Как работает тепловой насос и почему его стоит установить? Работа теплового насоса основана на циклическом изменении физического состояния (жидкость - газ - жидкость - газ) рабочего тела, циркулирующего в замкнутой системе. Он последовательно испаряется, сжимается, конденсируется и расширяется.

Тепловой насос - это устройство, которое использует тепло окружающей среды для обогрева помещений - обычно он собирает его из земли, воды или воздуха и транспортирует в систему отопления. Таким образом, он позволяет вам использовать энергию, за которую вам не нужно платить. Кроме того, тепловой насос не потребляет никакого топлива, не выбрасывает выхлопные газы, а эффект от его работы всего лишь на несколько градусов снижает температуру среды, от которой он получает тепло.Звучит обнадеживающе, не правда ли? Да, но, конечно, должен быть подвох - ничего не дается бесплатно.

Содержание

  1. Как работает система отопления с тепловым насосом
  2. Как работает тепловой насос - как передается тепло?
  3. Как работает геотермальный тепловой насос
  4. Энергия подземных вод
  5. Как работает газовый абсорбционный тепловой насос

Как работает система отопления с тепловым насосом

Во-первых, тепловой насос относительно дорог. К счастью, однако, не настолько, чтобы его нельзя было широко использовать. Вторая проблема – чтобы транспортировать тепло, тепловой насос должен питаться энергией. В общеупотребительных устройствах это электричество – самый дорогой из популярных энергоносителей. Говорят, что тепловому насосу много не нужно и что его эксплуатация очень дешева, но так ли это на самом деле? Ведь от этого зависит рентабельность его использования.

Типичная система отопления с тепловым насосом состоит из 3 основных компонентов:

  • тепловой насос
  • нижний источник тепла
  • верхний источник тепла

Нижним источником тепла может быть установка, позволяющая собирать тепло с земли или из водоема, или устройство, используемое для его получения из воздуха (с вентилятором).

Верхним источником тепла обычно является система его распределения в здании, т.е. установка ЦО и подготовки ГВС (возможна также работа системы в обратном направлении - установка отопления затем становится нижним источником и используется для охлаждения помещений).

Как работает тепловой насос - как передается тепло?

Как возможно, что тепло из более прохладной среды передается в гораздо более теплые помещения?

Устройство, называемое тепловым насосом, используется для передачи тепла от нижнего источника с низкой температурой к верхнему источнику, где температура даже на несколько десятков градусов выше.Это осуществляется с помощью циркулирующего во внутреннем контуре теплового насоса хладагента, представляющего собой жидкость с особыми свойствами. Он подвергается термодинамическим процессам: при низкой температуре испаряется и таким образом поглощает тепло из окружающей среды. Уже в виде газа он сжимается в компрессоре, работающем от электричества, благодаря чему его температура повышается. Он становится настолько высоким, что его достаточно для нагрева воды в системе центрального отопления или нагнетаемого в помещения воздуха. Отдавая тепло, рабочее тело конденсируется и становится жидкостью. Он протекает через дросселирующий элемент, где в результате расширения его температура значительно падает. В таком состоянии он возвращается в теплообменник, где получает тепло из окружающей среды, и весь цикл повторяется.

В самых популярных тепловых насосах, используемых в частных домах, за повышение давления пара отвечает электрический компрессор. Именно его работа позволяет тепловому насосу передавать тепло от среды с более низкой температурой к среде с более высокой температурой (что, как может показаться, противоречит второму закону динамики).Теплообмен между парами хладагента и водой в системе отопления происходит в теплообменнике, называемом конденсатором, потому что эффектом передачи тепла воде является конденсация пара. Хотя перенос тепла между нижним и верхним источником в этот момент заканчивается, в тепловом насосе необходим еще один процесс - понижение давления рабочего тела, благодаря чему его температура падает до более низкого уровня, чем в нижнем источнике тепла , что является условием получения от него тепла. Расширительный клапан отвечает за снижение давления. Электроэнергия нужна для работы компрессора, а также для питания других компонентов системы теплового насоса – контроллера или циркуляционных насосов. Это может вызвать опасения по поводу текущих расходов.

Однако электричество – это только часть энергии, подаваемой насосом в помещения в виде тепла. Остальное нижний источник, а значит бесплатно. Благодаря этому, вне зависимости от меняющихся цен на топливо и энергию, тепловой насос по-прежнему остается одним из самых дешевых в эксплуатации отопительных приборов, а в тандеме с фотовольтаикой его эксплуатация может стоить почти ничего.

Как работает геотермальный тепловой насос

Для тепловых насосов, использующих тепло земли, необходима специальная установка, называемая грунтовым теплообменником, для передачи тепла испарителю насоса. Его делают из гибких труб, укладывая их в землю в одной или двух плоскостях или в виде спирали. Для получения наибольшего тепла теплообменник следует размещать на глубине, где температура грунта самая высокая. В связи с затратностью и рентабельностью инвестиций, он прокладывается лишь немного ниже зоны промерзания грунта (в зависимости от региона Польши от 0,8 до 1,4 м ниже уровня земли).

Количество тепла, которое может быть взято из земли, зависит в первую очередь от физических свойств почвы, особенно от ее влажности, а в некоторой степени и от инсоляции местности. Плотность теплового потока в глинистом грунте достигает более 30 Вт/м2, а в сухом песчаном грунте может достигать 10 Вт/м2, то есть в три раза меньше.Таким образом, площадь теплообменника, необходимая для достижения тепловой мощности 10 кВт, может варьироваться от 330 до даже 1000 м22 Теплообменники, уложенные горизонтально в землю, требуют много места на участке.

Теплообменники в виде вертикальных зондов менее требовательны в этом отношении. Трубы такого теплообменника помещаются в скважины глубиной от нескольких десятков до нескольких сотен метров. Это сложнее горизонтальной укладки труб, требует специализированного оборудования, поэтому стоит дороже. Однако это может оказаться выгодным на участках с очень низким уровнем грунтовых вод, где горизонтальный теплообменник должен был бы иметь очень большую площадь. В качестве приблизительного ориентира можно предположить, что для получения 1 кВт тепловой мощности необходима скважина глубиной 20 м (т.е. целых 200 м при потребности в 10 кВт). Как правило, вместо одной очень глубокой скважины бурят несколько более мелких, расстояние между которыми должно быть не менее 5 м.

Энергия подземных вод

Если потребность в тепле высока, может быть выгоднее получать энергию из подземных или поверхностных вод - их температура зимой колеблется от 0 до 10°С. Энергетические показатели такого решения даже более благоприятны, чем в случае с грунтовыми насосами, но необходимо учитывать дополнительные затраты и проблемы, возникающие в результате загрязнения воды. Его необходимо часто фильтровать и очищать, и даже заменять коррозионно-активные элементы установки. Для достижения 10 кВт требуется более 2 м3/ч воды при температуре 5°C, поэтому ее перекачка потребляет значительное количество энергии, что отрицательно сказывается на эффективности системы.

Как работает газовый абсорбционный тепловой насос

Это особый тип теплового насоса, в котором не используется электрический компрессор для увеличения давления паров рабочего тела. Вместо этого абсорбционный насос имеет систему, называемую тепловым компрессором, состоящую из абсорбера, генератора, насоса для раствора и расширительного элемента.Хладагент представляет собой водный раствор аммиака R717, который имеет низкую температуру кипения и не оказывает негативного воздействия на окружающую среду. После его заполнения система не требует дозаправки. Повышение температуры среды в таком устройстве происходит не за счет работы компрессора, а за счет работы газовой горелки (природный газ или сжиженный газ). Подводимое им к генератору тепло приводит к испарению аммиака из богатого раствора (содержащего много аммиака), а образующийся пар отдает тепло конденсатору, где нагревается вода, питающая систему отопления. Затем хладагент поступает в расширительный клапан, откуда жидкий аммиак низкого давления поступает в испаритель, где поглощает тепло от нижнего источника, которое испаряется. Пары аммиака поглощаются бедным раствором аммиака (в абсорбере) и затем с помощью насоса перекачиваются в метантенк. Потребление электроэнергии можно считать незначительным, так как она питает только насос подачи раствора и вентилятор (необходим для извлечения тепла из воздуха).С другой стороны, расход газа ниже, чем у популярных конденсационных котлов на 20-25%. Газоабсорбционные тепловые насосы могут использовать различные виды нижних источников – воздух, грунт, воду и отработанное тепло. Они предназначены для наружной установки, что позволяет избежать расходов и возможных хлопот, связанных с монтажом дымохода, вводом газовой системы в здание и обеспечением необходимой в этом случае вентиляции.

Категория:

Реконструкция