Тепловой насос для отопления дома принцип работы: Что такое тепловой насос. Принцип работы и стоимость теплового насоса

Содержание

Что такое тепловой насос. Принцип работы и стоимость теплового насоса

Типы тепловых насосов 

  • тепловой насос «грунт-вода»; 
  • тепловой насос «вода-вода»;

Все вышеуказанные виды тепловых насосов в качестве источника энергии для тепла, холода, используют:

  • воздух, окружающий нас;
  • воду из водоемов, или же подземные воды;
  • грунт. 

Устройства тепловых насосов разных типов очень схожи между собой, но есть и некоторые отличия. Например, у воздушного теплового насоса во внешнем блоке будут вентиляторы, которые прогоняют уличный воздух через систему. У грунтового теплового насоса будут трубы, схожие со скважиной, которые вкапываются в грунт, и забирают из него тепло для отопления или кондиционирования в доме. У водяного насоса так же будет скважина, через которую вода забирается в тепловой насос и прогоняется через систему для отопления.

Более детально об особенностях разных видов тепловых насосов читайте в статье Виды тепловых насосов для отопления: виды, преимущества и применение.

Правильно подобрать тепловой насос могут специалисты, которые при расчетах и выборе системы учитывают такие факторы: 

  • Состояние объекта (новое, или же реконструкция)
  • Физическое расположение объекта (для выбора типа теплового насоса – воздушный, водяной или грунтовой)

Рассматривая различия преимуществ одного вида теплового насоса от других, можно сказать, что воздушный тепловой насос считается более универсальным, так как подойдет для многих типов коттеджей и частных домой. Он так же быстро окупится. 

Что касается грунтового теплового насоса – он выглядит более эффективным, однако, такая система дольше окупается из-за стоимости земляных работ (бурения под скважину). В случае, если ваш объект находится вдалеке от комплексных построек, и электричество вам обходится очень дорого, то грунтовой тепловой насос является единственным выходом.

Водяные тепловые насосы применяться в двух случаях: если у вас обилие грунтовых вод (что встречается довольно редко), или же если рядом расположен водоем. Во втором случае, хотим предупредить, что для того чтобы забирать тепло из водоема — нужно использовать специфические теплообменники, которые к тому же довольно часто могут засоряться. Это приведет к уменьшению производительности и дорогому сервисному обслуживанию.

Схема подключения к тепловому насосу различных видов агрегатов для отопления:

 

что такое, как работает воздушный, монтаж, расчет частной системы воздух вода, принцип работы

Для отапливания помещений обычно используется газ или электричество. Однако такой метод отопления обойдётся в кругленькую сумму, поскольку и то, и другое стоят достаточно дорого.

Именно поэтому для отопления частных и загородных домов используются альтернативные источники энергии, а одним из самых популярных методов обогрева является использование тепловых насосов.

Что такое тепловой насос для отопления частного дома? Как работает?

Специальное устройство, которое способно извлекать тепло из окружающей среды называется тепловой насос.

Применяются такие приборы в качестве основного или дополнительного метода обогрева помещений. Некоторые устройства также работают на пассивное охлаждение здания — при этом насос применяется как для летнего охлаждения, так и для зимнего обогрева.

В качестве топлива используется энергия окружающей среды. Такой обогреватель извлекает тепло из воздуха, воды, грунтовых вод и так далее, поэтому это устройство относят к классу возобновляемых источников энергии.

Важно! Для работы таких насосов требуется подключение к электросети.

В состав всех тепловых аппаратов входит испаритель, компрессор, конденсатор и расширительный клапан. В зависимости от источника тепла различают водяные, воздушные и другие устройства. Принцип действия очень похож на принцип работы холодильника (только холодильник выбрасывает горячий воздух, а насос поглощает тепло).

Большинство приспособлений работают как при положительных, так и при отрицательных температурах, однако КПД устройства напрямую зависит от внешних условий (т. е. чем выше температура окружающей среды, тем мощнее будет устройство). В общем случае прибор работает следующий образом:

  1. Тепловой насос вступает в контакт с окружающими условиями. Обычно аппарат извлекает тепло из земли, воздуха или воды (в зависимости от типа устройства).
  2. Внутри прибора установлен специальный испаритель, который заполнен хладагентом.
  3. При контакте с внешней средой хладагент закипает и испаряется.
  4. После этого хладагент в виде пара поступает в компрессор.
  5. Там он сжимается — благодаря этому серьёзно повышается его температура.
  6. После этого разогретый газ поступает в систему отопления, что приводит к нагреванию основного теплоносителя, который и используется для отопления помещений.
  7. Хладагент понемногу охлаждается. В конце он превращается обратно в жидкость.
  8. Потом жидкий хладагент поступает в специальный клапан, который серьёзно понижает его температуру.
  9. В конце хладагент вновь попадает в испаритель, после чего цикл нагрева повторяется.

Фото 1. Принцип работы теплового насоса типа грунт-вода. Синим цветом показан холодный теплоноситель, красным — горячий.

Преимущества:

  • Экологичность. Такие устройства относятся к возобновляемым источникам энергии, которые не загрязняют атмосферу своими выбросами (тогда как в случае использования природного газа образуются вредные парниковые испарения, а для производства электроэнергии часто применяется сжигание угля, из-за чего также загрязняется воздух).
  • Хорошая альтернатива газу. Тепловой насос идеально подойдёт для отопления помещений в случаях, когда использование газа затруднительно по тем или иным причинам (например, когда дом находится вдали ото всех основных инженерных сетей). Насос также выгодно отличается от газового отопления тем, что для установки такого прибора не требуется получать государственное разрешение (но при бурении глубокой скважины его все же придётся получить).
  • Недорогой дополнительный источник тепла. Насос идеально подойдёт в качестве дешёвого вспомогательного источника питания (оптимальный вариант — применение газа зимой и насоса — весной и осенью).

Недостатки:

  1. Тепловые ограничения в случае использования водяных насосов. Все тепловые аппараты хорошо функционируют при положительных температурах, тогда как в случае работы при отрицательных температурах многие насосы перестают работать. В основном это связано с тем, что при этом вода замерзает, что делает невозможным её применение как источника тепла.
  2. Могут появиться проблемы с устройствами, которые в качестве тепла используют воду. Если для нагрева применяется вода, то потребуется найти её стабильный источник. Чаще всего для этого следует пробурить скважину, благодаря чему расходы на монтаж устройства могут возрасти.

Внимание! Насосы обычно стоят в 5—10 раз дороже газового котла, следовательно использование таких приборов в целях экономии в ряде случаев может быть нецелесообразно (чтобы насос окупился, потребуется подождать несколько лет).

Основные разновидности, их принципы работы

Все тепловые насосы отличаются друг от друга по источнику энергии. Основные классы устройств: грунт-вода, вода-вода, воздух-вода и воздух-воздух.

Первое слово указывает на источник тепла, а второе — означает то, во что оно превращается в устройстве.

Например, в случае прибора грунт-вода тепло извлекается из земли, а потом оно преобразуется в горячую воду, которая используется как нагреватель в системе отопления. Ниже мы рассмотрим разновидности тепловых насосов для отопления более подробно.

Грунт-вода

Установки типа грунт-вода добывают тепло прямо из земли с помощью специальных турбин или коллекторов. В качестве источника в данном случае используется земля, которая нагревает фреон. Он нагревает воду, которая находится в баке-конденсаторе. При этом фреон охлаждается и поступает обратно на вход насоса, а разогретая вода используется в качестве теплоносителя в основной системе отопления.

Цикл нагрева жидкости продолжается до тех пор, пока насос получает электричество из сети. Самым затратным, с экономической точки зрения, является метод грунт-вода поскольку для монтажа турбин и коллекторов придётся бурить глубокие скважины или менять расположение грунта на большом участке земли.

