3.3. Тепловые насосы
http://www.ecoteco.ru/index.php?id=26
Тепловые насосы - современная технология энергосбережения и экономии энергоресурсов, источник получения альтернативной тепловой энергии систем отопления и горячего водоснабжения для коттеджей и производственных помещений.
Принцип действия теплового насоса (рис.33) аналогичен принципу действия холодильника, разница лишь в том, что в случае теплового насоса аккумулируется не холод, а тепло. Тепловой насос имеет четыре основных элемента: испаритель, компрессор, конденсатор и сбросной клапан. В испарителе хладагент нагревается до температуры 6-8оС отобранной из окружающей среды (от земли, воды, воздуха), закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором и при росте давления температура хладагента поднимается до 35-65оС. Эта температура отдается через теплообменник конденсатора рабочей жидкости отопительного контура и хладагент обратно конденсируется. Сбросной клапан сбрасывает давление в конденсаторе перепуская хладагент в испаритель. Цикл замыкается.
Рис. 33. Принципиальная
схема системы отопления жилого дома
с применением теплового насоса.
Источники тепла и варианты установки тепловых насосов. Для рационального использования тепла из окружающей среды в распоряжении имеются такие источники тепла, как грунт, вода и воздух. Все они аккумулируют солнечную энергию, так что вместе с ними косвенно используется солнечная энергия.
Грунт аккумулирует солнечную энергию. Эта энергия воспринимается грунтом либо непосредственно в форме солнечной радиации, либо косвенно в форме тепла, получаемого от дождя или из воздуха. Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведет к относительно равномерному уровню температуры источника тепла на протяжении всего года, это обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким коэффициентом мощности (к.п.д.).
Аккумулированное грунтом тепло передается вместе со смесью из воды и антифриза (рассолом), точка замерзания которой должна находиться примерно на уровне -15 °С (необходимо придерживаться данных изготовителя), через горизонтально проложенные грунтовые теплообменники (которые также называются грунтовыми коллекторами) или через вертикально расположенные теплообменники, так называемые грунтовые зонды (рис. 34-35). В районах с большой глубиной промерзания использование горизонтальных грунтовых коллекторов недопустимо. Поэтому единственным приемлемым вариантом остаются вертикальные грунтовые зонды. Подобные установки, как правило, эксплуатируются моновалентно.
Рис.34.
Грунтовый зонд
Рис.35.
Грунтовый коллектор
Грунтовые воды - хороший аккумулятор солнечного тепла. Даже в холодные зимние дни они сохраняют постоянную положительную температуру. В этом их преимущество. По причине неизменного температурного уровня источника тепла коэффициент мощности теплового насоса остается высоким в течение всего года.
В случае грунтовых вод, не содержащих кислорода, и с высоким содержанием железа и марганца колодцы могут разрушаться. В этих случаях нельзя допускать контакта грунтовых вод с окружающим воздухом, или необходимо соответствующим образом обработать воду.
Для использования тепла необходимо построить подающий колодец и водопоглощающий или инфильтрационный колодец. Для работы тепловых насосов при определенных условиях могут использоваться озера и реки, т.к. они тоже выступают в роли аккумуляторов тепла. В этом случае следует предусмотреть промежуточный контур.
Рис.36.
Скважина
Тепловые насосы воздух/вода в настоящее время могут эксплуатироваться почти круглый год (до -12°С), однако при низких температурах коэффициент мощности резко уменьшается.
Окружающий воздух особенно легко использовать в качестве источника тепла, он имеется везде и в неограниченном количестве. В данном контексте под окружающим воздухом понимается атмосферный воздух. Использование воздуха внутри зданий в качестве источника тепла (отопление) для жилых домов, как правило, исключается. Его использование имеет смысл только в специальных случаях, например, для утилизации тепла отходящих газов на ремесленных предприятиях или в промышленности. В случае насосов, использующих тепло окружающего воздуха, расчет размеров источника тепла задается конструкцией или размером установки. Требуемое количество воздуха подается вентилятором (который встроен в установку) на испаритель через воздушные каналы, при этом происходит охлаждение воздуха.
Рис. 37.
Наружная установка
Рис. 38.
Внутренняя установка
Преимущества тепловых насосов. Тепловой насос представляет эффективную замену котлу на жидком, газовом топливе или электрическому отоплению. Для хорошо спроектированного и построенного дома площадью 180 м2 необходимо 10-12 кВт тепловой энергии, которую можно получить опустив 2 зонда в землю на глубину 100 м., для этого необходим участок земли размером 6х6 м.
Преимущества теплового насоса перед другими источниками теплоснабжения приведены ниже: