28. Система опалювання, вентиляції і кондиціювання повітря з тепловим насосом

Майбутні системи опалювання приміщень неодмінно міститимуть тепловий насос. Робота, що витрачається на відведення даної кількості тепла із охолоджуваного приміщення в навколишнє середовище, виражається як функція різниці температур. При перекачуванні тепла в приміщення, що нагрівається, вона збільшується на величину підведеної в циклі роботи. Оскільки затрачена робота прямопропорційна виробленню підведеного тепла на різницю температур і оскільки потік тепла в приміщення, що провітрюється, по суті, пропорційний. Таким чином, економія енергії виявляється вдвічі чутливішою до налаштувань схеми стабілізації температури. В умовах звичайної системи опалення зниження температури в приміщенні по сухому термометру з 21,1 до 18,3°С при температурі навколишнього середовища -1,1 °С дозволить заощадити палива; у системі з

тепловим насосом те ж саме коректування температури повинне дати економію

Термодинамічний ККД. теплового насоса знижується із збільшенням AT, і тому ці насоси не такі поширені в північних районах. Крім того, в умовах холодного клімату з високою вологістю відбувається заростання зовнішньої поверхні теплообміну інеєм.

Регулювання теплового насоса в основному не відрізняється від регулювання будь-якої холодильної машини. На рис. 8.6 представлена схема регулювання теплового насоса, що подає воду з необхідними параметрами в систему кондиціонування повітря. На цьому малюнку показаний один ведучий регулятор. Припускається, що він може збільшити витрата води з необхідними параметрами при зменшенні температури нижче за 18,9°С і при її збільшенні вище за 26,7°С (такий регулятор буде описаний в розд. 8.3.1). Коли всі клапани на лініях подачі до зон води з необхідними параметрами закриті, тобто коли найменший сигнал положення клапана перевершує 55,2кПа, регулятор положення клапана, показаний на рис. 8.6, впустить зовнішнє повітря для охолоджування. Коли один з клапанів зони відкриється повністю при надлишковому тиску 27,6кПа, пневматичне реле запустить

компресор, внаслідок чого температура води підвищуватиметься до тих пір, поки цей клапан не почне закриватися. Друге пневматичне реле зупинить циркуляційний насос для подачі води після закриття всіх клапанів.

Рис. 8.6. ФСА положення клапана .

VPC - регулятор положення клапана; LC - регулятор рівня; PS - пневматичне реле; TS - диференціальний регулятор температури; Т - датчик температури. Всі вказані тиски - надлишкові.

Давач температури зовнішнього повітря керує клапаном перемикання режиму роботи теплового насоса. Коли температура повітря стає нижчим 18,3°С, положення цього клапана, як показано на рисунку, відповідає режиму опалення. Пара холодоагенту прямує в змійовик, що охолоджується водою, і конденсується. Регулятор рівня слідкує за тим, щоб змійовик був повністю заповнений конденсатом, коли течія проходить в іншому напрямі. Отже, він прагне відкрити дросельний клапан, щоб підвищити рівень, але це приводить тільки до зниження останнього. Регулятор рівня у випарнику буде правильно реагувати на підвищення рівня, перекриваючи розширювальний клапан, і тому повинен входити в систему регулювання.

Коли температура зовнішнього повітря досягає 18,3°С, термореле переключає компресор на роботу в режимі охолоджування і блокує жалюзі зовнішнього повітря у відкритому положенні. Після того, як контрольний сигнал будь-якій із зон виявиться нижчим 62кПа, буде запущений рециркуляційний насос подачі води, а жалюзі зовнішнього повітря залишаться відкритими. Коли хоч би один з цих сигналів досягне значення 27,6кПа, буде запущений компресор для охолоджування води. Коли температура зовнішнього повітря досягне 26,7°С, жалюзі повітря автоматично закриються. (Жалюзі можна також закривати по сигналу різниці температур або ентальпій зовнішнього і рециркуляційного повітря, як це було описано раніше).

Застосовуючи дизельний двигун для приводу теплового насоса, можна збільшити ефективність системи. Крім вже розглянутих переваг, тепло, що відводиться від двигуна і міститься в його продуктах згорання, може бути додано до тепла, що "перекачується" компресором. В період постачання холодом вихлопні гази повинні викидатися в атмосферу, тоді як тепло, що віддається двигуном, може все ж таки використовуватися в системі гарячого водопостачання.

До переваг дизельного двигуна відноситься можливість роботи із змінною швидкістю у протилежність описаному раніше компресору з електроприводом, який може бути або ввімкнений, або вимкнений. Система регулювання може бути в основному такою ж, як на рис. 8.6, але доповненою регулятором положення клапана, встановленим на надлишковий тиск 27,6кПа для налаштування регулятора швидкості двигуна.

На рис. 8.7 показана можлива схема регулювання температури двигуна при нагріві води, що надходить в систему гарячого водопостачання. Надлишок тепла подається в повітряний канал, збільшуючи загальну кількість тепла, що підводиться взимку в приміщення. В період охолоджування

повітря з цього каналу за допомогою перемикальних пристроїв повинне скидатися в атмосферу. В умовах помірної погоди системі гарячого водопостачання буде потрібно додаткова кількість тепла.

Рис. 8.7. ФСА теплової машини яка забезпечує нагрів води і додаткове опалення. 1 - ємність гарячої води, 2 - компресор, 3 - двигун, 4 - циркуляційний насос, 5 - триходовий клапан.

Застосування теплового насоса

Теплоємність акумулятора в системі сонячного опалення можна підвищити за допомогою теплового насоса. Коли температура в акумуляторі наближається до кімнатної, регулювання температури за рахунок тепла в баку в звичайних схемах стає неможливим. У цих умовах можна запустити холодильний компресор для перекачування тепла з акумулятора в теплообмінник на лінії подачі води в приміщення.

Компресор вмикається щоразу, коли для регулювання температури вже недостатньо потенціалу акумулятора. Коли температура в акумуляторі починає опускатися нижче температури в

теплообміннику, диференціальний термовимикач припиняє циркуляцію через бак-акумулятор.

Рис.8.15. ФСА пневматичного вимикача на виході регулятора температури води.

TS - диференційний регулятор температури; ТС - регулятор температури; LC - регулятор рівня; -

диференційний термовимикач; PS - пневматичне реле (пневматичний вимикач).

У акумулятор систем сонячного опалення температура води протягом дня може підвищитися до °С. У результаті відведення тепла з акумулятора протягом ночі ця температура може впасти до 37,8 ° С в залежності від погодних умов, розмірів бака-акумулятора, температури в приміщенні тощо. Збільшення розмірів бака, теплова ємність якого перевищує 1 - 2-добову потребу в теплі, може виявитися економічно невигідним. При включенні в схему теплового насоса температуру в акумуляторі можна знизити до 0 ° С і фактично подвоїти теплову ємність системи.

Так як витрата потужності в тепловому насосі залежить від то в тому випадку, коли температура води в акумуляторі близька до кімнатної, буде витрачатися відносно мало енергії. Оскільки ці умови значно ймовірніше умов поблизу точки замерзання, тепловий насос зазвичай працює майже з максимальним к.к.д., а отже, з малими експлуатаційними витратами.

Щоб максимально поліпшити характеристики цієї системи, слід використовувати всі способи економії енергії, які були описані раніше. Схеми стабілізації температури повинні бути відрегульовані на мінімально допустимі значення денної та нічної температури так, щоб звести до мінімуму витрати енергії в тепловому насосі і мінімізувати ймовірність падіння температури води в акумуляторі до 0 ° С, тобто повної розрядки бака. Температуру гарячої води слід підтримувати на мінімальному рівні, що забезпечує задані значення температури в приміщеннях. У багатозональній системі це можна здійснити за допомогою регулятора положення клапана, що реагує на сигнал найбільш відкритого вентиля подачі води.

Ця система в північних районах, ймовірно, має максимальні економічні показники. Єдиним поліпшенням може бути використання в якості приводу дизельного двигуна і утилізація при цьому теплових втрат двигуна і тепла відпрацьованих газів. Тепловий насос можна також застосовувати для кондиціонування повітря, а водяні акумулюючі ємності великих розмірів можуть ефективно згладжувати добові зміни теплового потоку.