Украина Киев, ул.Народного ополчения, 18. Телефон: (044) 2-49-98-06
Днепр, ул. Рабочая, 23. Телефон: (0562) 33-85-44
Львов, ул. Зеленая 147, корпус 4В. Телефон: (032) 245 41 22
Днепр, ул. Рабочая, 23. Телефон: (0562) 33-85-44
Львов, ул. Зеленая 147, корпус 4В. Телефон: (032) 245 41 22
Тепловые насосы.
Общие сведения.
Устройство, которое переносит тепловую энергию от источника с низкой температурой к теплоносителю
с более высокой температурой, называется тепловым насосом. Тепловой насос собирает тепло с улицы
или из земли и направляет его в дом.
Работа теплового насоса осуществляется следующим образом: Конденсатор служит теплообменником,
который выделяет теплоту для потребителя (теплоноситель с более высокой температурой), а испаритель
является теплообменником, который утилизирует низкопотенциальную теплоту: вторичные энергетические
ресурсы и нетрадиционные возобновляемые источники энергии.
Эффективность тепловых насосов вычисляют по следующей формуле:
Ktr=Tout/(Tout-Tin)
где, Ктр-величина безразмерного коэффициента трансформации энергии,
Tout, Tin-температуры соответственно на выходе и на входе насоса.
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 = Qconsumer/A = Qin*k/A
где,
COP — безразмерный коэффициент;
A — работа, совершенная насосом [Дж];
Qin — теплота, забираемая тепловым насосом из источника
низкопотенциального тепла [Дж];
Qconsumer — 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 (Второй закон термодинамики).
то есть COP = 2 означает, что тепловой насос переносит полезного тепла в два раза больше,
чем затрачивает на свою работу.
Типы тепловых насосов.
Тепловые насосы подразделяются в зависисмости от принципа работы. Разделяют на компрессионные и
абсорбционные. Компрессионные тепловые насосы приводятся в действие с помощью электроэнергии,
абсорбционные тепловые насосы с помощью электроэнергии или топлива.
Среди промышленных моделей разделяют следующие типы тепловых насосов, их разделяют по виду
теплоносителя во входном и выходном контурах: «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 воздухаВыбор и эффективность такого источника тепловой энергии прямо зависят от климатических
условий региона, особенно, если источником отбора тепла является атмосферный воздух. Суть этого
типа можно сравнить с работой кондиционера.Популярностью пользуется такой метод в жарких странах.
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.
Отбор тепла от грунта
Очень эффективный способ и дорогой. Температура грунта на определенной глубине не меняется
в течение года. При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод,
в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 0,7-1,2 м ниже уровня промерзания грунта
в данном регионе. Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами
коллектора — 1,2-1,5 м. 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.
Отбор тепла от водоёма
Контур укладывается на дно, на глубину не менее 2 м. 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 погонный метр
устанавливается около 5 кг груза. Промышленные образцы: 70 — 80 кВт*ч/м в год.
Отбор тепла от горной породы
Требуется бурение скважины на 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.
Преимущества и недостатки
Главное преимущество тепловых насосов - это экономичность. Для передачи в систему отопления
1 кВт/ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт/ч электроэнергии.
Снижаются 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.
Следующим преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления
зимой, на режим кондиционирования летом. Вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются
фанкойлы.
Из недостатков можно выделить большую стоимость оборудования и дорогого монтажа для
геотермальных тепловых насосах.
