Тепловой насос - это устройство, разработанное для обеспечения низких затрат на отопление. Насосы собирают тепло из окружающей среды - землю, воду или воздух - и подают их в систему центрального отопления и горячего водоснабжения, нагревая воду, возможно, в систему вентиляции, нагревая нагнетаемый в помещения воздух. Для пользователей наиболее важным преимуществом насосов являются низкие эксплуатационные расходы - мы будем больше инвестировать, но сэкономим на отоплении.

Типы тепловых насосов

Те, которые чаще всего используются для отопления дома, могут быть классифицированы в зависимости от способа получения тепла и передачи его в помещения для устройств такого типа:

  • рассол / вода - они собирают тепло от земли с помощью наземного теплообменника, в котором циркулирует трудно замерзающий раствор гликоля (так называемый рассол), опосредуя теплообмен между землей и рабочей средой насоса. Тепло от конденсатора нагревает воду, питающую систему центрального отопления;
  • прямое испарение / вода - наземный теплообменник одновременно является испарителем насоса, поэтому в проложенных в земле трубах циркулирует рабочая среда, которая испаряется в них. Исключая раствор гликоля и дополнительный промежуточный теплообменник в теплообмене, достигается более высокая эффективность системы. Тепло от конденсатора нагревает воду, питающую систему центрального отопления;
  • прямое испарение / прямая конденсация - наземный теплообменник одновременно является испарителем насоса, а система отопления (водяное напольное отопление) является конденсатором. Ни в наземном теплообменнике, ни в отопительной системе отсутствует среда, которая обеспечивает теплообмен, благодаря чему эффективность этого насоса самая высокая;
  • вода / вода - насос испарителя нагревается водой из колодца, реки или озера. Тепло от конденсатора нагревает воду, питающую систему центрального отопления;
  • воздух / вода - испаритель насоса нагревается воздухом. Тепло от конденсатора нагревает воду, питающую систему центрального отопления;
  • воздух / воздух - испаритель насоса нагревается воздухом. Тепло от конденсатора нагревает воздух, подаваемый в помещения;
  • вода / воздух - насос испарителя нагревается водой. Тепло от конденсатора нагревает воздух, подаваемый в помещения.

Коэффициент теплопроизводительности (COP)

Эффективность теплового насоса демонстрируется коэффициентом эффективности нагрева (КПД). Это отношение количества тепла, полученного в конденсаторе насоса, к потребляемой движущей энергии. Это зависит не только от конструкции насоса, но, прежде всего, от температуры, которая должна быть получена в приемнике тепла (система отопления), и температуры источника, из которого насос получает тепло. COP = 4 означает, что мы будем получать 4 кВт-ч тепла на каждый киловатт-час электроэнергии, используемой для привода насоса. Этот коэффициент, указанный производителями устройств, сообщает об эффективности, возникающей в определенных условиях - при значениях температуры нижнего и верхнего источников тепла насоса, указанных в стандарте. На практике эти условия меняются, а вместе с ними и эффективность. Для оценки стоимости отопления с помощью теплового насоса более целесообразно использовать коэффициент сезонной эффективности теплового насоса SPF, который определяет отношение количества энергии, выделяемой тепловым насосом, к общему потреблению в течение отопительного сезона.

С какой установкой работает тепловой насос?

Тепловой насос, как и котел, может питать обычные нагреватели. Однако из-за более низкой температуры потока их поверхность нагрева должна быть соответственно больше, чем при работе с обычным источником тепла. Иногда это может вызвать проблемы с поиском места. Их цена также будет соответственно выше. Вместо напольного отопления для взаимодействия с тепловым насосом, очень хорош другой тип низкотемпературного отопления - настенное отопление с использованием труб с водой, встроенной в штукатурку. Эта установка довольно дорогая, но если сравнить ее цену с ценой очень больших радиаторов, соответствующих температуре подачи 35 ° C, выбор может быть благоприятным. Для обеспечения низкотемпературного нагрева с помощью теплового насоса дополнительная система смешивания не требуется, поскольку вода немедленно нагревается до подходящей, не очень высокой температуры.

Сотрудничество теплового насоса с существующей установкой центрального отопления

В старых домах мы обычно имеем дело с установкой центрального радиаторного отопления, адаптированного к параметрам отопления угольной котельной. Радиаторы имеют негабаритные поверхности нагрева, а трубы имеют большие диаметры. Эта ситуация способствует использованию существующей системы отопления для отопления с помощью теплового насоса. Если стены были изолированы в таком отапливаемом здании и были заменены окна, потребность в тепле для покрытия потерь через перегородки и вентиляцию помещений снизилась примерно на 50%. Следовательно, поверхности нагрева радиаторов обычно достаточно для обеспечения требуемой температуры в помещении при параметрах воды для нагрева, достигаемых тепловым насосом. Однако техническое состояние радиаторов и накипи, вызванное частым сезонным сливом и доливом воды из-за утечек из системы (что было нормой в старых установках), может быть проблемой. Он отличается в большинстве зданий, построенных после 1990 года. Они имеют достаточную теплоизоляцию, а их радиаторные установки адаптированы к рабочим параметрам нефтяных или газовых котлов, имеют небольшую водоемкость, трубы малого диаметра и термостатические клапаны. Они не готовы к работе от тепловых насосов.

Наземные, водяные и воздушные тепловые насосы

Принцип работы теплового насоса

Как это возможно, что насос подает горячую воду в систему отопления или подает теплый воздух в помещение, если его источником тепла является вода, почва или воздух с температурой чуть выше 0 ° C?

Чтобы понять это, давайте проследим, что именно происходит во время тепловых насосов рассол / вода или вода / вода. Рассол из грунтового теплообменника или вода из входной скважины (в водяных / водяных насосах) поступает в испаритель насоса. Его температура составляет 5-10 ° C, потому что это максимум, когда грунт ниже 1, 5 м или грунтовые воды зимой.

Для работы насоса необходимо испарить рабочую среду, циркулирующую во внутренней циркуляции насоса. Следовательно, это должна быть жидкость, которая испаряется (кипит) при температуре ниже 5 ° C. В результате теплообмена с рабочей средой температура рассола из наземного теплообменника или воды из скважины снижается на 2-3 ° С. Охлажденный рассол стекает обратно в наземный теплообменник, вода сливается в сливную скважину. Рабочая среда, которая испарилась благодаря теплу, полученному соляным раствором или водой, поступает в компрессор. Там в результате сжатия (то есть повышения давления) его температура повышается до нескольких десятков ° С. Это где питание подается в систему (электричество для привода компрессора). Температура рабочего тела также увеличивается из-за того, что часть этой энергии преобразуется в тепло в результате трения между компонентами компрессора. Уже в виде пара рабочая среда поступает во второй теплообменник - конденсатор. Там он нагревает воду из системы отопления (максимум до 60 ° C) и конденсируется при отводе тепла. Его температура снижается на несколько ° С. Уже в виде жидкости он поступает в расширительный клапан, в котором он расширяется, в результате чего его температура значительно снижается. Из клапана хладагент возвращается в испаритель, и цикл повторяется.

Расходы на отопление

В таблице ниже представлены расходы на отопление различными источниками тепла. Их следует рассматривать как приблизительные, поскольку на них влияют колебания цен на топливо, различия в расходах на электроэнергию и газ в зависимости от места проживания и эффективности отопительной установки. Особенно последняя сумма может оказать существенное влияние на расходы.

Обычно максимальная эффективность, достигнутая устройствами, используется для всех сравнений. Между тем на практике бывает, что она даже на несколько десятков процентов ниже, и это, конечно, делает выработку тепла на несколько десятков процентов дороже! На эффективность работы котлов влияет качество топлива. В случае газа и нефти оно контролируется, поэтому можно считать, что отклонения эффективности от значения, предоставленного производителями, невелики. Мы предположили, что КПД модели котельной составляет 90% для газовых и масляных котлов и 105% для газовых конденсационных котлов. Качество угля или окатышей варьируется, многое зависит также от квалификации курильщика, поэтому вам нужно быть несколько более осторожным в отношении эффективности, достигаемой котлами для этих видов топлива. Мы предположили, что оно составляет 70 и 80% соответственно (это требует большой заботы о чистоте котла). Однако эффективность электрических устройств составила 100%, что, как вы видите, не сильно помогло, потому что отопление с ними является самым дорогим.

Коэффициент эффективности тепловых насосов COP (эквивалентный эффективности котлов) зависит от температуры среды, из которой отводится тепло - земля или воздух. Его значения трудно предсказать (это нестабильно, особенно в случае воздуха). В зависимости от погоды, КПД немного отличается в каждом отопительном сезоне. Мы решили не отдавать предпочтение тепловым насосам, и для расчетов мы приняли КС 3.7 - когда источником тепла является почва, а 2 - когда это воздух (некоторые предполагают, что это даже 5 и 3 соответственно, что на практике очень редко). Таких коэффициентов для всего отопительного сезона все еще трудно достичь при использовании устройств, доступных по умеренной цене. Для наземных насосов они требуют идеальной производительности установки, а для воздушных насосов - тоже не очень суровая зима.

Категория:

Отопление