27.02.2021

Типы тепловые насосы – Что такое тепловой насос — их типы и устройство, положительные и отрицательные стороны

Содержание

▷ Как выбрать тепловые насосы

Источник

Источник, из которого тепловой насос «выкачивает» энергию при работе, фактически — базовая схема работы насоса.

— Воздух-вода. Тепловые насосы, отбирающие тепло из окружающего воздуха. Преимуществами таких агрегатов являются простота в установке и возможность использования независимо от наличия свободной земли около здания. С другой стороны, воздушные модели имеют меньший COP (см. ниже), чем грунтовые, при этом их эффективность сильно зависит от погодных условий и значительно падает именно в холодное время года, когда потребность в отоплении наиболее высока (вплоть до полной неэффективности в мороз). Таким образом, насосы «воздух-вода» оправданы прежде всего в системах с небольшими перепадами температур и невысокими теплопотерями (тёплые полы, обогрев бассейна с весны по осень), в системах бивалентного отопления (с дополнительным источником тепла, например, котлом), а также там, где нет возможности установить агрегат «грунт-вода».

— Грунт-вода. Тепловые насосы, работающие от тепла, накопленного в грунте. Такие агрегаты намного эффективнее воздушных: земля способна накапливать много тепла, перепады температур даже при сильных морозах минимальны, а на большой глубине температура вообще остаётся постоянной круглый год. Главным недостатком грунтовых моделей является сложность в установке. Для этого потребуется свободный участок грунта, причём, в зависимо…сти от размеров этого участка, потребуется либо закапывать коллектор на обширной территории, либо «упаковывать» его в глубокую скважину, бурение которой обходится недёшево.

— Универсальный. Тепловые насосы, допускающие работу и от воздуха, и от грунта — вплоть до обоих вариантов одновременно. Об особенностях того и другого подробнее см. выше. А универсальность делает насос максимально удобным как в установке, так и в использовании, однако обходится недешево.

Назначение

Общее назначение теплового насоса; от этого зависят некоторые конструктивные особенности.

— Отопление. Тепловые насосы, рассчитанные на использование в системах отопления — наиболее традиционный и простой по конструкции вариант. Стоит учитывать, что далеко не все из подобных агрегатов способны полноценно обеспечить температуру и мощность, необходимые для традиционного водяного отопления — многие из них подходят скорее для низкотемпературного обогрева вроде «тёплых полов», либо для работы в качестве дополнительного источника энергии в сочетании с котлом. Поэтому перед покупкой такого агрегата стоит внимательно ознакомиться с его характеристиками.

— Отопление и ГВС. Тепловые насосы, способные работать и на отопление, и на горячее водоснабжение. От описанных выше чисто отопительных моделей, как правило, отличаются наличием встроенного водонагревателя (либо возможностью подключения внешнего).

— Горячее водоснабжение. Тепловые насосы, предназначенные исключительно для ГВС, встречаются относительно редко. Особенностью многих подобных моделей является отсутствие внутреннего блока — агрегат (обычно типа «воздух-вода», см. «Источник») располагается вне помещения и соединяется с установленным внутри водонагревателем косвенного типа. По ряду причин данный вариант особого распространения не получил.

Комплектация

— Внутренний блок (гидромодуль). Часть теплового насоса, устанавливаемая внутри помещения. По определению входит в комплект поставки агрегатов «грунт-вода» (см. «Источник») — внутренний блок в данном случае и является собственно тепловым насосом, наружу выводится только коллектор и соединительные трубы. А вот воздушные модели могут не иметь данного модуля.

— Внешний блок. Часть теплового насоса, располагаемая снаружи помещения. Практически не используется в грунтовых моделях, однако является практически обязательным элементом комплектации для агрегатов типа «воздух-вода» — как правило, внешний блок включает и коллектор для отбора тепла. Впрочем, существуют воздушные тепловые насосы с возможностью установки в помещении, с подводом и отводом воздуха по вентиляционным каналам — однако для таких моделей в комплектации указывается только внутренний блок, хотя устройство обычно может устанавливается и снаружи.

— /»>Водонагреватель. Собственное приспособление для нагрева воды и подачи её в систему ГВС; подробнее см. «Водонагреватель». Наличие собственного водонагревателя, с одной стороны, упрощает установку насоса и избавляет от необходимости докупать дополнительное оборудование; с другой — при покупке такого насоса приходится полагаться на выбор производителя, тогда как внешний водонагреват…ель можно докупить и отдельно.

Макс. тепловая мощность

Наибольшая тепловая мощность, вырабатываемая тепловым насосом — то есть количество тепла, которое он способен «перекачать» снаружи в систему отопления и/или ГВС.

Тепловая мощность является важнейшей характеристикой теплового насоса — она напрямую определяет его эффективность и способность обеспечить необходимое количество тепла. Отметим, что данный показатель указывается для оптимальных условий работы — в частности, довольно высокой наружной температуры. На практике такие условия встречаются редко, поэтому фактическая мощность обычно заметно ниже максимальной; это нужно учитывать при выборе. Существуют специальные формулы для расчёта оптимального значения максимальной тепловой мощности в зависимости от конкретной ситуации.

Тепловая мощность (~ 0 °C)

Тепловая мощность — проще говоря, количество тепла — вырабатываемое тепловым насосом при температуре источника (воздуха или грунта — см. выше) около 0 °С. Этот показатель более нагляден и приближён к реальности, чем максимальная тепловая мощность (см. выше), поэтому часто он указывается в характеристиках как основной.

Необходимая тепловая мощность зависит от площади и некоторых особенностей помещения, от потребности в горячей воде и ряда других факторов; для её расчёта в специальных источниках можно найти соответствующие формулы.

Макс. мощность охлаждения

Максимальная тепловая мощность, выдаваемая насосом в режиме охлаждения.

При такой работе насос функционирует в обратном цикле — отводя излишек тепла из помещения в окружающую среду, то есть, по сути, играет роль кондиционера. Необходимая мощность охлаждения зависит от площади здания, особенностей его теплоизоляции и некоторых других факторов; способы её расчёта можно найти в специальных источниках. Здесь же отметим, что обычное отопительное оборудование (радиаторы, тёплые полы) для работы на охлаждение не подходит, для этого необходимо использовать специальное оборудование (например, фанкойлы).

Мощность потребления

Электрическая мощность, потребляемая тепловым насосом при работе только на перекачку тепла, без использования догревательного ТЭНа (при его наличии, см. ниже). Отношение тепловой мощности к потребляемой мощности определяет тепловой коэффициент СОР (см. ниже) и, соответственно, общую эффективность агрегата. Также от этого показателя зависит общее энергопотребление (и, соответственно, счета за электричество), а также некоторые требования по питанию и подключению — например, модели с питанием от 220 В и мощностью более чем 5 кВт не могут работать от розетки и требуют специального формата подключения к сети.

Питание

Тип электропитания, используемого тепловым насосом.

— Однофазное (220 В). Подключение к бытовой сети на 220 В. Многие модели с подобным питанием способны работать от обычной розетки, что заметно облегчает подключение. Однако при высокой потребляемой мощности (3,5 кВт и выше) может потребоваться особый способ подключения к сети, розетка тут уже не подойдет.

— Трехфазное (380 В). Питание от сетей 380 В подходит для тепловых насосов любой мощности, в т.ч. для моделей, оснащенных «прожорливыми» догревательными ТЭНами. Кроме того, приборы с таким питанием при постоянной работе фактически потребляют меньше энергии, чем аналогичные по мощности потребления однофазные. В свете этого данный вариант может предусматриваться даже в тепловых насосах невысокой мощности. Недостатком трехфазных сетей является слабая распространенность: если в производственном помещении с такой сетью, скорее всего, проблем не будет, то для частного дома может понадобиться прокладка отдельной линии, например от уличного столба или трансформатора.

Догревательный ТЭН

Мощность догревательного ТЭНа, установленного в устройстве (при наличии такой функции).

Догревательный ТЭН представляет собой электрический нагреватель в виде трубки с нитью накаливания внутри. Такой нагреватель играет вспомогательную роль, он применяется, когда тепловой мощности самого насоса недостаточно — например, при значительном падении температуры снаружи. Главное преимущество ТЭНов состоит как раз в том, что их эффективность не зависит от наружных условий. А основной недостаток заключается в высоком энергопотреблении: если тепловой насос способен «перекачать» значительно больше тепловой энергии, чем потребляет электричества, то тепловая мощность ТЭНа приблизительно равна потребляемой. Именно поэтому в характеристиках указывают мощность ТЭНа вообще, не уточняя, о чем идет речь: указанная цифра соответствует и мощности нагрева, и энергопотреблению. Эти параметры аналогичны соответствующим параметрам самого теплового насоса; подробнее о них см. выше.

Водонагреватель

Тип водонагревателя, которым оснащён тепловой насос с функцией ГВС (см. «Назначение»). Все подобные водонагреватели обычно работают по накопительному принципу — то есть имеют бак, где хранится запас нагретой воды — и, по сути, позволяют тепловому насосу выполнять ещё и функции бойлера. Различие же заключается в месте установки бака и принципах нагрева воды.

— Встроенный. Водонагреватель, установленный непосредственно в корпусе теплового насоса. Такая конструкция делает систему ГВС менее громоздкой (хотя и увеличивает габариты самого насоса), а также позволяет использовать не только принцип косвенного нагрева (когда тепло передаётся воде из теплообменника), но и догревательный ТЭН (при его наличии, см. выше), что положительно сказывается на эффективности

— Внешние. Водонагреватели, установленные вне корпуса теплового насоса. В отличие от встроенных, могут работать только по принципу косвенного нагрева, из-за чего в целом несколько менее эффективны. В то же время вынос дополнительного оборудования за пределы корпуса уменьшает габариты насоса, да и возможность самостоятельно выбрать место для установки водонагревателя часто оказывается немаловажной.

Объем водонагревателя

Объём накопительного бака водонагревателя, установленного в тепловом насосе. Чем больше этот объём — тем больше горячей воды можно запасти в устройстве, тем меньше риск израсходовать её при интенсивном потреблении. Существуют формулы, позволяющие рассчитать оптимальный объём водонагревателя в зависимости от конкретной ситуации; их можно найти в специальных источниках.

Мин. рабочая t

Наименьшая температура среды (воздуха или грунта, см. «Источник»), при которой тепловой насос может безопасно и достаточно эффективно выполнять свои функции. Эффективность при минимальной температуре, разумеется, заметно снижается, однако устройство всё равно можно использовать в качестве источника тепла.

Данные о минимальной рабочей t позволяют оценить пригодность насоса для холодного времени года.

Макс. t теплоносителя

Наибольшая температура, до которой насос способен нагреть теплоноситель. Стоит отметить, что достигнуть таких показателей можно при довольно высокой температуре воздуха или грунта. А поскольку тепловые насосы используются в холодное время года, то и фактическая максимальная температура, как правило, оказывается меньше теоретически достижимой. Тем не менее, этот параметр вполне позволяет оценить возможности агрегата или его пригодность для тех или иных задач.

Компрессор

Модель компрессора, установленного в тепловом насосе.

Компрессор является главным элементом, «сердцем» агрегата: именно он обеспечивает циркуляцию теплоносителя по контурам насоса и перенос тепла снаружи в помещение. Зная название компрессора, можно найти подробную информацию о нем и выяснить некоторые особенности теплового насоса в целом. Отметим, что название обычно указывают в том случае, если в устройстве используется высококлассный компрессор, часто — инверторный (с переменной скоростью; это положительно сказывается на эффективности, экономичности и уровне шума).

при t°C наружной

Наружная температура, для которой приводится коэффициент COP. Подробнее об этом коэффициенте и значении наружной температуры см. ниже.

подача t°C

Температура в прямом трубопроводе, для которой указан коэффициент COP. Подробнее об этом коэффициенте см. ниже. А данная температура — это температура теплоносителя на выходе из насоса, при которой достигается приведенное значение COP.

Отметим, что производители нередко идут на хитрость и замеряют COP для сравнительно невысокой температуры (заметно ниже, чем максимальная температура теплоносителя — например, 35 °С для модели с максимумом в 55 °С). Это позволяет приводить в характеристиках довольно внушительные цифры эффективности. Однако при более высоких температурах фактические затраты энергии на единицу тепловой мощности будут больше, и фактический COP будет ниже.

коэффициент COP

Тепловой коэффициент COP (coefficient of performance) является ключевой характеристикой, описывающей общую эффективность и экономичность работы теплового насоса. Он представляет собой соотношение между тепловой и потребляемой мощностью агрегата (см. выше) — проще говоря, сколько киловатт тепловой энергии вырабатывает насос на 1 кВт затраченного электричества. В современных тепловых насосах этот показатель может превышать 5.

Однако стоит учитывать, что фактическое значение COP может быть разным в зависимости от температуры снаружи и температуры подачи. Чем выше разница между этими температурами — тем больше затрат нужно на «перекачивание» тепловой энергии и тем ниже будет COP. Поэтому в характеристиках принято указывать значение COP для конкретных значений температур (а во многих моделях — два значения, для разных вариантов) — это позволяет оценить фактические возможности агрегата.

при t°C наружной

Наружная температура, для которой приводится дополнительный коэффициент COP. Подробнее об этом коэффициенте и значении наружной температуры см. ниже.

подача t°C

Температура в прямом трубопроводе, для которой указан дополнительный коэффициент COP. Подробнее об этом коэффициенте см. ниже. А данная температура — это температура теплоносителя на выходе из насоса, при которой достигается приведенное значение COP.

Отметим, что производители нередко идут на хитрость и замеряют COP для сравнительно невысокой температуры (заметно ниже, чем максимальная температура теплоносителя — например, 35 °С для модели с максимумом в 55 °С). Это позволяет приводить в характеристиках довольно внушительные цифры эффективности. Однако при более высоких температурах фактические затраты энергии на единицу тепловой мощности будут больше, и фактический COP будет ниже.

коэффициент COP

Дополнительный тепловой коэффициент COP, указанный в характеристиках в дополнение к основному. Подробнее о значении этого показателя см. п. «Коэффициент COP» выше. А дополнительный коэффициент указывается для иных рабочих температур, чем основной — это позволяет оценить возможности насоса в разных условиях.

Хладагент

Марка хладагента (фреона), используемого в тепловом насосе.

— R22. Устаревшая марка, популярная некоторое время назад, однако на сегодня используемая крайне редко. Отличаясь рядом преимуществ (невысокая стоимость, низкое рабочее давление, однородность), R22 в то же время экологически небезопасен (вредит озоновому слою), поэтому постепенно выходит из употребления, хотя в некоторых недорогих моделях всё ещё встречается.

— R134A. Хладагент на основе тетрафторэтана, относящийся к озонобезопасным фреонам (однако о полной экологической безопасности говорить нельзя, т.к. R134A имеет высокий потенциал глобального потепления GWP). Имеет однородный состав, что позволяет без проблем дозаправлять систему в случае утечек, однако характеризуется специфическими требованиями к компрессорам и смазочным материалам (необходимы полиэфирные масла), что соответственно влияет на стоимость.

— R407C. Ещё одна замена для «озоноопасного» R22. Довольно эффективен и экологически безопасен, однако стоит дорого, имеет высокое рабочее давление (что соответствующим образом сказывается и на цене оборудования), кроме того, анизотропен — является смесью нескольких фреонов с разными температурами кипения, и в случае утечки необходимо полностью менять весь объём хладагента.

— R410A. Как и R407C, данный фреон является озонобезопасным, однако требует ещё больших рабочих давлений (и, соответственно, надёжного и дорогого оборудования), да и стоит недёшево. С другой стор…оны, компоненты R410A имеют одинаковую температуру кипения, и в случае утечки не нужно менять хладагент полностью — достаточно пополнить его запас.

Уровень шума

Средний уровень шума, производимый тепловым насосом при работе в штатном режиме.

Чем ниже уровень шума — тем комфортнее будет использование агрегата; особенно это важно при установке внутри жилых домов или квартир. Уровень шума является нелинейной величиной, поэтому оценивать его проще всего по сравнительным таблицам. Их можно найти в специальных источниках. Здесь же отметим, что наиболее тихие современные модели выдают громкость порядка 39 – 40 дБ — это громкость обычной человеческой речи и максимальный уровень, допустимый для жилых комнат в дневное время; наиболее же громкие шумят на 60 – 62 дБ — это можно сравнить с телевизором на средней громкости.

Страна происхождения бренда

Под страной происхождения обычно подразумевают «родину» бренда — торговой марки, под которой тепловой насос представлен на рынке. При этом фактическое место выпуска как самого агрегата, так и отдельных его деталей не обязательно находится в этой стране: многие западные фирмы для снижения расходов переносят своё производство в государства с дешёвой рабочей силой (например, в Китай). Несмотря на расхожее мнение, само по себе это не ведёт к снижению качества товара — всё зависит от того, насколько тщательно владелец бренда контролирует производство. А многие компании, особенно крупные и «именитые», следят за качеством весьма ревностно — ведь от этого зависит их репутация. Из известных стран производителей можно назвать Германию, Данию, США и Японию.

www.e-katalog.ru

Тепловой насос — это… Что такое Тепловой насос?

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.

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 характеризовать величиной безразмерного коэффициента трансформации энергии К тр, определяемого для идеального цикла Карно по следующей формуле:


где  — температуры соответственно на выходе и на входе насоса.

где: Тоut-температурный потенциал тепла, отводимого в систему отопления или теплоснабжения, К; Тіn -температурный потенциал источника тепла , К. Коэффициент трансформации теплового насоса, или теплонасосной системы теплоснабжения (ТСТ) Ктр 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 367 дней]

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 62 °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 (Peter Ritter von Rittinger). 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 ХХ столетия, 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 40-х годах тепловой насос был известен благодаря своей чрезвычайной эффективности, но реальная потребность в нём возникла в период Арабского нефтяного эмбарго в 70-х годах, когда, несмотря на низкие цены на энергоносители, появился интерес к энергосбережению.

Эффективность

В процессе работы компрессор потребляет электроэнергию. Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации (или коэффициентом преобразования теплоты) и служит показателем эффективности теплового насоса. Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: чем больше разность, тем меньше эта величина.

По этой причине тепловой насос должен использовать по возможности большее количество источника низкопотенциального тепла, не стремясь добиться его сильного охлаждения. В самом деле, при этом растёт эффективность теплового насоса, поскольку при слабом охлаждении источника тепла не происходит значительного роста разницы температур. По этой причине тепловые насосы делают так, чтобы масса низкотемпературного источника тепла была значительно большей, чем нагреваемая масса. Для этого, также, необходимо увеличивать площади теплообмена, чтобы перепад температур между источником тепла и холодным рабочим телом, а также между горячим рабочим телом и отапливаемой средой был поменьше. Это снижает затраты энергии на отопление, но приводит к росту габаритов и стоимости оборудования.


Проблема привязки теплового насоса к источнику низкопотенциального тепла, имеющего большую массу может быть решена[источник не указан 1318 дней] введением в тепловой насос системы массопереноса, например, системы прокачки воды. Так устроена система центрального отопления Стокгольма.

Условный КПД тепловых насосов

Даже современные парогазотурбинные установки на электростанциях выделяют большое количество тепла, что и используется в когенерации. Тем не менее, при использовании электростанций, которые не генерируют попутное тепло (солнечные батареи, ветряные электростанции, топливные элементы) применение тепловых насосов имеет смысл, так как такое преобразование электрической энергии в тепловую более эффективно, чем использование обычных электронагревательных приборов.

В действительности приходится учитывать накладные расходы по передаче, преобразованию и распределению электроэнергии (то есть услуги электрических сетей). В результате[источник не указан 600 дней] отпускная цена электричества в 3-5 раз превышает его себестоимость, что приводит к финансовой неэффективности использования тепловых насосов по сравнению с газовыми котлами при доступном природном газе. Однако, недоступность углеводородных ресурсов во многих районах приводит к необходимости выбора между обычным преобразованием электрической энергии в тепловую и с помощью теплового насоса, который в данной ситуации имеет свои преимущества.

Типы тепловых насосов

T_{out},\ T_{in} 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 T_{out},\ T_{in} Горизонтальный геотермальный тепловой насос

Коллектор размещается кольцами или извилисто в горизонтальных траншеях ниже глубины промерзания грунта (обычно от 1,20 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 применятся в случаях, когда площадь земельного участка не позволяет разместить контур горизонтально или существует угроза повреждения ландшафта.

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

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.

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «грунт—вода», «вода—вода», «воздух—вода», «грунт—воздух», «вода—воздух», «воздух—воздух».

Типы промышленных моделей

Тепловой насос «солевой раствор — вода»[9]

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» . Почти все вновь выходящие на рынок устройства используют тепло выпускаемого из помещения воздуха. Также фильтруют и увлажняют при необходимости всасываемый извне воздух.

Отбор тепла от воздуха

Эффективность и выбор определённого источника тепловой энергии сильно зависит 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 именно обогрев зимой. Системы «воздух-воздух» используются и зимой при температурах до минус 25 градусов, некоторые модели продолжают работать до −40 градусов. Но их эффективность резко падает. При более сильных морозах нужно дополнительное отопление.

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.[10] 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 659 дней] 2006 года в Швеции полмиллиона установок, в Финляндии 50 000, в Норвегии устанавливалось в год 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 659 дней]. Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами коллектора — 1,5 метра, минимум — 1,2. 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.[11] 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 659 дней].

Непосредственный теплообмен DX

Хладагент подаётся непосредственно к источнику земного тепла по медным трубкам — это обеспечивает высокую эффективность геотермальной отопительной системы.

Файл:DariaWPBody.png Тепловой насос Daria WP использующий технологию DX непосредственного теплообмена[12]

Испаритель устанавливают в грунт горизонтально ниже глубины промерзания или в скважины диаметром 40-60 мм пробуренные вертикально либо под уклоном (к примеру 45 град) до глубины 15-30 м. Благодаря такому инженерному решению устройство теплообменного контура производится на площади всего несколько квадратных метров, не требует установки промежуточного теплообменника и дополнительных затрат на работу циркуляционного насоса.

Примерная стоимость отопления современного утеплённого дома площадью 120м2 Калининградская область 2012 год. (Годовое энергопотребление 20 000 кВт*ч)

Тип системы отопления Цена (Руб/кВт*ч) Эффективность Годовые затраты
Электрические 3.8 Руб 100 % 76 000 Руб
Природный газ 1,2 80 % 21 000 Руб
Диз. топливо 35 Руб\литр 80 % 72 000 Руб
Пропан 35 Руб\кг 80 % 75 000 Руб
Воздушный тепловой насос 3.8 Руб 260 % 28 000 Руб
Класические геотермальные насосы 3.8 Руб 350 % 21 700 Руб
Геотермальные DX 3.8 Руб 400 % 19 450 Руб
Геотермальные DX с воздушной системой отопления 3.8 Руб 440 % 17 200 Руб

Разное

T_{out},\ T_{in} 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 на 1 пог. м. скважины и обеспечить стабильность круглогодичной эксплуатации(в отличие от схемы Васильева)[13] 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.[14]

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. 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 надежен, 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 30-х годах прошлого века. В западных странах тепловые насосы применяются давно — и в быту, и в промышленности. Сегодня в Японии, например[источник не указан 444 дня], эксплуатируется около 3 миллионов установок, в Швеции около 500 000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов.

К недостаткам тепловых насосов, используемых для отопления, следует отнести большую стоимость установленного оборудования.

Перспективы

Для установки теплового насоса необходимы высокие первоначальные затраты: стоимость насоса и монтажа системы составляет $300-1200 на 1 кВт необходимой мощности отопления. Время окупаемости теплонасосов составляет 4-9 лет, при сроке службы по 15-20 лет до капитального ремонта[источник не указан 862 дня].

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 СОР=2.0 при температуре источника −20 °C, и порядка СОР=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 несет 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 СОР=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. Следствием этого же недостатка является необходимость использования низкотемпературных систем отопления (системы поверхностного нагрева типа «теплый пол», воздушные системы отопления с применением фен-койлов и т. п.). Однако это ограничение касается только устаревших радиаторных систем отопления, практически не находящих применения в современных технологиях строительства.

COP

COP — от английского (Coefficient of performance) Коэффициент полезного действия теплового насоса. Представляет собой отношение тепла на выходе «теплового резервуара» к потребляемой мощности. COP был создан для сравнения тепловых насосов по энергоэффективности. Для вычисления COP используется следующая формула:
где

 — тепловая энергия резервуара
— потребляемая мощность в Ваттах.

Основные схемы отопления с применением тепловых насосов

Стандартные объекты обогрева

  • Бассейны
  • Дачи, коттеджи
  • Квартиры
  • Гостиницы, рестораны
  • Коттеджные городки
  • Офисно-торговые центры
  • Производственные помещения
  • Аквапарки
  • Школы

Примечания

См. также

dic.academic.ru

Типы тепловых насосов. Виды, отличия и разновидности тепловых насосов

Виды тепловых насосов

Все тепловые насосы между собой отличаются по источнику получения тепловой энергии. Каждый насос имеет маркировку: «воздух-воздух», «воздух-вода», «рассол-вода» и так далее. Первое слово указывает на источник тепла, второе – во что тепло преобразовывается. Например, в насосе «воздух-вода» тепло извлекается из уличного воздуха и преобразовывается в горячую воду для системы отопления. О том, как работает насос читайте в статье принцип действия теплового насоса.

Самыми распространенными типами тепловых насосов являются воздушные и грунтовые.

Воздушный тепловой насос

Виды тепловых насосов

В качестве источника энергии используется уличный воздух, а их принцип действия аналогичен работе кондиционера. Воздушные насосы популярны за счет легкого совмещения с существующей системой отопления. Для их установки не требуется специальное разрешение. Они дешевле стоят и проще монтируются.

В свою очередь, этот вид тепловых насосов имеет самый низкий КПД, который нестабилен и меняется в зависимости от уличной температуры. При лучших погодных условиях СОР = 1:3.

Чаще всего воздушные насосы рассматривают в качестве дополнения к основному источнику тепла.

Грунтовый тепловой насос

Грунтовый тепловой насос

Грунтовые насосы используют тепло земли. Она является хорошим аккумулятором тепла, так как накапливает в себе солнечную энергию и также подогревается за счет энергии центра земли.

Для извлечения тепла в грунт укладываются обычные пластиковые трубы, внутри которых циркулирует теплоноситель.

Главное преимущество таких насосов – высокий и постоянный КПД в течение года – 1:4-4,5. Это обусловлено тем, что температура грунта в течение года неизменна и поэтому геотермальные тепловые насосы могут постоянно получать достаточное количество тепла и использоваться в качестве единственного источника энергии.

Другие виды тепловых насосов

Конечно, существуют и другие источники энергии для теплового насоса. Главное, чтобы температура источника в течение года была положительна и неизменна. Например:

  • Грунтовые воды. Тепловой насос прокачивает через себя грунтовые воды и использует их тепло. Это самый эффективный вид насоса с точки зрения СОР. Но для использования этого вида тепловых насосов требуется разрешение. Также можно напрямую закачивать речную или морскую воду – в этом случае нужно ставить специальный фильтр для очистки воды.
  • Укладка трубы на дно моря и реки. Принцип действия похож на грунтовый насос. На достаточной глубине вблизи дна вода имеет постоянную положительную температуру ~4˚C.
  • И другие.

Рекомендуемые статьи

  1. 15 скрытых утечек тепла в частном доме, о которых вы не догадываетесь
  2. Зеленый тариф — как зарабатывать на продаже электроэнергии государству
  3. Двухтарифный счетчик электроэнергии день-ночь, который позволит сократить затраты на отопление тепловым насосом на 30-50%.

Выводы

  • Выбор теплового насоса зависит от поставленной задачи и технической возможности его установки.
  • Если вам нужен альтернативный газу источник отопления – то лучшим решением будет грунтовый тепловой насос. Он отличается высокой эффективностью и не зависит от погодных условий. Круглый год такой насос способен обеспечивать вас стабильной температурой.
  • Воздушный насос лучше рассматривать как дополнение к газовому котлу. Он дешевле и проще монтируется, но более зависит от погодных условий. Самостоятельно ему сложно справится со всей отопительной мощностью здания и к тому же это обойдется дороже газового отопления.
  • Оптимальным вариантом считается комбинирование различных источников тепла в доме: газового котла с камином с водяным контуром, солнечными коллекторами и/или тепловым насосом.

term.od.ua

Области применения тепловых насосов — Новые Системы и Альтернативы

Современная наука плотно занимается вопросом сохранения не возобновляемых ресурсов и разработки систем, способных преобразовывать энергию неиссякаемых источников — солнца, воздуха, земли, воды – в ресурсы для жизнедеятельности человека, такие как отопление и водоснабжение.

Активное внедрение новых методов происходит во всех цивилизованных странах мира. Одним из современных устройств, позволяющих потреблять тепло и горячую воду с минимальными энергозатратами, является тепловой насос. Такая установка широко популярна на Западе, в России и европейских странах.

Конструкция теплового насоса

Тепловой насос – преобразователь низкопотенциальной энергии в тепло. Иными словами, такое устройство способно для получения тепла задействовать возобновляемый потенциал ресурсов.

К примеру, грунт, вода и даже воздух хранят в себе потрясающий тепловой потенциал. Обнаружить и использовать его возможно при помощи определенных физических преобразований. Таким образом, низкопотенциальная тепловая энергия становится высокопотенциальной.

Тепловой насос – это установка, в которой между собой сообщаются три контура. Первый контур называют коллектором. Его функция – поглощение и доставка низкопотенциальной энергии из воды, грунта или воздуха при помощи циркулирующего антифриза, незамерзающей жидкости-теплоотдатчика. Антифриз собирает тепло и передает его во второй контур, непосредственно, внутрь теплового насоса.

По второму контуру циркулирует теплообменник – хладагент, или углекислота или углеводороды. По мере движения хладагента по контуру тепловая энергия преобразуется в тепло, которое могут потреблять приборы – котлы, радиаторы, сплит-системы и прочие.

Третий контур как раз и есть те самые отопительные и водонагревательные приборы, установленные внутри здания. То есть, системы, которые используются для подачи тепла и воды в дом или промышленный цех.

Главное преимущество теплового насоса – получение большего количества тепловой энергии с использованием меньшего количества электроэнергии из сети. Соотношение между ними может быть впечатляющим. К примеру, против 2 кВт, ограниченно поставляемых муниципальными сетями в дачные поселки, тепловой насос может выработать 4-6 кВт тепла в зависимости от мощности.

Мы расскажем, как работает тепловой насос. Это не волшебное устройство, чудесным образом приумножающее энергию, но достижение высоких технологий нашей с вами эпохи.

Как работает тепловой насос

На самом деле, тепловой насос – это не вновь изобретенный велосипед. По принципу действия он напоминает холодильник, только работает в обратную сторону.

Тогда как холодильник выводит наружу тепло от вновь поставленных продуктов и после открытия дверцы в холодильной и морозильной камере для поддержания низкой температуры, тепловой насос, наоборот, заводит тепло внутрь. Но принцип работы один и тот же, за исключением некоторых нюансов.

Элементами связки в теплонасосной установке являются испаритель, компрессор, конденсатор, расширяющий клапан дроссель. Это и есть тот самый второй контур установки, о котором шла речь выше.

Когда теплоотдатчик первого контура – антифриз – поставляет низкопотенциальную энергию в тепловой насос, хладагент с низким давлением после прохождения дросселя попадает в испаритель. Под воздействием испарителя углекислота или углеводород испаряется, поглощает тепло и принимает газообразную форму, благодаря тому, что имеет низкую температуру кипения.

В таком состоянии вещество доходит до компрессора. В компрессоре хладагент (углекислота или углеводороды) сжимается, набирает температуру и попадает в конденсатор, откуда после передачи тепла третьему контуру следует уже в жидком охлажденном состоянии. В это время теплоотдатчик совершает новый круг забора тепловой энергии и вновь передает низкопотенциальную энергию второму контуру. Далее цикл передвижения веществ, в науке называемый циклом Карно, повторяется еще и еще.

С помощью теплового насоса можно охлаждать помещение, если подключить систему в обратном порядке. Первый контур будет забирать тепло из здания, и выпускать его наружу через второй контур. Зная схему работы теплового насоса, вы уже можете себе представить, в какой последовательности будет двигаться хладагент-теплообменник.

Типы теплового насоса

В настоящее время все тепловые насосы делят на два основных типа – геотермальные и аэротермальные. Они используют разные источники забора низкопотенциальной энергии.

Геотермальные тепловые насосы

Это теплонасосные установки, первый контур которых монтируется на участке в земле или водоемах.

То есть, в данном случае используется энергия грунта, грунтовых и наземных вод. Поскольку температура такой энергии очень низкая, необходимо устройство, которое может повысить ее до оптимальной для водонагрева и отопления температуры 50-100 градусов. Именно для этого и предназначены геотермальные теплонасосные установки.

Трубопровод для геотермальных тепловых насосов можно устанавливать горизонтально, используя максимум свободной площади участка, или вертикально, применяя под установку минимум пространства за счет большой глубины скважин и установки вертикального модульного коллектора коаксиального типа.

В настоящее время геотермальные тепловые насосы не пользуются большой популярностью из-за высокой стоимости монтажа. Чтобы монтировать такую установку, необходимо специальное буровое оборудование или землекопное оборудование в зависимости от типа установки.

Аэротермальные тепловые насосы

Значительную долю рынка у геотермальных моделей отвоевали аэротермальные установки, или воздушные. Они более легкие в монтаже и менее дорогостоящие, не требующие специального оборудования.

Экономия аэротермальных теплонасосных установок состоит еще и в том, что для их работы не нужен массивный трубопровод из недешевых и громоздких труб с циркулирующим теплоотдатчиком. Забор наружного воздуха осуществляется посредством насоса.

Моновалентные и бивалентные системы отопления

Системы отопления делятся на моновалентные и бивалентные. Их разница состоит в возможности или невозможности взаимодействия разных отопительных установок.

Само определение таких систем подразумевает то, что в моновалентных системах существует только один источник выработки тепла. Тогда как в бивалентных отопительных системах спокойно могут сосуществовать и взаимодействовать две установки. Например, газовый котел и тепловой насос.

Бивалентные системы отопления, как минимум, в 2 раза эффективнее и надежнее моновалентных систем. Одна из причин – возможность перерабатывать энергию в условиях любой температуры. К примеру, тепловой насос может преобразовывать низкопотенциальную энергию грунта и воздуха при температуре до -25 градусов. При более низкой температуре компенсировать недовыработанное насосом тепло можно с помощью газового или жидкотопливного котла.

Преимущества теплового насоса

В сравнении с другими отопительными системами у теплонасосных установок насчитывается масса преимуществ. Подытоживая информацию о принципе работы тепловых насосов, определим основные выгоды, которые можно получить, установив такое устройство в загородном доме или на даче:

  1. Постоянный поток энергии. Тепловой насос использует возобновляемый природный источник для получения тепла.

  2. Экономия. В процессе работы теплового насоса набираются небольшие растраты электроэнергии и, соответственно, средств на оплату коммунальных услуг. Питание необходимо, по большей части, компрессору, который сжимает хладагент.

  3. Экологичность. Тепловой насос не требует топлива, поэтому не загрязняет окружающую среду, работает без шума, пыли и не выделяет посторонних запахов. Даже хладагент фреон, будучи вредным, заменен на безвредные вещества углекислоту и углеводороды.

  4. Эргономичность. Установленный тепловой насос не занимает много места. В особенности, если это аэротермальная установка, не требующая свободного пространства для организации полей забора энергии.

  5. Универсальность. Тепловой насос может работать в двух направлениях – на отопление и кондиционирование.

  6. Долговечность. Срок службы тепловых насосов составляет 10 лет и более.

  7. Неприхотливость. Тепловой насос работает без дополнительного технического обслуживания. Максимум, что может понадобиться в течение всех лет его эксплуатации, — плановый осмотр.

  8. Высокая эффективность. Тепловой насос имеет КПД, равный 300%.

Среди других достоинств тепловых насосов стоит отметить безопасность и возможность применения в любом помещении. Для такой установки не нужно хранить пожароопасные вещества типа топлива. Ровно так же с тепловым насосом не страшна утечка газа.

Тепловой насос можно применять для отопления, водоснабжения и кондиционирования любого здания, будь то промышленность или частный дом. Диапазон мощностей таких установок весьма широк.

И чтобы ваше представление о тепловых насосах не было заоблачным, отметим недостатки. Это высокая стоимость установки и, несмотря на потребление энергии возобновляемых ресурсов, необходимость в сетевом электричестве.

Тем не менее, тепловой насос окупается относительно быстро — за скромный срок 3-5 лет. Тогда как продолжительность эксплуатации таких устройств насчитывает 12-15 лет, что позволяет не только окупить, но и далее существенно сократить расходы на тепло и горячую воду.

Источники тепла для теплового насоса

Одно из преимуществ теплового насоса, которое мы упоминали, связано с использованием и переработкой энергии возобновляемого источника. В разных случаях и условиях строительства используют тепло грунта, скважины, водоема и воздуха. Мы решили объединить источники в таблице, указав особенности монтажа, преимущества и недостатки каждого из вариантов.

Источник

Монтаж

Преимущества

Недостатки

Грунт

Первый контур теплового насоса – коллектор. Он укладывается в грунт на определенной глубине, но не выше уровня промерзания. При покупке и монтаже оборудования учитывают необходимую мощность, состояние грунта и уровень солнечной радиации.

Температуры грунта стабильны. Монтаж горизонтального коллектора не требует бурения и, соответственно, больших расходов. Расположение коллектора не препятствует ведению садоводческой деятельности.

Чем суше грунт, тем мощнее и дороже должен быть первый контур теплового насоса.

Коллектор занимает много пространства на участке.

По техническим причинам над коллектором нельзя возводить постройки, поскольку сооружения могут препятствовать восстановлению тепловых запасов грунта.

Скважина

Первый контур теплового насоса – коллектор, но в виде геотермального зонда. Он располагается вертикально и имеет вид неразборного модуля с коаксиальными трубками. Для установки бурят одну или несколько скважин глубиной до 100 м. Перед покупкой и монтажом оборудования рассчитывают глубину с учетом необходимой мощности и состояния грунта.

Занимает минимум места, поэтому хорош для маленьких участков. Температура в скважине стабильна.

Монтаж требует больше денежных средств, поскольку для бурения используют специальную технику и инструмент, привлекают специалистов.

Водоем

Первый контур теплового насоса, как в случае с грунтом, — горизонтальный коллектор. Он укладывается на дно водоема и фиксируется специальными грузами. Перед покупкой и установкой оборудования рассчитывают требуемую мощность и количество труб в коллекторе, учитывают уровень солнечной радиации.

Температура воды стабильна. Такая установка не занимает места на участке и не требует больших расходов на монтаж.

Обязательное условие – расположение водоема на расстоянии не более 50 м.

Воздух

Первый контур такого теплового насоса – это, непосредственно, сам насос с испарителем, компрессором, конденсатором и расширительным клапаном. Монтаж коллектора не требуется. Перед установкой рассчитывают требуемую мощность с учетом климатических особенностей конкретного региона.

Самая простая в конструкции и монтаже установка, не требующая дополнительных затрат на коллектор, специальный инструмент и условия.

Зависимость от температуры воздуха, которая может сильно колебаться в холодных регионах.

Итак, преимущества и недостатки разных тепловых насосов очевидны. При выборе той или иной установки необходимо опираться на условия участка, особенности климата, бюджет и требования к мощности. Большую роль играют обстоятельства. К примеру, если возле участка расположен водоем, то было бы недальновидно не воспользоваться таким бесплатным ресурсом.

Важно, планируете ли вы использовать тепловой насос, как альтернативный запас тепла, или как полноценный источник отопления и горячего водоснабжения. Для постоянного снабжения теплом в требуемом количестве частного дома необходима надежная мощная установка, способная подавать тепло круглый год без перебоев.

Особенности применения грунта как источника тепла

Грунт является одним из самых эффективных источников низкопотенциальной энергии. Установлено, что в зимнее время года из недр земли на глубине 3-8 метров можно без применения дополнительных мер заполучить количество энергии, необходимое для отопления 2-3 кв.м. Тогда как в летний период можно с помощью аккумуляции извлечь из грунта количество энергии, которая позволила бы отопить 10 кв.м. помещения.

Были сделаны расчеты рабочего тела – антифриза, необходимого для забора энергии, и площади грунта, необходимо для отопления и горячего водоснабжения отдельного дома. Результаты оказались очень оптимистичными.

К сожалению, теоретические данные не совпадают с реальностью из-за динамики температур, которая оказывает серьезное влияние на распределение тепла и, соответственно, на количество забираемой энергии.

Почему за основу взята именно глубина грунта 3-8 метров? На основании многочисленных исследований, в ходе которых было установлено, что именно такой диапазон глубин более подвержен изменению температур под влиянием изменения температуры воздуха. Разница температур может в разное время года составлять 7 градусов и более. При этом существует минимально допустимая температура, занижение которой может стать причиной остановки в работе теплонасосной установки. Но именно глубина грунта 3-8 метров является наиболее приемлемой и экономичной для монтажа коллектора теплового насоса.

Сегодня достаточно популярны паровые тепловые насосы, в которых применяются хладоны различных марок. Марку хладона выбирают в зависимости от температурного режима в цикле преобразования энергии. Паровые тепловые насосы являются примером того, насколько сильна зависимость от температурного режима. Занижение нормы негативно сказывается на их работе и служит причиной отключения насосных установок.

В ходе очередных геологических и инженерных исследований было установлено, что грунт на глубине залегания более 8 метров проявляет инертность в плане динамики температур. Тепло более или менее равномерно рассеивается в толще грунта. Разность температур составляет приблизительно 2 градуса. Причина – влияние более глубоких слоев грунта на этот грунтовый слой. Но такая глубина не является комфортной из-за большого сопротивления грунта и затратна для монтажа.

Факт влияния глубины грунта, времени года и, следовательно, динамики температур на эффективность работы теплового насоса получил серьезные доказательства. Их нашли инженеры в ходе замеров температур грунта, проводимых в течение одного года на разных глубинах.

Стало совершенно очевидно, что мощности теплового насоса рассчитывают с учетом именно этих показателей. Для выполнения правильных расчетов необходимо проведение исследований на участке, термодинамического и технико-экономического анализа, как отдельного оборудования, так и установок в целом.

Для наглядности ниже приведем формулу равенства баланса тепла, поглощенного коллектором из грунта и полученного рабочей средой насоса, с показателями динамики температур (высчитывается интегрально) и расхода тепла через сечение коллектора.

, где:

Т – текущая температура рабочей среды;

Tg – температура грунта;

R – суммарная величина сопротивления отдачи тепла из коллектора тепловому насосу;

Cr – теплоемкость рабочей среды;

М – расход тепла в поперечном сечении коллектора;

dT – динамика температуры на конкретном участке.

От чего зависит температура грунта? Не только от глубины. На температуру грунта влияет множество факторов:

  • Тип и состав грунта;

  • Характер и объем растительности;

  • Объем и характер осадков;

  • Геология местности;

  • Климатические условия региона;

  • Глубина залегания грунтовых вод и др.

Таким образом, природные особенности и взаимосвязи играют важную роль в установке теплового насоса. Чтобы эффективность теплонасосных установок была наибольшей, необходимо концентрировать низкопотенциальную энергию.

Для этого удобно и эффективно использовать энергию грунтовых вод. Подземные потоки, как любая вода, обладают хорошими теплофизическими свойствами. В ходе расчетов установлено, что для отопления дома площадью 250 кв.м. с помощью теплового насоса необходимо всего 10 куб.м. подземных вод/ч. То есть, КПД теплового насоса может составить 260-270%. При том, что испаритель при таких условиях будет обладать достаточной компактностью и простой изготовления.

Для концентрации низкопотенциальной энергии грунта также можно применять термосифоны. Исследования подтверждают, что увеличение диаметра трубы термосифона уменьшает сопротивляемость грунта отдаче тепла, в том числе, на большой глубине.

Результаты многочисленных опытов, замеров, исследований и практики позволяют сделать вывод, что разработка тепловых насосов находится далеко не на завершающей стадии. Возможно, через несколько лет удастся значительно увеличить площадь грунта для забора низкопотенциальной энергии, найти пути более точного расчета запаса энергии в грунте и требуемой мощности теплонасосных установок.

Тем самым, еще больше сократить расходы электроэнергии, увеличить количество потребляемого тепла, продлить срок службы тепловых насосов и сэкономить народные средства, необходимые для оплаты отопления и горячего водоснабжения.

Индивидуальное применение тепловых насосов

Тепловые насосы все чаще применяют в частном секторе для отопления и горячего водоснабжения коттеджей, частных домов, таунхаусов, дуплексов, дач и других жилых помещений. Выгода состоит не только в экономии электроэнергии, но также в возможности вообще не зависть от коммунальных услуг муниципалитета.

Еще несколько преимуществ установки тепловых насосов. Прежде всего, стоит отметить универсальность таких систем. Зимой тепловой насос может работать, как обогрев и нагреватель воды, летом — как кондиционер, но при этом снабжающий дом горячей водой. Теплонасосная установка хорошо взаимодействует с теплыми полами и может обогревать бассейн.

На даче такая установка может стать полезной не только для отопления домика, но также для отопления теплиц в зимнее время года.

Установка тепловых насосов осуществляется в короткие сроки. Для монтажа теплонасосной системы отопления не нужно посещать жилищно-коммунальные структуры, чтобы согласовать это мероприятие.

Тепловые насосы в промышленности и муниципалитете

Тепловые насосы устанавливают в промышленные цеха, на склады и завода. Их с успехом используют в фермерском хозяйстве, и для отопления теплиц в сельскохозяйственной сфере деятельности.

Порой для отопления и водоснабжения промышленных помещений и зданий используют несколько тепловых насосов, которые подключают между собой по принципу каскада. Такие установки позволяют существенно экономить на электроэнергии.

В муниципалитете тепловые насосы также встречаются очень часто. Сейчас практически в каждом большом городе есть аквапарки и спортивные комплексы с бассейнами. Для обогрева зданий комплексов, воды в бассейнах и аквапарках успешно устанавливают тепловые насосы.

Тепловые насосы для отопления и горячего водоснабжения также применяют АЗС.

Применение тепловых насосов в разных странах

Тепловые насосы получили широкое применение в разных странах. Россия находится далеко не на первом месте в этом списке.

Лидером по количеству теплонасосных установок можно по праву назвать Швецию, которая на 95% отапливается именно при помощи тепловых насосов. Самая мощная система ТНС-320 установлена в городе Стокгольм, столице этой страны.

Широким применением тепловых насосов отличаются такие страны, как США, Скандинавия, Япония, Германия. Эти государства также занимают лидирующие позиции. Доказательствами являются внушительные цифры.

Допустим, в США разработкой и производством тепловых насосов занимается более 60 исследовательских организаций. В Японии выпускают более 500 000 теплонасосных установок. Показатели Германии на этот счет тоже очень оптимистичные, как и в других странах Европы.

Надеемся, что и Россия сможет достичь больших показателей в этой области. А если у вас возникли вопросы, связанные с покупкой и установкой тепловых насосов, обратитесь за грамотной консультацией в компанию «НСиА». Мы уже очень давно работаем в сфере альтернативных технологий и обладаем большими знаниями на этот счет.

nsia-energy.ru

Что такое тепловой насос? | MYCOND

Почему тепловые насосы являются наиболее выгодной и самой перспективной заменой газовому и электрическому отоплению?

Тепловые насосы относятся к оборудованию, которое, благодаря технологии, приумножает тепловую энергию из альтернативных источников: из грунта, окружающего воздуха и грунтовых вод, и переносит его в систему отопления. Солнце ежедневно обогревает землю и воздух, которые являются источниками неисчерпаемого низкотемпературного тепла. Такая тепловая энергия – бесплатная и возобновляемая. “Тепловой насос” по сути названия обозначает перенос или перекачивание тепла из одной среды в другую. О принципе работы теплового насоса – далее в нашей статье.

Как работает тепловой насос

В конструкции насосов также как в холодильных агрегатах, задействован контур с циркулирующим в нем хладагентом, способным закипать даже при мизерном подогреве. Только работает тепловой насос для отопления как “холодильник наоборот”. От поступающего из возобновляемых источников тепла в испарителе фреон закипает, потом сжимается компрессором, температура его при этом растет в несколько раз. В дальнейшем в теплообменнике конденсатора тепло передается отопительному контуру. Далее охлажденный сконденсированный хладагент проходит через дроссельный клапан, его давление и температура еще больше падают. Охлажденный и жидкий фреон возвращается в теплообменник испарителя и снова готов к работе: забирает тепло из воздуха или внешнего геотермального контура.

Работает тепловой насос очень экономно, ведь он затрачивает энергию только на работу компрессора и циркуляционных насосов. Энергоэффективность тепловых насосов очень высока. Коэффициент преобразования энергии достигает 4-6 и даже выше. Это означает, что каждый используемый из сети киловатт энергии, преобразовывается тепловым насосом в 3-5 киловатт тепла, идущего на обогрев дома или на нагрев воды. В итоге, за обогрев дома или нагрев воды придется платить в несколько раз меньше, чем если бы использовался электрокотел или бойлер. Экономия затрат на отопление может достигать 75-80%! При действующих тарифах на газ газовый котел работает более чем в 2-3 раза затратней, чем тепловой насос.

Назначение тепловых насосов — отопление и охлаждение. Дополнительная функция — нагрев воды для использования в быту или на производстве. Это наиболее функциональное оборудование по сравнению с любыми котлами или кондиционерами.

Типы тепловых насосов

В зависимости от источника возобновляемого тепла, а также от типа системы отопления, различают несколько видов теплонасосного оборудования.

Как работает тепловой насос для отопления дома? Тепло может извлекаться из подземных грунтовых вод, залегающих на глубине до 15-20 м, из близкого водоема, из площадки грунта с глубиной укладки горизонтального коллектора до 1,2-1,5 м, а также из глубоких пробуренных скважин глубиной до 40-50 м. Кроме этого, излишки тепла могут возвращаться установками с утилизацией тепла из удаляемого вентиляцией воздуха.

Существует еще много способов использования теплонасосных технологий для сокращения потерь тепла и снижения затрат на отопление при использовании избытков тепла технологических процессов, тепла сточных вод, а также во множестве других случаев.

Таким образом, различают системы, использующие геотермальное тепло, тепло воздушной среды или установки, извлекающие гидротермальное тепло. Выделим несколько основных типов тепловых насосов.

Геотермальный тепловой насос

Геотермальный тепловой насос – это система, черпающая избытки тепла из слоя поверхностного грунта, из глубинных скважин или из ближайшего водоема. Температура земли на глубине ниже промерзающего зимой слоя всегда положительна – до 5-10 градусов тепла. Этого количества, накопленного за летнее время тепла хватает, чтобы грунтовой тепловой насос смог зимой отапливать помещение. Для теплосъема укладывается трубчатый пластиковый коллектор или опускаются двойные зонды, в которых циркулирует теплоноситель, не замерзающий в зимних условиях. Чем больше жилой площади, тем длиннее трубы коллектора или глубина зондов. Удельная мощность теплосъема для разных грунтов может колебаться от 8 до 32 Вт/м2. Учитываются также характеристики грунта и его слоев, что требует геологических изысканий.

Если недалеко от дома расположен пруд или водоем с достаточным объемом воды и глубиной, в него укладывают на глубину, на дно, спирали и кольца пластикового коллектора.

Тепловой насос вода-вода

Тепловой насос вода-вода, принцип работы которого основан на извлечении тепла из подземных вод, достаточно сложен в установке. Температура воды на глубине целый год постоянна – около +10 градусов. Для установки такого теплового насоса требуется анализ глубины водного горизонта, количества, качества и чистоты воды. Его производительность по теплу или холоду не зависит от атмосферных условий или смены сезона. Коэффициент преобразования энергии у водяного теплового насоса высокий, COP до 5 и выше, но установка и обслуживание проблематичны. Тепловой насос вода-вода для отопления – выгодный вариант, только при условии грамотного подбора и расчета оборудования, а также высококвалифицированного монтажа и пуско-наладки.

Цена геотермального и водяного насосов велика из-за необходимости проведения предварительных изысканий и дорогих монтажных работ.

Тепловой насос воздух-вода

Такой теплонасос более доступный по цене и установке. Он наиболее подходит для интеграции в модернизируемую систему отопления, а также легко и устанавливается и быстро окупается при внедрении в новом доме. Поскольку его тепловая производительность зависит от наружной температуры воздуха, воздушный тепловой насос выгодно использовать в бивалентных схемах, с резервным – вторым источником тепла. Общая мощность теплового насоса с резервным источником становится чуть не вдвое меньше, как и его стоимость, но энергоффективность и экономичность общей системы теплообеспечения остается оптимальной.

Различают моноблочную компоновку или комплект, включающий внешний и внутренний блоки. Воздушный инверторный тепловой насос точно и экономно отвечает на приоритетные нагрузки по теплу, ГВС или по холоду. Коэффициент энергоэффективности таких систем – до 5 и более, они способны работать даже при наружной температуре до -25°C. Это наиболее популярные тепловые насосы для внедрения в умеренном климате на большей части территории Украины.

Такие модели – доступный по климатическим условиям вариант для быстро окупаемого проекта модернизации отопления или установки в новом доме как в регионе Киева, так и в Днепре, Львове, Одессе или Харькове.

Пример: эффективный и качественный тепловой насос Mycond, который отличается надежной комплектацией от ведущих мировых брендов и доступной ценой при полном наборе функциональных возможностей.

Тепловой насос воздух-воздух

Использующий тепло вентиляционного или наружного воздуха, этот теплонасос схож по схеме работы на кондиционер «охлаждение/обогрев», но с приоритетом работы на отопление. Это недорогой тепловой насос, популярная в Европе и Украине система для сокращения затрат на отопление дома. Кроме того, такие теплонасосы могут быть оборудованы комплектом для подготовки горячей воды и отличаются высокими показателя сезонной энергоэффективности.

Имеются также другие схемы теплонасосных систем:

  • тепловой насос грунт-воздух,
  • тепловой насос рассол-вода,
  • тепловой насос вода-воздух, и другие.

Тепловые насосы используются для нагрева воды для бассейнов или для технологических процессов, во многих промышленных сферах или в строительстве для отопления любых коммерческих объектов.

Преимущества тепловых насосов

  • Инновационные технологии для теплоснабжения, кондиционирования и ГВС, представленные в одном устройстве — тепловом насосе.
  • Экономичность и снижение в несколько раз затрат на отопление и ГВС.
  • Экологическая чистота теплового насоса, нет выбросов CO2 и загрязнений окружающей среды.
  • Пожарная безопасность, не нужен надзор, согласования, постоянный контроль за безопасностью оборудования.
  • Интеллектуальное управление и экономичные режимы работы, контроль микроклимата по датчикам температуры и влажности.
  • Управление разнотемпературными контурами отопления: радиаторами и теплыми полами.
  • Кондиционирование и отопление с тепловыми насосами и фанкойлами.
  • Геотермальный тепловой насос, цена на который высокая, экономически выгодный вариант для отопления нового дома без газа, особенно в условиях ограниченной выделенной для дома мощности электросети.
Выводы

Точно подобрать комплект теплонасосного оборудования, работающий по той или другой схеме, с привязкой к конкретному участку частного дома, учитывающий инженерные системы и планировку строения, могут только высококвалифицированные специалисты. От правильных расчетов зависит и стоимость системы, и ее эффективность, и надежность. Тепловые насосы — инновационные системы со сложным монтажом и интеллектуальным управлением. Для реализации таких проектов в любой точке Украины необходимо обратиться к профессионалам, чтобы выбрать наиболее подходящий по мощности и цене комплект оборудования и подсчитать экономическую выгоду от его внедрения.

Чтобы купить тепловой насос воздух-вода или грунт-вода, стоит принять участие в программе IQ-Energy, это не только гарантирует установку сертифицированного оборудования, но и сократит затраты на установку и покупку теплового насоса на 35%! IQ-Energy – программа от ЕБРР, предложенная для стимулирования внедрения в Украине энергоэффективных проектов в коммунальной сфере.

mycond-heatpump.com.ua

Использование тепловых насосов в мире

Использование низкопотенциального тепла из получение тепловой энергии из альтернативных источников – перспективное направление современной энергетики. Использование тепловых насосов в мире неуклонно растет, как и области применения тепловых насосов.

В этой статье мы рассмотрим общие тенденции в мире и практику применения в отдельных странах. Периодически информация будет обновляться.

Статистика использования тепловых насосов в мире

Теплонасосные технологии известны более 150 лет, но широкое распространение они получили только в последние десятилетия. Основными предпосылками для этого являются:

  • Перспективность возобновляемых источников энергии
  • Повышение стоимости традиционных теплоносителей
  • Борьба с загрязнением окружающей среды
  • Повышение эффективности тепловых насосов
  • Отсутствие негативного воздействия на окружающую среду

Для индивидуального использования наибольшей популярностью пользуются воздушные тепловые насосы благодаря низкой стоимости. Но в промышленных условиях широко распространены геотермальные тепловые насосы.

В странах, окруженных морями, для централизованного отопления создают теплонасосные станции мощностью в десятки и сотни киловатт.

Статистика производства тепловых насосов в миреСтатистика производства тепловых насосов типа грунт-вода и воздух-вода за последние 8 лет.

Из графика выше видно, что уровень продаж тепловых насосов неуклонно растет. По объемам производства установок лидируют США и Китай. Первые – благодаря качеству продукции, вторые – из-за низкой стоимости.

Типы тепловых насосов и их популярность

Есть три основных типа теплонасосных установок:

  • Воздушные;
  • Водяные;
  • Геотермальные (грунтовые).

Воздушные

Эти тепловые насосы популярны ввиду низкой стоимости, но их КПД зависит от температуры воздуха снаружи здания. Установки типа воздух-воздух используются для отопления помещений, а воздух-вода – для отопления и/или ГВС.

Низкая стоимость привела к их широкому применению в жилых домах, владельцы которых редко рассчитывают на долгосрочную перспективу. Они часто используются как вспомогательный источник тепла.

Водяные

Тепловые насосы типа вода-вода или вода-воздух нагревают, соответственно, воду или воздух. Они более эффективны чем воздушные, но для их установки нужен водоем. Стоимость монтажа при этом существенно выше, чем воздушного, но ниже чем геотермального теплового насоса.

В основном используются водяные теплонасосы большой мощности, которые устанавливаются в морях и обеспечивают теплом прибрежные регионы. Реже их устанавливают владельцы частного жилья, многокваритных и промышленных зданий.

Геотермальные (грунтовые)

Монтаж таких установок наиболее дорогой из-за необходимости укладки геотермального поля или бурения скважин. Основною их плюс – устанавливать геотермальный насос можно практически в любой местности.

Последние публикации:

Высокий КПД грунтовых тепловых насосов позволяет использовать низкопотенциальное тепло земли для отопления строений любого типа. Но высокая стоимость приводит к тому, что их чаще устанавливают владельцы жилья большой площади, либо промышленных и производственных зданий.

Укладка поля для геотермального теплового насосаУкладка геотермального поля существенно удорожает стоимость монтажа геотермального теплового насоса.

Особенности использования тепловых насосов в разных странах

Во всем мире реализуются различные программы для поддержки производителей и внедрения теплонасосных технологий.

Госпрограмма в США

В Соединенных Штатах правительство обязало строительные компании устанавливать тепловые насосы в каждой новостройке. Благодаря этому в стране выпускается более 1 млн. установок ежегодно.

На 2017 год более 10% жилых зданий обеспечены тепловыми насосами. Для повышения их энергоэффективности, активно устанавливаются солнечные коллекторы, которые позволяют снизить потребление электроэнергии на 25%.

Тепловые насосы в Норвегии

В этой стране 98% энергопотребления обеспечивается возобновляемыми источниками энергии. Поэтому около 80% домов отапливаются электричеством.

Из всех продающихся в Норвегии отопительных приборов и установок, 90% — воздушные тепловые насосы. Их доля на энергетическом рынке постоянно растет.

Государство субсидирует покупателей воздушных тепловых насосов (за исключением типа воздух-воздух), что позволяет жителям страны сэкономить до 20% стоимости.

Опыт Германии

Немцы традиционно отдают предпочтение индивидуальным источникам тепла, поэтому тепловые насосы здесь популярны. В разных регионах страны действуют программы по поддержанию альтернативной энергетики.

Популярностью среди владельцев жилых домов пользуются тепловые насосы с принципом работы воздух-вода, а владельцы многоквартирных, производственных зданий и коммерческой недвижимости пользуются геотермальными.

Последние публикации:

Тепло из моря в Швеции

Температура Балтийского моря на небольшой глубине не опускается ниже +2 градусов, поэтому в стране действуют несколько крупных тепловых станций. Сама большая мощностью более 300 МВт тепловой энергии обеспечивает отоплением дома Стокгольма. В частных домах, удаленных от побережья, популярные воздушные тепловые насосы.

В Швеции ранее действовала программа субсидий, позволившая снизить энергопотребление страны для отопления более чем наполовину. Сейчас она неактуальна, так как 95% жилых зданий отапливается тепловыми насосами.

Теплонасосная станция в ШвецииТепловой насос вода-вода в Швеции, мощностью 5,7 МВт.

Франция

В стране существует налоговый кредит для таких типов тепловых насосов:

  • Геотермальные – 40%
  • Воздушные – 25%
  • Низкой мощности для ГВС – 40%

Также установлен минимальный коэффициент энергоэффективности COP геотермальных установок >3,4. Кроме этого существуют минимальные нормы производительности воздушных теплонасосов в зависимости от температуры воздуха.

Во Франции существуют отдельные программы от различных организаций, местные и региональные системы поощрения, субсидии и дотации.

Использование тепловых насосов в Японии

После катастрофы на АЭС Фукусима-1 правительство поддерживает развитие и использование альтернативных источников тепловой энергии. В стране действуют программы субсидирования и дотаций.

Самыми популярными являются тепловые насосы типа воздух-вода. Из-за того, что японцы традиционно нагревают воду ночью, когда тариф на электроэнергию ниже дневного, энергоэффективность установок повышается.

Перспективы применения тепловых насосов в мире

Снижение цен на нефть повлияло на другие теплоносители, поэтому спрос на тепловые насосы снизился. Тем не менее, он растет, что стимулирует производство. Во многом это зависит от того, что такие установки можно устанавливать без подключения инфраструктуры, за исключением электросети.

Использование альтернативных источников энергии в комплексе с тепловым насосом позволяет увеличить его КПД. Например, для его работы можно получать электроэнергию от солнечных батарей и ветрогенераторов, а для предварительного подогрева воды использовать солнечные вакуумные или плоские коллекторы.

Последние публикации:

По прогнозам специалистов, рынок тепловых насосов в ближайшие годы будет расти, несмотря на активную разработку новых месторождений ископаемого топлива. Как результат – будет повышаться конкуренция, что приведет к снижению стоимости оборудованя.

Во многих странах второго и третьего мира внедряются государственные программы, которые стимулируют область применения альтернативной энергетики. В итоге это приведет к широкому распространению и увеличению объемов продаж теплонасосных установок.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

vteple.xyz

Тепловые насосы: устройство, принцип действия и виды конструкций

Тепловой насос — это высокотехнологичное устройство, позволяющее использовать тепловую энергию грунта, воздуха и воды для обогрева дома и кондиционирования воздуха. Любая среда с температурой выше 1°С обладает определенным количеством тепловой энергии, которую при должной организации процесса можно эффективно использовать в быту и на производстве.

Потолочные обогреватели встраиваемые и подвесные для потолков всех типов

Подвесные потолочные обогреватели (П профиль)

Встраиваемые потолочные нагреватели для подвесных потолков Армстронг

В России тепловые насосы пока не получили широкого распространения, хотя активно используется оборудование с аналогичным принципом действия — холодильники и кондиционеры. А вот в Швейцарии и других европейских странах отопление зданий с помощью геотермальных тепловых насосов — дело привычное.

Принцип действия и эффективность теплонасосов


Принцип работы такого оборудования базируется на общеизвестном цикле Карно. По сути, тепловой насос — это не что иное, как холодильник наоборот. И устройство, и даже внешний облик этих приспособлений схожи. Разница лишь в том, что холодильник морозит внутри и отдает тепло наружу, а тепловой насос напротив забирает тепло из почвы, воды или воздуха и поставляет его в дом. С его помощью 2/3 энергии, требуемой для отопления, можно получить из природы абсолютно бесплатно, а оставшуюся 1/3 — придется затратить на перекачку жидкости в насосе.

Практика использования тепловых насосов показывает, что их применением позволяет добиться 70% экономии средств, необходимых на обогрев дома, если сравнивать с обычным способом отопления. Устройство собирает тепловую энергию из окружающей среды и поставляет ее в дом, при этом затрачивая на работу 1 кВт энергии, вырабатывая — 3…4 кВт. Выгода очевидна! К тому же на базе данного приспособления можно не только наладить отопление и горячее водоснабжение в доме, но и обеспечить кондиционирование — нагрев и охлаждение воздуха в помещениях.

Устройство и суть работы теплонасоса

Внутренний контур устройства состоит из:

  • конденсатора;
  • испарителя;
  • капилляра;
  • сетевого компрессора;
  • управляющего терморегулятора;
  • хладагента.


Мы разобрались, что принцип действия теплового насоса заключатся в сборе низкопотенциальной тепловой энергии и передаче ее теплоносителю с более высокой температурой. По сути, происходит следующее:

    • в трубопровод, расположенный в грунте (воде, воздухе), поступает теплоноситель и подогревается;
    • попадая в теплообменник (испаритель), теплоноситель передает накопленную энергию на внутренний контур системы;
    • хладагент, нагреваясь в испарителе, преобразуется в газ, а затем, попадая в компрессор, сжимается под высоким давлением, при этом его температура повышается еще сильнее;
    • нагретый газ попадает в конденсатор и передает тепло теплоносителю отопительной системы;

после чего остуженный хладагент в жидком виде поступает обратно в систему.

Как видно, суть работы теплонасоса проста, при этом эффективность его использования высока.

Типы тепловых насосов

Нас окружают разные природные среды, поэтому существуют насосы, способные черпать тепловую энергию из разных источников. Различают несколько типов оборудования:

  • «грунт-вода»;
  • «вода-вода»;
  • «вода-воздух»;
  • «воздух-воздух»;

Каждая конструкция имеет свои уникальные особенности:

1. «Грунт-вода»

Получение тепловой энергии из грунта считается наиболее эффективным для данного вида альтернативного отопления. Уже в 5 метрах от поверхности земли температура почвы достаточно постоянна и практически не подвержена изменениям погоды. В насосе, работающем по принципу «грунт-вода», используются теплопроводящие зонды. Теплоносителем выступает специальная жидкость — рассол, имеющий экологически безопасный состав. Контур насоса выполняется из прочных пластиковых труб, которые могут быть размещены вертикально или горизонтально.

Вертикальное размещение предполагает использование скважин (50…150м) и специальных глубинных зондов, так как температура глубоко под землей всегда выше и устойчивее, чем на поверхности. Второй способ размещения контура рассчитан на горизонтальную закладку труб недалеко от поверхности, но на приличной площади (25…50 м²/1 кВт). При этом земля, отведенная под контур коллектора, становится непригодной для сельскохозяйственного использования. На этой площади можно лишь разбить газон или клумбу. Поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается вертикальному контуру.

2. «Вода-вода»


Благодаря относительной стабильности температуры воды на большой глубине использование тепловых насосов данного типа весьма эффективно. Источником рассеянной тепловой энергии могут выступать открытые водоемы, грунтовые и промышленные сточные воды. Конструктивно насос «вода-вода» подобен устройству первого типа. Наименее затратным считается сооружение приспособления, черпающего энергию из открытого водоема. В таком случае трубы с теплоносителем, снабженные утяжелителем, просто погружаются в воду на необходимую глубину. Может потребоваться также организация водосборного колодца.

3. «Воздух-вода»


Несколько менее эффективный тип теплового насоса, чем первые два, но универсальный и простой в монтаже. Для его установки не потребуется производить сложные земляные работы, оборудование можно разместить прямо на крыше здания. Его преимуществом является возможность повторного использования тепла, покидающего обогреваемые помещения. Для компенсации недостатка мощности зимой обычно предусматривается альтернативное отопление.

4. «Воздух-воздух»

Победитель в соотношении «затраты-эффективность», так как не требует произведения сложных работ по созданию традиционной отопительной системы. Тепловой насос такого типа работает как перевернутый кондиционер: отбирает тепловую энергию у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, а затем отдает ее в дом. Как бы абсурдно это не озвучило, но греть дом предлагается за счет холодного уличного воздуха. Ведь, в действительности, даже очень холодный воздух обладает приличным запасом тепловой энергии.

Вариативность и высокая эффективность тепловых насосов привела к их быстрому распространению в развитых странах.

Читайте также:
Тепловые насосы: достоинства, недостатки и перспективы применения в России
Тепловой насос своими руками: особенности сборки системы, окупаемость

Большие встраиваемые потолочные нагреватели для подвесных потолков Армстронг

Инфракрасные потолочные обогреватели для потолков любого типа под заказ

blog.flexyheat.ru

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *