Тепловой насос
Принципы работы теплового насоса.
Тепловой насос является геотермальным теплонасосом (грунт-вода, грунт-воздух), предназначен для извлечения тепла из закрытого коллектора в земле, озере или другого водного источника, а также из радиатора обмена вытяжной вентиляции или наружной вентиляционной батареи и конвекторов внутри дома. На рынке представлено несколько различных типов тепловых насосов. Все они базируются на главном принципе: с помощью механической энергии, через компрессор, низкоградусное тепло источника превращается в высокоградусное тепло в доме.
Тепловой насос работает так же, как холодильник. Отличие в том, что тепло забирается при помощи фреона не из продуктов питания, а из земли, и подается тепло не на заднюю стенку холодильника, а в систему отопления помещения.
Работа теплового насоса осуществляется в холодильном контуре (компрессорном цикле).
Тепловой насос состоит:
- Испаритель;
- Компрессор;
- Конденсатор;
- Расширительный клапан;
В контуре теплового насоса циркулирует хладагент (фреон) с низкой температурой кипения. Испарительпредставляет собой пластинчатый теплообменник из нержавеющей стали. Движение жидкостей в нем ведется в противоположных направлениях, чтобы энергия использовалась оптимально. К фреону, содержащемуся виспарителе, подводится тепло окружающей среды, после чего хладагент переходит в газообразное состояние.
В компрессоре происходит сжатие газа и его нагрев в следствие увеличения давления. Втепловых насосах чаще всего применяется спиральный компрессор. Его технология заключается в том, что он имеет внутри себя вставленные одна в другую две спирали, неподвижную и движущуюся. За счет движения, пар хладагента всасывается во внешнюю камеру. При движении спирали, размер этой камеры уменьшается и в ней повышается давление. На рисунке слева показан разрез компрессора. Изображена неподвижная белая спираль, и подвижная красная.
Конденсатор служит для передачи тепловой энергии сжатого фреона контуру отопления дома. В нем происходит охлаждение рабочего тела (фреона). Он представлен таким же теплообменником, как и испаритель.
Расширительный клапан понижает давление фреона, за счет этого он охлаждается до необходимой температуры, чтобы снова поглощать тепло теплоносителя внешнего контура теплонасоса.
Цикл приводится в действие электрическим двигателем. Тепловой насос можно подключить к сети с трехфазным или однофазным питанием.
Электроэнергия затрачивается на запуск насосного цикла и перекачивание жидкости и не используется для прямого нагрева. В летний период тепловой насос осуществляет охлаждение помещения при помощи фанкойлов.
Тепловой насос "грунт-вода"
Отбор тепла тепловым насосом из внешней среды возможно осуществить за счет закопанного в грунт, спущенного в скважины или на дно водоема внешнего контура с незамерзающей жидкостью.
Грунтовый контур теплового насоса REFKOM представляет собой уложенную в виде спирали ПНД-трубу диаметром 25 или 32 мм на дно траншеи глубиной 1,5 метра, шириной 0,9 м. Длина одной траншеи от 16 до 64 м. Обычно делается несколько траншей. В них раскладываются трубы бухтами по 200 м. Этот вариант укладки внешнего контура геотермального теплового насоса подходит для домов с достаточно большим участком земли. Мощность отбора тепла зависит от типа почвы. Чем влажнее грунт, тем больше тепла из него можно забрать благодаря повышенной теплопроводности и хорошему контакту почвы с трубами. Высокое содержание гравия в грунте снижает показатели эффективности. В среднем считается, что с 1 кв.м можно получить 20 Вт тепла.
На месте укладки грунтового контура не рекомендуется сажать деревья с глубокой корневой системой, т.к. она может быть подморожена. Кустарники и травянистые растения имеют не такую глубокую корневую систему, поэтому они спокойно могут расти в области укладки труб. При правильных расчетах длины трубопровода грунтового контура, промораживание грунта не значительное.
За отопительный сезон земля отдает свое тепло, а в летний период отогревается за счет солнечной энергии и тепла выпавших осадков. К тому же скорость отогрева внешнего контура теплонасоса можно увеличить, если подключить к тепловому насосу дополнительную функцию кондиционирования. Так земляная прохлада за счет того же контура будет передаваться в дом забирая излишнее тепло из дома и перенося его обратно в землю. Укладка должна производиться вручную и обеспечивать соприкосновение с увлажненной землей. Если длина шланга превышает 500 м, то такой шланг разрезается на несколько частей.
Контур может быть также уложен в воду. В этом случае водный контур функционирует так же, как и грунтовый контур, но в водоеме. Шланговая система закрепляется на дне с помощью груза. В шланге циркулирует жидкость, которая переносит тепло к тепловому насосу. При данном методе используется также ПНД-труба 32х2.0 мм, и количество отбираемого тепла берется из расчета 100 Вт с погонного метра трубы.
Геотермальный скважинный зонд теплового насоса REFKOM (вертикальная укладка контура) используется там, где есть ограниченность в земельном участке. Этот способ зарекомендовал себя как надежный и эффективный.
В недрах земли поддерживается стабильная температура круглый год. При расчете общей длины скважин считается, что один метр скважины дает 50 Вт тепловой энергии.
Геотермальный скважинный зонд теплового насосапредставляет собой две или четыре ПНД-трубы диаметром 40 или 32 мм, объединенные на конце U-образным наконечником. Трубы контура спускаются в скважину диаметром 132 мм на всю глубину. Контур изготовлен из пластмассовых труб, которые заполняются жидкостью, теплоносителем.
Теплоноситель — незамерзающая жидкость — подается из внешнего контура в тепловой насос, где тепло земли отбирается и нагревает теплоноситель внутреннего контура теплонасоса отопления дома.
Жидкость состоит из воды, смешанной с антифризом, например; промышленным спиртом (денатуратом), точка замерзания которого –15°С. Жидкость закачивается в контур, где она получает тепло от земли. Это тепло передается теплонасосом в теплосистему дома. Все трубы внешнего контура сводятся в единый коллектор илигеоколодец, от которого потом в котельную заводятся две трубы диаметром 50 мм.
Тепловой насос "воздух-вода": Домашний вариант теплового насоса способен обеспечить помещение нужной температурой при помощи бесплатного источника тепла - воздухом. В этом случае воздух на улице прогоняется вентилятором через внешний блок теплового насоса, в котором находится испаритель. Это самый дешевый вид теплового насоса, обладающий рядом недостатков. Он очень сильно зависит от температуры окружающего воздуха, соответственно по мере снижения температуры потребность в отоплении увеличивается, однако коэффициент преобразования снижается. Таким образом пропадает возможность получать постоянную тепловую мощность от агрегата. Воздушные тепловые насосы эффективны до температуры -15оС. Поэтому их выгодно использовать в теплое время года. В остальное принято использовать резервный источник тепла (традиционный котел). "Воздушники" могут поглощать сбросовое тепло - теплый воздух, используемый для охлаждения. Он может встраиваться в уже существующие системы отопления, дополняя их.
Тепловой насос "вода-вода": Источником энергии для данного типа теплонасосов являются подземные грунтовые воды, воду водоемов. Температура воды имеет постоянную температуру в течение всего года, которая колеблется от +7°С до +12°С. Для стабильной работы теплового насоса существует одно условие - это достаточное количество перекачиваемой воды, которое зависит от мощности теплового насоса. Качество грунтовых вод немаловажно. Вторым источником тепла для теплового насоса типа "вода-вода" могут являться промышленные стоки, технологическая вода и т.д.
Тепловой насос "воздух-воздух": Тип тепловых насосов "воздух-воздух", в зависимости от конструкции, используют воздух / приточно-вытяжной воздух. Обладают высокопроизводительным радиальным вентилятором, что обеспечивает хорошую вентиляцию помещений с рекуперацией тепла, осушать воздух в помещениях, поддерживать микроклимат.
Тепловой насос "грунт-воздух": Тепловой насос "грунт-воздух" - отбирает тепло из земли и нагревает воздух в системе воздушного обогрева. Ситуация схожа с ситуацей геотермальных тепловых насосов.
Установка теплового насоса:
Существует много различных схем установки тепловых насосов как части отопительной системы. Для конкретных советов по этому поводу обращайтесь непосредственно к производителю. Справа приведена схема установки теплового насоса в комплексе с аккумуляторным баком и электрокотлом.
Размещение теплового насоса в помещении.
Агрегат теплонасоса должен располагаться в вертикальном положении внутри дома, например, в подвале или цокольном этаже. Желательно иметь сливное отверстие в полу рядом с насосом, это облегчает установку и облуживание.
Компрессор теплонасоса дает вибрацию, поэтому не рекомендуется располагать его вблизи спальни или гостиной. Если возможно, поместите агрегат на монолитном бетонном полу. Если насос установлен на более легких перекрытиях, то это может вызвать усиление шума от насоса. Посоветуйтесь с поставщиком о принятии возможных мер в этом случае.
Сегодня тепловые насосы производятся тепловой мощностью от 2 кВт до 1 МВт.
