Тепловой насос

Тепловой насос представляет собой устройство для перевода низкотемпературной энергии в высокотемпературную, и обратно. ТН использует рассеянную в окружающей среде энергию: в земле, воде, воздухе (такое тепло специалисты называют низкопотенциальным).

В отличие от традиционных котлов и генераторов, ТН не нужно никакого топлива. Тепловой насос переносит тепло из одной среды в другую, и потому его совершенно справедливо сравнивают с обыкновенным холодильником. Только работает тепловой насос наоборот. ТН нужны несколько киловатт электроэнергии, а также 3-5 градусов тепла, которые не проблема извлечь насосу из грунта, воды или воздуха в любое время года, даже при отрицательных температурах. ТН преобразует воду или воздух с низкой температурой в воду или воздух с высокой. ТН позволяют использовать теплоноситель с температурой от -4 до +27 °С при работе на обогрев и от +10 до +43 °С при работе на охлаждение. Примерно три четверти необходимой для отопления энергии тепловой насос получает из окружающей среды, для остальной четверти ему нужен в качестве движущей энергии электрический ток. Тепло окружающей среды — тепловая энергия солнца, накопленная в грунте, воде и воздухе — имеется в распоряжении в неограниченных количествах. Также в качестве источников тепла ТН могут использоваться сточные воды, выбросы ТЭЦ и т. д.  ТН реализует обратный термодинамический цикл, отбирая низкопотенциальное тепло у грунта, воздуха или воды. Передача тепла производится хладагентом (фреоном) как в обычном холодильнике, только «наоборот».

Принцип работы теплового насоса

Принцип работы теплового насоса состоит в том, что охлажденный теплоноситель, проходя по трубопроводу, нагревается на несколько градусов, а, проходя через теплообменник, отдает аккумулированное тепло во внутренний контур теплового насоса, заполненного хладагентом. Хладагент (с низкой температурой кипения) в расширителе при низком давлении и температуре -5°С переходит из жидкого состояния в газообразное. Компрессор сжимает хладагент до высокой температуры, горячий газ поступает во второй теплообменник, где происходит передача тепла в систему отопления. Хладагент, охладившись при этом, становится вновь жидкостью, а нагретый теплоноситель внутреннего контура подает тепло потребителю. Так в тепловом насосе происходит отбор тепла от низкопотенциального источника, и его утилизация.

 

Классификация тепловых насосов

Классификация основана на виде природного источника тепла. Если энергия извлекается из воздуха, используются насосы типа «воздух»; если из грунтовых вод — «вода»; а если из земли — «грунт». Конструкция теплового насоса состоит из двух частей: непосредственно «холодильника наоборот», который обычно располагают в отдельном помещении, и системы специальных трубопроводов, которые могут быть либо уложены в грунт горизонтально или вертикально, либо опущены на дно водоема, либо вынесены к специальной установке, где аккумулируется тепло воздуха. Выбор и тип установки зависят от площади участка и состояния грунта, теплоизоляции дома и его характеристик, возможных теплопотерь, анализа потребления электроэнергии и горячей воды.

Воздух является самым доступным источником тепла, но использование системы «воздух» в наших климатических условиях затруднительно, т.к. эффективно она работает лишь при температуре до -15 °С. Использование грунтовых вод обычно связано с хлопотным получением разрешения в соответствующих ведомствах. Кроме того, этот источник не всегда доступен. Поэтому сегодня наибольшее распространение в загородном домостроении получили ТН, добывающие энергию из грунта — отличного аккумулятора тепла, имеющего на глубине от 10 м круглый год относительного одинаковую температуру.

Если участок достаточно большой и на нем можно разместить необходимое количество труб, то эффективным будет использование тепла поверхности земли. В этом случае горизонтальный грунтовой теплообменник устанавливают рядом с домом на небольшой глубине (обычно 1-3 метра, но ниже уровня промерзания грунта в зимнее время). При этом не рекомендуется высаживать на этой территории деревья с мощной корневой системой, потому что они могут повредить трубы. Лучше на этом месте устроить газон или  детскую площадку, установить беседку или альпийскую горку. В случае, если участок сравнительно невелик, то самой эффективной будет скважина и вертикальные грунтовые теплообменники. Они позволяют использовать низкопотенциальную тепловую энергию грунтового массива, лежащего ниже «нейтральной зоны» (10-20 м от уровня земли и глубже). Системы с вертикальными грунтовыми теплообменниками не требуют участков большой площади и не зависят от интенсивности солнечной радиации, падающей на поверхность. Если места у дома совсем немного, то можно установить систему «воздух». А если рядом с домом есть река или водоем, то лучше всего будет система «вода».

Достоинства и недостатки тепловых насосов

✓ Оборудование компактно, работает тихо

✔ Установка, расположена в специальном помещении, не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, занимает немного места

✔ Система работает в автоматическом режиме. Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы

✔ Ежегодные расходы на геотермальное отопление в 4-6 раз меньше по сравнению с традиционными котлами и печами

✔ Срок окупаемости оборудования в среднем 3-8 лет (в зависимости от площади дома и эксплуатационных условий)

✔ Срок службы до капитального ремонта не менее 20 лет

✔ Установки даже высокой мощности безопасны, так как не связаны с горючими, взрывоопасными материалами

 Большая стоимость установленного оборудования

 Необходимость сложного и дорогого монтажа внешних подземных или подводных теплообменных контуров.

 Для воздушных тепловых насосов: более низкий коэффициент преобразования тепла, связанный с низкой температурой кипения хладагента во внешнем «воздушном» испарителе.

 Сравнительно низкая температура нагреваемой воды, в большинстве не более +50°С ÷ +60°С градусов, причем чем выше температура нагреваемой воды, тем меньше эффективность теплового насоса и меньше надежность теплового насоса.

Ресурсы

АССбуд   Википедия

Смотри также

Пассивный дом

Юрий Насонов

создатель аrchi.place, архитектор, практикует генеративный подход к проектированию, модератор 1-й школы Fab Lab Polytech, преподает в СПбГАСУ
Поделиться:
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
 Теги: , , , ,
[wpdreams_rpl]

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *