Принцип действия теплового насоса

Тепловой насос

Работа теплового насоса схожа с процессом холодильника. Тепловой насос перекачивает низкопотенциальную тепловую энергию грунта, воды или даже воздуха в относительно высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 2/3 отопительной энергии можно получить бесплатно из природы: грунта, воды, воздуха и только 1/3 энергии необходимо затратить для работы самого теплового насоса. Иными словами, владелец теплового насоса экономит 70% средств которые, при отоплении своего дома, магазина, цеха и т.п традиционным способом, он бы регулярно тратил на дизтопливо или электроэнергию.

То есть, тепловой насос берет тепловую энергию из земли (воды, воздуха) и «перекачивает» ее в отапливаемый дом.

Принцип действия теплового насоса

1. Охлажденный теплоноситель, проходя по внешнему трубопроводу нагревается на несколько градусов
2. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом. Хладагент, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и температуре -5°С.
3. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры.
4. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник, конденсатор. В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.
5. При прохождении хладагента через редукционный клапан давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.

Основные достоинства и недостатки тепловых насосов:

1)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. 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. 2)Ещё одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом. 3)Тепловой насос надежен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции. 4)Важной особенностью системы является её сугубо индивидуальный характер для каждого потребителя, который заключается в оптимальном выборе стабильного источника низко потенциальной энергии, расчете коэффициента преобразования, окупаемости и прочего. 5)Тепло насос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный холодильник) и практически бесшумен. К недостаткам тепловых насосов, используемых для отопления, следует отнести большую стоимость установленного оборудования.

Источник тепла: грунт. Тип теплового насоса: рассол/водаГрунт хорошо аккумулирует солнечную энергию. Она воспринимается грунтом либо непосредственно в форме солнечной радиации, либо косвенно в форме тепла, получаемого от дождя или из воздуха. Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведет к относительно равномерному уровню температуры источника тепла на протяжении всего года. Также на глубинах больше 20 метров происходит поступление тепла от центра земли и каждые 100 метров температура грунта увеличивается на 3ºС, что обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким КПД. Аккумулированное грунтом тепло передается вместе со смесью из воды и антифриза (рассолом), через горизонтально проложенные грунтовые теплообменники (грунтовые коллекторы) или через вертикально расположенные теплообменники (грунтовые зонды).

Источник тепла: грунтовые воды. Тип теплового насоса: вода/вода Грунтовые воды – хороший аккумулятор солнечного тепла: даже в холодные зимние дни они сохраняют постоянную положительную температуру. Для использования тепла необходимо пробурить подающую и поглощающую скважины, строго учитывая при этом направление течения подземных вод и их качество. Для работы тепловых насосов при определенных условиях могут использоваться озера и реки, т.к. они тоже выступают в роли аккумуляторов тепла. К сожалению, не везде имеется достаточное количество грунтовых вод надлежащего качества. К тому же на использование грунтовых вод должно быть получено разрешение соответствующего ведомства (обычно службы госводонадзора).

Источник тепла: воздух. Тип теплового насоса: воздух/вода Воздух – наименее затратный источник тепла в плане освоения – имеется в неограниченном количестве, его «разработка» не требует проведения дополнительных работ. Современные тепловые насосы воздух/вода можно эксплуатировать почти круглый год (до -15ºС). При более низкой температуре окружающего воздуха установка не покрывает тепло потребность здания, и ее необходимо использовать в сочетании с другим источником тепла или электронагревательной вставкой в бойлере. В случае использования теплового насоса воздух/вода расчет параметров источника тепла задается конструкцией или размером установки. Требуемое количество воздуха подается вентилятором, встроенным в установку, на испаритель через воздушные каналы.

Режимы работы
Режим работы теплового насоса зависит главным образом от имеющейся в здании системы распределения тепла. При указанных ниже необходимых температурах подачи могут быть использованы:
■ до 55 °C - тепловой насос типа AW, BW или WW
■ до 65 °C - тепловой насос типа AWH, BWH или WWH
■ свыше 65 °C - стандартный теплогенератор в качестве дополнительного оборудования.
В новых постройках, как правило, имеется возможность свободного выбора системы распределения тепла. В данном случае с учетом максимально возможного годового коэффициента использования следует выбрать систему распределения тепла с максимальной температурой подачи 35 °C. Применительно к оборудованию установки различают следующие два режима работы:
Моновалентный режим работы
Моновалентный режим работы означает, что теплонасосная установка обеспечивает все теплопотребление здания в качестве единственного теплогенератора.
В качестве условия для этого последующая система распределения тепла должна быть рассчитана на температуру подачи ниже максимальной температуры подачи теплового насоса. Однако высокий годовой коэффициент использования установки может быть достигнут только в сочетании с системой распределения тепла с максимальной температурой подачи примерно 35 °C.
Бивалентный режим работы
Отопительная установка для бивалентного режима работы имеет два теплогенератора. Электроприводной тепловой насос комбинируется как минимум с еще одним теплогенератором для твердого, жидкого или газообразного топлива.
МоноэнергетическиИ режим работы
Бивалентный режим работы, при котором используется второй теплогенератор с тем же видом энергии (электрический ток), например, проточный водонагреватель для теплоносителя в подающей магистрали отопительного контура или электронагревательная вставка в емкостном водонагревателе и/или в буферной емкости греющего контура.
Тарифные особенности режимов работы тепловых насосов
Чтобы обеспечить экономичный режим эксплуатации теплонасосной отопительной установки, большинством энергоснабжающих организаций предлагаются особые тарифы на электроэнергию для тепловых насосов. Эти особые тарифы на электроэнергию, однако, по большей части связаны с требованием,чтобы подача электроэнергии для тепловых насосов могла быть прекращена в периоды высокой сетевой нагрузки. Так, например, подача электроэнергии для моновалентных теплонасосных установок может прерываться энергоснабжающей организацией в течение 24 часов трижды максимум на два часа. Периоды энергоснабжения между двумя перерывами не должны быть короче предыдущего перерыва в энергоснабжении.
Для бивалентных теплонасосных установок подача электроэнергии в течение отопительного периода может быть прервана максимум на 960 часов. Для новых сооружений оправдало себя использование моновалентного прерываемого режима работы. Тепловой насос в состоянии обеспечить круглогодичное теплопотребление, и перерывы в энергоснабжении не оказывают отрицательного влияния на его функцию, так как, например, система внутрипольного отопления за счет своей аккумулирующей способности может перекрыть периоды прекращения энергоснабжения без заметного изменения температуры в помещениях. Для имеющихся зданий оптимален бивалентный режим работы, так как при этом имеется теплогенератор, который, как правило, можно продолжать использовать, чтобы обеспечить теплоснабжение в периоды пиковых нагрузок в холодные зимние дни с требуемой температурой подачи выше 55 °C.
Если тепловой насос должен работать непрерывно, то особый тариф на электроэнергию не предлагается.
В этом случае оплата осуществляется по общему расходу электроэнергии в домашнем хозяйстве или на предприятии.

Поиск по сайту: