Схема отопления тепловым насосом

Тепловой насос

Тепловой отопительный насос реализует в работе классическую схему холодильной установки. Схема работы теплового насоса для отопления основана на двух базовых процессах, реализующих теплопередачу – испарении и конденсации. Альтернативное отопление этого вида актуально для регионов с ограниченным доступом к топливу и энергоносителям.

Принцип работы устройства теплового насоса

Принцип и схема работы теплового насоса

В своей работе комплекс реализует отбор и передачу тепла от следующих сторонних источников теплоты малого теплосодержания и потенциала:

  1. Слои почвы;
  2. Водоемы;
  3. Потоки, пласты грунтовых вод;
  4. Окружающий воздух.

Перечисленные источники приобретают теплоту от излучения Солнца и раскаленного внутреннего ядра планеты. Солнечное тепло частично отражается и рассеивается, но до 45 % лучистой энергии поглощается поверхностью Земли. При низких температурах воздуха в зимний период года поверхностный слой теряет свое тепло, но расположенные немного глубже пласты грунта и воды сохраняют приобретенное тепло.

Для климатических зон России глубина точки промерзания (потери теплоты) имеет следующие средние значения:

  1. Южные регионы: 0,6 – 1,0 м;
  2. Средняя полоса: 1,0 – 1,8 м;
  3. Северные регионы и Заполярье – от 1,8 до 2,5 метров.

Наружная сеть теплового насоса собирает тепло от источников, передает его в устройство теплового насоса, где за счет использования физических процессов увеличивает его потенциал. Полученный с помощью процессов испарения, конденсации, сжатия хладагента объем теплоты передается на нужды отопления и горячего водоснабжения.

На реализацию процесса затрачивается некоторое количество электрической энергии. Она необходима для циркуляции теплоносителя, работы компрессора, вентилятора.

В летнее время тепловой насос, реализуя свой принцип работы, может забирать тепло из помещений и отдавать его в окружающую среду.

Конструкция теплового насоса

Конструкция теплового насоса

В состав комплекса теплового насоса отопления входят следующие основные устройства и элементы:

  1. Наружная сеть сбора тепла;
  2. Испарительный теплообменный аппарат;
  3. Компрессорная установка;
  4. Теплообменник конденсатор;
  5. Дроссельный клапан;
  6. Внутренний комплекс передачи тепла.

Наружная сеть погружена в источник теплоты и заполнена незамерзающим теплоносителем. В его качестве чаще всего используется раствор поваренной соли. Теплоноситель циркулирует по обширной сети контура, приобретает тепло, перемещает его в испаритель. В испарителе он разогревает хладагент на 5 – 8 градусов Цельсия. Хладагент в силу своих физических свойств (низкая величина температуры кипения) испаряется и покидает теплообменный аппарат.

Далее газообразный хладагент сжимается компрессорной установкой, температура его повышается пропорционально давлению. Затем газ поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется теплоносителем внутренней системы отопления и ГВС. При этом выделяется большое количество теплоты конденсации, теплоноситель нагревается и поступает в радиаторы отопления, бойлер горячего водоснабжения.

Сконденсировавшийся хладагент стекает в нижнюю часть теплообменника конденсатора, проходит дроссельную заслонку. В процессе дросселирования хладагент сильно расширяется, снижается его температура и избыточное давление.

В итоге цикл замыкается в испарительном аппарате – хладагент вновь нагревается и транспортирует тепло в конденсатор.

Виды тепловых насосов

По источнику сбора тепла выделяют следующие виды тепловых насосных агрегатов;

  1. Грунт – вода;
  2. Вода – вода;
  3. Вода – воздух;
  4. Воздух – воздух.

 Первый вариант  устройства – наиболее распространенный. Это обусловлено отсутствием водоемов, глубоким залеганием грунтовых вод, грунт же присутствует везде. Внешний контур выполняется из полимерных труб, укладывается двумя способами. При горизонтальном размещении сеть трубопроводов укладывают на площади до 50 квадратных метров на глубину, превышающую точку промерзания грунта. При вертикальном расположении труб они монтируются в шурфы до 100 метров глубиной. Собранное тепло передается теплоносителю водяного отопления.

 Второй вариан т реализуется расположением контура сбора тепла в водоемах или скважинах грунтовых вод. Эффективность его несколько ниже, применение обусловлено наличием водного источника теплоты сниженного потенциала.

Конфигурацией теплового насоса типа «вода источника – вода системы отопления» является модель «вода – воздух». В этом случае тепловой поток передается системе воздушного отопления объекта – воздух нагревается в калорифере приточной установки вентиляции, распределяется по отдельным помещениям через воздуховоды.

 Последний вид  насоса отопления – система «воздух – воздух». Эта конфигурация встречается реже других. Причиной этого является низкая температура окружающего воздуха, модель может реализовать свой принцип работы в южных регионах в весенний (осенний) период.

Анализ эффективности теплового насоса

Конструкция теплового насоса для обогрева помещений – перспективный вид альтернативного отопления. Способ отопления обладает следующими достоинствами:

  1. Энергетическая эффективность;
  2. Экологическая и пожарная безопасность;
  3. Возможность применения в любой климатической зоне;
  4. Относительная экономическая эффективность;
  5. Многофункциональность.

Энергетическая эффективность устройства характеризует показатель затрат энергоносителя на получение единицы теплоты. Он составляет 1 кВт электрической мощности на 4,5 – 5,5 кВт тепловой мощности. Таким показателем не могут похвалиться другие модификации отопления.

Экологическая безопасность обусловлена полной нейтральностью для здоровья человека веществ, используемых в процессе – фреона, водного раствора поваренной соли, воды. Высокая пожарная безопасность гарантируется отсутствием огня, раскаленных поверхностей, взрывоопасных смесей веществ.

Строительство теплового насоса возможно в любых широтах, при этом будет варьироваться коэффициент полезного действия комплекса.

Экономическая эффективность вызвана минимальными затратами на получение тепла реализуемым принципом работы теплового насоса. Тепловой насосный агрегат зимой может выполнять функции комплекса отопления, летом – системы кондиционирования.

Наряду с преимуществами система отопления с теплым насосом в качестве источника теплоты имеет следующие недостатки:

  1. Высокая стоимость;
  2. Большой срок окупаемости;
  3. Сложность управления;
  4. Трудности самостоятельного изготовления.

Высокая стоимость оборудования и материалов обусловлена большим объемом трубопроводов, дороговизной компрессора, теплообменных аппаратов. При укладке и обустройстве внешних контуров сбора тепла потребуются значительные по объему монтажные и строительные работы.

Срок окупаемости финансовых затрат составляет период в 9 – 11 лет. За это время оборудование уже достигает высокой степени износа. Самостоятельное изготовление отдельных высокотехнологических компонентов системы теплового насоса – компрессора, испарителя, конденсатора, заполнение системы фреоном – произвести практически невозможно. Самодельные устройства не дают гарантии эффективности и функционирования комплекса в целом.

Для сооружения комплекса и реализации принципа теплового насоса отопления предварительно нужно произвести оценку эффективности и необходимости применения. В пользу строительства насоса выступают условия недостатка источников энергии классического вида – природного газа, электрической энергии, твердого и жидкого топлива. Сложность устройства, высокая стоимость, длительный срок окупаемости заставляют задуматься, провести качественный анализ перед внедрением этого вида альтернативного источника тепла.

(Просмотров 49 , 4 сегодня)