Тепловые насосы - АС ТЕПЛА

Перейти к контенту

Главное меню:

Тепловые насосы

Индивидуальные системы > Источники тепла


Что такое тепловой насос?

Традиционные источники энергии требуют больших финансовых затрат, при этом они близки к истощению. У нас нет другого выбора, и мы вынуждены искать новые источники для тепловой энергии. Одним из самых уникальных источников на сегодня является тепловой насос. Тепловые насосы известны уже давно – это экологически чистый и экономичный способ обогрева дома.

В борьбе за экологически чистую среду по всему миру число тепловых насосов с каждым годом растет. По приблизительным подсчетам установлено около 100 млн. тепловых насосов во всем мире. Тепловые насосы широко распространены в США, Японии и странах Европейского сообщества. В этих странах установлены даже строительные нормы, которые предусматривают обязательное использование тепловых насосов при строительстве новых домов и зданий. В некоторых странах, например, Швеции - 70% отопления составляют именно тепловые насосы.


Тепловые насосы – это будущее в развитии отопления.

С каждым годом требования окружающей среды к более чистым и безопасным источникам энергии повышается. Тепловой насос – экологически чистая и безопасная система отопления. В период разработки основной функцией теплового насоса было кондиционирование холодного воздуха, но теперь его чаще применяют для обогрева жилых помещений, особенно это распространено в Скандинавии.

Принцип работы теплового насоса



C тепловыми насосами каждый из нас знаком с самого детства. Это обыкновенный бытовой холодильник. Холодильник переносит тепло из внутренней камеры на радиатор и мы пользуемся холодом внутри холодильника. Тепловой насос - это холодильник «наоборот». Он переносит рассеянное тепло из окружающей среды в наш дом.
Большинство населения пока не знакомы с понятием "тепловой насос", но постоянно используют тепловые насосы в обычных холодильниках и кондиционерах.  Холодильники и кондиционеры стали настолько надежными, удобными и привычными, что мы перестали обращать внимание на их работу.

Таким же привычным является отопление зданий геотермальными тепловыми насосами, например для жителей Евросоюза. Геотермальный тепловой насос по принципу работы похож на обычный кондиционер реверсивного типа ( отопление и охлаждение). В отличие от кондиционеров, геотермальный тепловой насос адаптирован для работы при любых погодных условиях и минусовых температурах. Главная проблема кондиционеров - уменьшение производительности и остановка кондиционеров при минусовых температурах, когда отопление наиболее важно. Эта проблема решена в геотермальных тепловых насосов. Тепловой насос следует рассматривать как любое другое отопительное устройство, которое используется для производства тепла, и в отношении которого действуют все законы, касающиеся энергии. Как и у каждого спсоба отопления, у теплового насоса есть свои особенности, сильные и слабые стороны. Теплотехнические расчёты у всех способов получения тепла одинаковые. Правила термодинамики действуют как при дровяном печном отоплении, так и при управляемой через Интернет геотермальной климатической установке.

Технические подробности работы тепловых насосов:

Принцип работы основного элемента теплового насоса – фреонового компрессора отображен в цикле Карно, опубликованном в 1824 г. Практическую теплонасосную систему предложил лорд Кельвин в 1852 г. под названием "умножитель тепла".


В соответствии с изображенным принципом действия, тепловой насос берет тепловую энергию из одного места, « сжимает» ее, и отдает в другое место.
Принцип действия геотермального теплового насоса основан на сборе тепла из почвы или воды, и передаче в систему отопления здания. Для сбора тепла незамерзающая жидкость течет по трубе, расположенной в почве или водоеме возле здания, к тепловому насосу. Тепловой насос, подобно холодильнику, охлаждает жидкость (отбирает тепло), при этом жидкость охлаждается приблизительно на 5 °С. Жидкость снова течет по трубе в наружном грунте или воде, восстанавливает свою температуру, и снова поступает к тепловому насосу. Отобранное тепловым насосом тепло передается системе отопления и/или на подогрев горячей воды.
Возможно отбирать тепло у подземной воды - подземная вода с температурой около 10 °С подается из скважины к тепловому насосу, который охлаждает воду до +1...+2°С, и возвращает воду под землю. Тепловая энергия есть у любого предмета с температурой выше минус двести семьдесят три градуса Цельсия - так называемый "абсолютный ноль".
То есть тепловой насос может отобрать тепло у любого предмета - земли, водоема, льда, скалы и т.д. Если же здание, например летом, нужно охлаждать (кондиционировать), то происходит обратный процесс - тепло забирается из здания и сбрасывается в землю (водоем). Тот же тепловой насос может работать зимой на отопление, а летом на охлаждение здания. Очевидно, что тепловой насос может греть воду для горячего бытового водоснабжения, кондиционировать через фанкойлы, греть бассейн, охлаждать, например ледовый каток, подогревать крыши и дорожки от льда...


Источники тепла

Эксплуатация тепловых насосов основана на получении тепловой энергии  из окружающей среды - из воздуха, грунтовых вод и почвы. Это всё является возобновляемыми источниками тепла.

При определенном типе теплового насоса используется соответствующий источник тепла для извлечения тепловой энергии.
Наши эксперты подскажут, какой источник тепла наиболее подходящий для теплового насоса  в соответствующих местных условиях. Такие факторы, как наличие того или иного источнника тепла, тип, размер, и теплоизоляция здания, типа и температуры распределения тепла в доме и т.д. - играют решающую роль при выборе теплового насоса.


Основной закон: Использование источника тепла с максимально возможным температурным уровнем приводит к достижению максимальных показателей производительности и самых низких эксплутационных расходов.
Иными словами, чем выше температура в источнике тепла для теплового насоса, тем выше его производительность и ниже энергозатраты на производство тепла


Источник тепла - грунтовые воды

Использование тепла воды для обогрева помещений является идеальным вариантом. Подземные воды на достаточной глубине имеют постоянную температуру +8 гр. С - + 12 гр.С, которая обеспечивает тепловой насос необходимым количеством тепла для для оптимального отопления. Тепловые насосы "Вода-Вода" используют тепло грунтовых вод, поверхностных или технологических вод.






Источник тепла - грунтовый коллектор

Земные недра являются бесплатным теплоисточником, поддерживающим одинаковую температуру круглый год. Использование тепла земных недр является экологически чистой, надежной и безопасной технологией. Грунт содержит до 98% солнечной энергии. Даже в холодные зимние дни земля сохраняет тепло, накопленое за год. Этого достаточно для нормального функционирования теплового насоса, который посредством геотермальных зондов получает необходимый источник тепла.  В этих геотермальных зондах циркулирует рабочее тело, которое поглощает тепло земли и передает тепловому насосу. В зависимости от циркулирующего теплоносителя землянного колектора существуют режимы работы прямой геообмен и с промежуточным теплообменником.


Прямой геообмен

В случае прямого геообмена, коллектор укладывается горизонтально, рабочее тело - хладагент R407, циркулирующий в коллекторе, получает тепло с грунта и передает его тепловому насосу. Промежуточный теплообменник отсутствует. Тепловые насосы прямого геообмена имеют низкие эксплуатационные затраты, получая 80% энергии окружающей среды.








Геотермальный коллектор

В системе труб (коллекторов) в теплообменной среде циркулирует специальный антифриз (рассол), который поглощает тепло из грунта и передает тепловому насосу.












Геотремальные коллекторы могут быть следующих типов:
-
Горизонтальный коллектор. При достаточно большом участке наиболее рентабельное решение: установка  на глубине промерзания грунта.
- Вертикальный коллектор. На глубине 15 метров, под поверхностью земли постоянно держится температура в течении всего года, которая ниже 30 метров постоянно увеличивается
- Спиральный коллектор. Для его установки хватает небольшой территории вокруг дома.

Источник тепла - воздух

Если грунт и грунтовые воды не могут быть использованы в качестве источника тепла, то можно получить тепло из окружающего нас воздуха.











Этот источник можно использовать как для добавления теплового насоса к существующему отоплению, так и для двухвалентной системы отопления. Безупречная работа возможна даже при -18 гр. С

Преимущества: нет воздуховодов, очень тихая работа, долгий срок службы и более экономичен, чем аналогичные установки.




Расчет горизонтального коллектора
Теплосъем с горизонтального коллектора зависит от глубины его укладки, качества грунта, наличия грунтовых вод и некоторых других параметров. В предварительных расчетах принимают величину 20 Вт/м, а конкретно по грунтам показатели таковы:
сухой песок – 10 Вт/м,
сухая глина – 20 Вт/м,
влажная глина – 25 Вт/м,
глина с большим содержанием воды – 35 Вт/м.

Расчет вертикального коллектора
Вертикальный геотермальный зонд размещается в специально пробуренной скважине, в которую погружаются U-образные металло-пластиковые или пластиковые трубы. Как правило, в одну скважину вставляется две петли, после чего она заливается бентонитовым раствором. Расстояние между скважинами должно быть от 1,5 до 6 м.
Глубина скважины определяется расчетом. Вместо одной большой скважины, для которой может потребоваться разрешение природоохранных организаций, бурят несколько неглубоких. В целом вертикальный зонд обходится гораздо дороже, чем горизонтальный коллектор, но если участок небольшой, альтернативы бурению нет.
Для предварительных расчетов удельный теплосъем в среднем принимают равным 50 Вт/м, но конкретные показатели по виду грунтов выглядят так
сухие осадочные породы – 20 Вт/м;
каменистая почва и насыщенные водой осадочные породы – 50 Вт/м;
каменные породы с высокой теплопроводностью – 70 Вт/м;
подземные воды – 80 Вт/м.
Подбор диаметров труб проводится исходя из потерь давления для требуемого расхода теплоносителя.
За информацией о геологии необходимо обращаться к специализированным компаниям, занимающимся бурением.




 
Назад к содержимому | Назад к главному меню