Тепловой насос надёжен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.

    Важной особенностью системы является её сугубо индивидуальный характер для каждого потребителя, который заключается в оптимальном выборе стабильного источника низкопотенциальной энергии, расчете коэффициента преобразования, окупаемости и прочего.

    Теплонасос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный холодильник) и практически бесшумен.

    Хотя идея, высказанная лордом Кельвином в 1852 году, была реализована уже спустя четыре года, практическое применение теплонасосы получили только в 1930-х годах. К 2012 году в Японии, эксплуатируется более 3,5 миллионов установок[11], в Швеции около 500 000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов.

    К недостаткам геотермальных тепловых насосов, используемых для отопления, следует отнести большую стоимость установленного оборудования, необходимость сложного и дорогого монтажа внешних подземных или подводных теплообменных контуров. Недостатком воздушных тепловых насосов является более низкий коэффициент преобразования тепла, связанный с низкой температурой кипения хладагента во внешнем «воздушном» испарителе. Общим недостатком тепловых насосов является сравнительно низкая температура нагреваемой воды, в большинстве не более +50 °С ÷ +60 °С, причём, чем выше температура нагреваемой воды, тем меньше эффективность и надёжность теплового насоса.

    Перспективы

    Для установки теплового насоса необходимы первоначальные затраты: стоимость насоса и монтажа системы составляет 300—1200 долларов на 1 кВт необходимой мощности отопления. Время окупаемости теплонасосов составляет 4—9 лет, при сроке службы 15—20 лет до капитального ремонта.

    Существует и альтернативный взгляд на экономическую целесообразность установки теплонасосов. Так, если установка теплонасоса производится на средства, взятые в кредит, экономия от использования теплонасоса может быть меньше, чем стоимость использования кредита. Поэтому массовое использования теплонасосов в частном секторе можно ожидать, если стоимость теплонасосного оборудования будет сопоставима с затратами на установку газового отопления и подключения к газовой сети.

    Ещё более многообещающей является система, комбинирующая в единую систему теплоснабжения геотермальный источник и тепловой насос. При этом геотермальный источник может быть как естественного (выход геотермальных вод), так и искусственного происхождения (скважина с закачкой холодной воды в глубокий слой и выходом на поверхность нагретой воды).

    Другим возможным применением теплового насоса может стать его комбинирование с существующими системами централизованного теплоснабжения. К потребителю в этом случае может подаваться относительно холодная вода, тепло которой преобразуется тепловым насосом в тепло с потенциалом, достаточным для отопления. Но при этом вследствие меньшей температуры теплоносителя потери на пути к потребителю (пропорциональные разности температуры теплоносителя и окружающей среды) могут быть значительно уменьшены. Также будет уменьшен износ труб центрального отопления, поскольку холодная вода обладает меньшей коррозионной активностью, чем горячая.

    Ограничения применимости тепловых насосов

    Основным недостатком теплового насоса является обратная зависимость его эффективности от разницы температур между источником теплоты и потребителем. Это накладывает определённые ограничения на использование систем типа «воздух — вода». Реальные значения эффективности современных тепловых насосов составляют порядка COP=2.0 при температуре источника −20 °C, и порядка COP=4.0 при температуре источника +7 °C. Это приводит к тому, что для обеспечения заданного температурного режима потребителя при низких температурах воздуха необходимо использовать оборудование со значительной избыточной мощностью, что сопряжено с нерациональным использованием капиталовложений (впрочем, это касается и любых других источников тепловой энергии). Решением этой проблемы является применение так называемой бивалентной схемы отопления, при которой основную (базовую) нагрузку несёт тепловой насос, а пиковые нагрузки покрываются вспомогательным источником (газовый или электрокотел). Оптимальная мощность теплонасосной установки составляет 60…70 % от необходимой установленной мощности, что также влияет на закупочную стоимость установки отопления тепловым насосом. В этом случае тепловой насос обеспечивает не менее 95 % потребности потребителя в тепловой энергии за весь отопительный сезон. При такой схеме среднесезонный коэффициент преобразования энергии для климатических условий Центральной Европы равен порядка COP=3. Коэффициент использования первичного топлива для такой системы легко определить, исходя из того, что КПД тепловых электростанций составляет от 40 % (тепловые электростанции конденсационного типа) до 55 % (парогазовые электростанции). Соответственно, для рассматриваемой теплонасосной установки коэффициент использования первичного топлива лежит в пределах 120 %…165 %, что в 2…3 раза выше, чем соответствующие эксплуатационные характеристики газовых котлов (65 %) или систем центрального отопления (50…60 %). Понятно, что системы, использующие геотермальный источник теплоты или теплоту грунтовых вод, свободны от этого недостатка. С ростом степени сжатия компрессором растет температура нагнетания, что ограничивает температуру конденсации. Ограничение в степени сжатия компрессора и понижение его КПД с ростом степени сжатия приводит к необходимости использования низкотемпературных систем отопления (системы поверхностного нагрева типа «теплый пол», теплая стена, теплый плинтус, воздушные системы отопления с применением фен-койлов и т. п.). Это ограничение касается только высокотемпературных радиаторных систем отопления. С развитием холодильных компрессоров появились компрессоры позволяющие достигать высоких температур конденсации при использовании впрыска пара и жидкого фреона (хладона) в процессе сжатия, что позволяет повысить степень сжатия и уменьшить перегрев компрессора. Выход из создавшейся ситуации, возможен применением водокольцевого компрессора высокого давления. Где в процессе сжатия атмосферного воздуха происходит мгновенное поглощение тепла водой, при этом достигается двойная выгода; горячая вода+сжатый воздух, позволяющий получить электроэнергию как на ГПА так и на ГТУ.

    Основные схемы отопления с применением тепловых насосов

    Стандартные объекты обогрева

    Литература

    • Копп О. А., Семененко Н. М. Геотермальное отопление. Тепловые насосы. // Научно-методический электронный журнал «Концепт», 2017.[12]
    • Лунева С. К., Чистович А. С., Эмиров И. Х. К вопросу применения тепловых насосов. // Журнал «Технико-технологические проблемы сервиса», 2013.[13]

    См. также

    Примечания

    1. ↑ Тепловой насос // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.
    2. ↑ Васильев Г. П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоёв Земли (Монография). Издательский дом «Граница». М., «Красная звезда» — 2006. — 220 °C.
    3. ↑ Васильев Г. П., Хрустачев Л. В., Розин А. Г., Абуев И. М. и др. Руководство по применению тепловых насосов с использованием вторичных энергетических ресурсов и нетрадиционных возобновляемых источников энергии // Правительство Москвы Москомархитектура, ГУП «НИАЦ», 2001.
    4. ↑ Burg Rabenstein Архивировано 11 сентября 2010 года.
    5. ↑ About Us. What is IGSHPA? / International Ground Source Heat Pump Association (англ.)
    6. ↑ System Theory Models of Different Types of Heat Pumps // WSEAS Conference in Portoroz, Slovenia. 2007. (англ.)
    7. ↑ Energy Savers: Types of Geothermal Heat Pump Systems Архивировано 29 декабря 2010 года.
    8. ↑ Bedrock heat pump  (недоступная ссылка с 12-08-2015 [1058 дней])
    9. ↑ Отопление с помощью тепловых насосов
    10. ↑ Васильев Г. П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоёв Земли (Монография). Издательский дом «Граница». М., «Красная звезда» — 2006. — 220c.
    11. ↑ Развитие рынка тепловых насосов в Японии — Портал-Энерго.ru — энергоэффективность и энергосбережение, 27.03.2013
    12. ↑ Геотермальное отопление. Тепловые насосы
    13. ↑ К вопросу применения тепловых насосов

    ru-wiki.org