Эффективное использование энергоресурсов приобретает c каждым днем все большую актуальность: потребитель заинтересован сэкономить свой бюджет и позаботиться об окружающей среде, не оставаясь ущербным в комфорте. В европейских странах давно уже внедряются технологии по энергосбережению, программы эффективного использования возобновляемых источников энергии. Одной из самых эффективных систем энергоснабжения на сегодняшний день признаны тепловые насосы. Именно о таких системах и пойдет речь в данной статье.

Тепловой насос - это отопительный прибор преобразующий электрическую энергию в тепловую, в примерном соотношении 1:4-5, т.е. при потреблении 1,0 кВт электроэнергии вырабатывается не меньше 4,0-5,0 кВт тепла.

Принцип работы теплового насоса основан на сжатии хладагента компрессором, как в кондиционере и холодильнике, при котором на испарителе образуется холод, а на конденсаторе тепло - которое и используется для системы отопления, горячего водоснабжения или для подогрева тёплых полов. В случае с тепловым насосом, в качестве холодильной камеры выступает окружающая среда. Таким образом, с помощью теплового насоса, мы нагреваем воду системы отопления за счет охлаждения окружающей среды (под термином охлаждения имеется в виду отбор тепла, так как реально, температуру окружающей среды тепловой насос не понизит).

В качестве источника энергии современные тепловые насосы используют почву, грунтовые воды или воздух, соответственно тепловые насосы делятся на типы "рассол (грунт) - вода", "вода - вода", "воздух-вода".

Основные типы тепловых насосов:

 

Тепловой насос Воздух-воздух.

Тепловой насос типа воздух-воздух состоит из наружного и внутреннего блоков. Наружный- испарительный блок, размещается снаружи здания. Именно с его помощью из наружного воздуха извлекается тепло. Это тепло нагревает хладагент, который вскипает, переходя в газообразное состояние. Затем компрессор сжимает этот газ, значительно повышая его температуру. Тепло сжатого газа передаётся в конденсатор (внутренний блок), который находится внутри помещения. Конденсатор отдаёт тепло воздуху внутри помещения. Этот процесс происходит непрерывно и контролируется автоматически до тех пор, пока не будет достигнута заданная температура в помещении.

 

Преимущества теплового насоса типа воздух-воздух:

- простота конструкции, монтажа и эксплуатации;

- возможность установки практически в любой климатической зоне;

- установка потребует минимального изменения и вмешательства в существующий дизайн;

- имеют наименьшую стоимость и наименьший срок окупаемости, по сравнению с другими типами теплонасосов;

- низкое энергопотребление

- автономность, компактность и бесшумность работы

Недостатки теплового насоса воздух-воздух

Одним из недостатков этих насосов является зависимость величины производительности от колебаний температуры наружного воздуха.

 

Тепловой насос Воздух-вода.

Тепловой насос воздух- вода трансформирует энергию внешней среды в тепло, обогревающее внутреннее пространство. То есть, с помощью этого устройства жилище или строение можно «отапливать» обычным воздухом.

Сплит система во многих случаях предпочтительна, т.к. меры по защите от размораживанию в этой конфигурации минимальны, но есть необходимость дополнительного места для установки внутри здания теплообменного блока. Вторичный контур ориентированы на теплые полы или на батареи отопления, выбранные для низкотемпературного применения. Попутно решается вопрос горячего водоснабжения, а так же охлаждения здания.

Тепловые насосы воздух-вода, в отличие от насосов системы воздух-воздух, способны организовать не только отопление, а также и горячее водоснабжение.

Единственный их недостаток состоит в том, что высокая производительность возможна только тогда, когда температура не опускается ниже -15°С. Поэтому стабильная работа тепловых насосов воздух-воздух, воздух-вода и высокая их производительность достижима только в соответствующих климатических условиях.

 

Тепловой насос Вода-вода.

Источником тепла для таких насосов служат буровые скважины, поверхностные или почвенные воды, а также сбросовая вода от технологических установок. Это тот же чиллер, но только с водяным охлаждением, ориентированный прежде всего на отопление. Существуют реверсивные модели тепловых насосов, вырабатывающие как тепло, так и холод. При такой системе не нужна установка кондиционеров.

Тепловые насосы рассол/вода оснащены всеми предохранительными устройствами и наполнены безопасным хладагентом без содержания хлора (R407С). Они предназначены для использования с температурой воды в системе отопления до макс. 65 °C и температурой рассола не ниже -5 °C. Они оснащены такими высококачественными компонентами как спиральный компрессор, меднопаяными стальными нержавеющими пластинчатыми теплообменниками, качестве конденсатора и испарителя, которые разделяют фреон и теплоноситель.

Преимущества теплового насоса вода-вода - они мало подтверждены влиянием наружной температуры т.к. теплообменник первичного контура расположен в земле, или в воде, где температура стабильная или практически стабильная. Высокая надежность - внутренний фреоновый контур полностью запаян и герметичен. Все оборудование расположено внутри помещения и не подвергается влиянию внешней среды, и здание не портят наружные блоки.

 

Тепловой насос Земля-вода.

К этим типам относятся геотермальные тепловые насосы, в которых исключен теплообменник вода фреон для обогрева или отопления воздуха в помещении, а есть теплообменник земля - фреон по которой циркулирует фреон с одной стороны, а сдругой вода, рассол, проходящая через этот теплообменник и геотермальный зонд. Исключение промежуточного теплообменника улучшает энергоэффективность системы. Энергоэффективность данного теплового насоса к потреблённой электроэнергии составляет не 4,0 как указано в примере выше, а минимум 4,9.

Данный тепловой насос работает в зимнее время на отопление, летом на охлаждение. Установка кондиционеров для охлаждения не нужна. Вопрос горячего водоснабжения решается с помощью другого

источника.

Принцип работы теплового насоса

Работа теплового насоса осуществляется в компрессионно-конденсаторном цикле. Теплоноситель (обычно вода, иногда энергия грунта и воздуха) подается из земли или водоема в тепловой насос, где низко-потенциальное тепло Земли отбирается и передается по системе воздуховодов или трубопроводов к потребителю.

Работа теплового насоса состоит из нескольких стадий (см. схему):

1.Теплоноситель, двигаясь по трубопроводу, проложенному в земле, прогревается на несколько градусов. Затем теплоноситель, попадая в тепловой насос, идет через теплообменник (испаритель), передает тепло, накопленное в окружающей среде, во внутренний контур.

2. Внутренний контур наполнен хладагентом. Это вещество характеризуется крайне низкой температурой кипения. Оно проходит сквозь испаритель и преобразуется из жидкого состояния в газообразное. Это осуществляется в условиях низкой температуры и давления.

3. Газообразный хладагент из испарителя направляется в компрессор, где происходит его сжатие и повышение температуры;

4. Горячий газ проникается в следующий теплообменник (конденсатор). Именно там осуществляется теплообмен между теплым газом и теплоносителем. Хладагент передает собственное тепло в отопительную систему, охлаждается и вновь становится жидкостью. Сразу после этого нагретый теплоноситель (горячая вода в отопительной системе) направляется к отопительным приборам.

5. Во время прохождения хладагента сквозь редукционный клапан – уменьшается давление, хладагент движется в испаритель, и происходит повторение цикла.

Преимущества и недостатки теплового насоса

К главному преимуществу теплового насоса следует отнести экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт·ч тепловой энергии установке необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт·ч электроэнергии. Кроме того, тепловой насос не сжигает топлива и не производит вредных выбросов в атмосферу. Он не требует специальной вентиляции помещений и абсолютно безопасен. .

Еще одним преимуществом тепловых насосов является возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом.

Тепловой насос надежен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.

Важной особенностью системы является ее сугубо индивидуальный характер для каждого потребителя, который заключается в оптимальном выборе стабильного источника низкопотенциальной энергии, расчете коэффициента преобразования, окупаемости и прочего.

Тепловой насос компактен (его модуль по размерам не превышает обычный холодильник) и практически бесшумен.

Ограничения применимости тепловых насосов

При слишком большой разнице между температурой на улице и в доме, тепловой насос теряет эффективность (предел применимости в системах отопления домов за счёт откачки тепла от наружного воздуха — около ?15-20°С). Для решения этой проблемы применяются системы откачки тепла из грунта либо грунтовых вод. Для этого в грунте ниже точки промерзания укладываются трубы, в которых циркулирует теплоноситель, либо (в случае обильных грунтовых вод) через оборудование прокачиваются грунтовые воды.