|
|
 Рис.1. Принципиальная схема системы отопления жилого дома с применением теплового насоса.
Принцип действия теплового насоса (Рис.1) аналогичен принципу действия холодильника, разница лишь в том, что в случае теплового насоса аккумулируется не холод, а тепло. Тепловой насос имеет четыре основных элемента: испаритель, компрессор, конденсатор и сбросной клапан. В испарителе хладагент нагревается до температуры 6-8оС отобранной из окружающей среды (от земли, воды, воздуха), закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором и при росте давления температура хладагента поднимается до 35-65оС. Эта температура отдается через теплообменник конденсатора рабочей жидкости отопительного контура и хладагент обратно конденсируется. Сбросной клапан сбрасывает давление в конденсаторе перепуская хладагент в испаритель. Цикл замыкается.
ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА И ВАРИАНТЫ УСТАНОВКИ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
Для рационального использования тепла из окружающей среды в распоряжении имеются такие источники тепла, как грунт, вода и воздух. Все они аккумулируют солнечную энергию, так что вместе с ними косвенно используется солнечная энергия.
Для практического использования этих источников тепла следует учитывать следующие критерии:
достаточная доступность,
как можно более высокая накопительная способность,
как можно более высокий температурный уровень,
достаточная регенерация,
выгодная в финансовом плане разработка,
небольшие расходы на техобслуживание.
Вариант установки - РАССОЛ/ВОДА
Источник тепла - грунт
Доступность:****
Эффективность:****
Грунт аккумулирует солнечную энергию. Эта энергия воспринимается грунтом либо непосредственно в форме солнечной радиации, либо косвенно в форме тепла, получаемого от дождя или из воздуха. Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведет к относительно равномерному уровню температуры источника тепла на протяжении всего года, это обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким коэффициентом мощности (к.п.д.).
Аккумулированное грунтом тепло передается вместе со смесью из воды и антифриза (рассолом), точка замерзания которой должна находиться примерно на уровне -15 °С (необходимо придерживаться данных изготовителя), через горизонтально проложенные грунтовые теплообменники (которые также называются грунтовыми коллекторами) или через вертикально расположенные теплообменники, так называемые грунтовые зонды. В Северо-Западном регионе использование горизонтальных грунтовых коллекторов недопустимо, т.к. глубина промерзания грунта достигает 1.8 метра. Поэтому единственным приемлемым вариантом остаются вертикальные грунтовые зонды. Подобные установки, как правило, эксплуатируются моновалентно.
 Тепловой насос представляет эффективную замену котлу на жидком, газовом топливе или электрическому отоплению. Для хорошо спроектированного и построенного дома площадью 180 м2 необходимо 10-12 кВт тепловой энергии, которую можно получить опустив 2 зонда в землю на глубину 100 м., для этого необходим участок земли размером 6 х 6 м. Рис.3. Грунтовый коллектор Вариант установки - ВОДА/ВОДА
Источник тепла - грунтовые воды
Доступность:**
Эффективность:****
Грунтовые воды - хороший аккумулятор солнечного тепла. Даже в холодные зимние дни они сохраняют постоянную положительную температуру. В этом их преимущество. По причине неизменного температурного уровня источника тепла коэффициент мощности теплового насоса остается высоким в течение всего года. К сожалению, не везде имеется достаточное количество грунтовых вод надлежащего качества. Но там, где выполняются необходимые условия, грунтовые воды стоит использовать.
В Северо-Западном регионе грунтовые воды залегают на большой глубине и имеют довольно низкую температуру, всего +5,5 °С. В связи с этим использование грунтовых вод в нашем регионе практически не возможно.
В случае грунтовых вод, не содержащих кислорода, и с высоким содержанием железа и марганца колодцы могут разрушаться. В этих случаях нельзя допускать контакта грунтовых вод с окружающим воздухом, или необходимо соответствующим образом обработать воду.
На использование грунтовых вод должно быть получено разрешение соответствующего ведомства (обычно службы госводонадзора). Для использования тепла необходимо построить подающий колодец и водопоглощающий или инфильтрационный колодец.
Для работы тепловых насосов при определенных условиях могут использоваться озера и реки, т.к. они тоже выступают в роли аккумуляторов тепла. В этом случае следует предусмотреть промежуточный контур. По вопросам использования воды можно проконсультироваться в службе госводонадзора.
 Вариант установки - ВОЗДУХ/ВОДА
Источник тепла - окружающий воздух
Доступность:*****
Эффективность:**
Тепловые насосы воздух/вода в настоящее время могут эксплуатироваться почти круглый год (до -12°С), однако при низких температурах коэффициент мощности резко уменьшается. Тепловой насос воздух/вода может использоваться в нашем регионе только в бивалентном режиме в сочетании с другим котлом.
Окружающий воздух особенно легко использовать в качестве источника тепла, он имеется везде и в неограниченном количестве. В данном контексте под окружающим воздухом понимается атмосферный воздух. Использование воздуха внутри зданий в качестве источника тепла (отопление) для жилых домов, как правило, исключается. Его использование имеет смысл только в специальных случаях, например, для утилизации тепла отходящих газов на ремесленных предприятиях или в промышленности.
В случае насосов, использующих тепло окружающего воздуха, расчет размеров источника тепла задается конструкцией или размером установки. Требуемое количество воздуха подается вентилятором (который встроен в установку) на испаритель через воздушные каналы, при этом происходит охлаждение воздуха.
|
Рис.5. Наружная установка Рис.6. Внутренняя установка Сравнительные характеристики эксплуатационных затрат на отопление и приготовление горячей воды, а также затрат на приобретение, при равных показателях получения тепловой мощности 10,8 кВт/час, приведены на рис.10-15. Из этих сравнительных графиков видно, что тепловой насос представляет эффективную замену котлу на жидком топливе, а также электрическому отоплению. Его преимущества перед другими источниками теплоснабжения неоспоримы и приведены ниже:
1. Экономичность
Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД теплового насоса (от 300% до 700%) и позволяет получить на 1 кВт затраченной электрической энергии 3-7 кВт тепловой энергии. Система требует минимум электроэнергии для поддержания комфортной температуры жилья, а также получения достаточного запаса горячей воды.
Система исключительно долговечна, срок эксплуатации грунтового зонда может достигать 100-150 лет; отопительного контура 100 лет. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью является компрессор, срок службы которого составляет 15 лет, и который можно легко заменить по истечении срока его эксплуатации.
Отсутствие необходимости в закупке, транспортировке, хранении топлива и расходе денежных средств, связанных с этим.
Высвобождение значительной территории, необходимой для размещения котельной, подъездных путей и склада с топливом.
Срок окупаемости оборудования не превышает 7 - 10 отопительных сезонов.
2. Комфорт
Тепловой насос работает устойчиво.
Колебания температуры и влажности в помещении минимальны.
Не требует специальной вентиляции помещений, где происходит нагрев воды и теплоносителя.
Абсолютно взрыво- и пожаробезопасен.
В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкции.
Систему можно диагностировать на расстоянии и вносить корректировки. Для этого необходимо иметь линию Интернет.
Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы.
3. Дизайн
Тепловой насос не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания.
Занимает минимум пространства и о нем станет известно Вашим гостям только, если Вы этого захотите.
4. Экология
Экологически чистый метод отопления и кондиционирования, т.к. не производится эмиссия CO2, NOХ и других выбросов, приводящих к нарушению озонового слоя и кислотным дождям.
Отсутствуют аллергено-опасные выбросы в помещение, т.к. нет сжигаемого топлива и не используются запрещенные хладагенты.
Бережен в отношении к вашему здоровью и окружающей среде. Уже на данный момент тепловые насосы являются более экономичными чем котлы на дизельном топливе или электрическое отопление, а в ближайшем будущем, когда цены на энергоносители сравняются с европейскими они станут бесспорными лидерами и будут превосходить даже газовые котлы (рис.4).
Также можно предположить, что рост цен будет более резким, поскольку природных запасов нефти и газа осталось всего лишь на 40 и 60 лет соответственно.
За 10 лет эксплуатации теплового насоса можно получить экономию, по сравнению с электрическим отоплением, 35 тыс. $, за 15 лет – 60 тыс. $, за 20 лет – 87 тыс. $.
Кроме прямого экономического эффекта, тепловой насос абсолютно экологически безвредный источник теплоснабжения, пожаро- и взрывобезопасен.
Поскольку тепловые насосы не используют в своей работе топливо, то соответственно стоимость их эксплуатации не будет зависеть от изменения цен на энергоносители.
Срок службы тепловых насосов несравнимо больше, чем у классических котельных, а поэтому это вложение в будущее и для следующих поколений.
В России уже сейчас, при сравнительно низких ценах на энергоносители, многие прогрессивные и образованные люди, думающие о будущем, выбирают тепловые насосы для отопления и приготовления горячей воды, делая сознательный вклад в будущее.
|