Вода-вода

По своим техническим характеристикам насосы типа вода-вода очень похожи на устройства класса грунт-вода с тем лишь отличием, что в качестве первичного источника тепла в данном случае используется не земля, а вода. В качестве источника могут использоваться как подземные воды, так и из различных водоёмов.

Фото 2. Монтаж конструкции для теплового насоса типа вода-вода: в водоём погружаются специальные трубы.

Устройства класса вода-вода значительно дешевле насосов типа грунт-вода, поскольку для их установки не нужно бурить глубокие скважины.

Справка. Для работы водяного насоса достаточно погрузить несколько труб в ближайший водоём, поэтому для его работы не нужно бурить скважины.

Вам также будет интересно:

Воздух-вода

Установки класса воздух-вода получают тепло прямо из окружающей среды. Такие приборы не нуждаются в крупном внешнем коллекторе для сбора тепла, а для нагрева фреона используется обыкновенный уличный воздух. После нагревания фреон отдаёт тепло воде, после чего горячая вода поступает в отопительную систему через трубы. Устройства данного типа довольно дешёвые, поскольку для работы насоса не нужен дорогостоящий коллектор.

Воздушный

Установка класса воздух-воздух тоже получает тепло прямо из окружающей среды, а для её работы также не требуется внешний коллектор. После контакта тёплого воздуха происходит нагрев фреона, затем фреон нагревает воздух в насосе. Потом этот воздух выбрасывается в помещение, что приводит к локальному повышению температуры. Устройства данного типа также являются довольно дешёвыми, поскольку для их работы не требуется установка дорогостоящего коллектора.

Фото 3. Принцип работы теплового насоса воздух-воздух. В отопительные радиаторы поступает теплоноситель с температурой 35 градусов.

Расчёт для систем отопления, таблица

Главным показателем, который показывает мощность того или иного теплового прибора, является параметр КПТ (в англоязычной литературе он известен под аббревиатурой COP). КПТ — коэффициент преобразования тепла, который вычисляется путём деления общей мощности устройства на количество потребляемого электричества за единицу времени. Например, некий насос X потребляет 2 кВт/ч электрической энергии, а вырабатывает при этом 5 кВт/ч тепловой энергии — в таком случае значение КПТ = 5/2 = 2,5.

Коэффициент преобразования большинства устройств находится в пределах от 3 до 7, однако чем выше КПТ, тем дороже будет стоить прибор. Следует также помнить, что значение КПТ зависит от температуры окружающей среды — если она слишком низкая, то значение КПТ начнёт стремиться к 1 (фактически для нагрева теплоносителя используется только электричество, а внешнее тепло принимать участие в обогреве здания не будет).

Фото 4. Таблица с расчетом мощности теплового насоса типа воздух-вода от производителя Sapun.

Применение того или иного насоса должно быть оправдано с инженерной точки зрения. Для покупки прибора сперва производят расчёт теплопотерь здания. Для этого используется следующая формула: КТ = (ОЗ * МТП * КС)/860. Расшифровывается она так:

  • Количество тепла (единицы измерения — кВт/ч).
  • ОЗ — общий объем здания.
  • МТП — максимальный температурный перепад. Для определения этого показателя следует отнять температуру в помещении от уличной температуры. Например, вы хотите, чтобы в помещении температура зимой составляла 20 °C, тогда как на улице она будет находиться рядом с отметкой —10 °C — в таком случае МТП = 20 — (-10) = 30.
  • КС — специальный поправочный коэффициент, который учитывает тип стен. Для деревянных — показатель КС равен 3—4 единицам, для кирпичных стен — 2—3, для кирпичных в два слоя — 1—2, для кирпичных в 2 слоя с утеплителем — 0,5—1.
  • Число 860 — поправочный коэффициент, на который делится итоговое значение, чтобы перевести килокалории в киловатт-часы.

Внимание! Эта формула — приблизительная, поскольку температурный режим здания сильно зависит от его конструктивных особенностей. Поэтому при покупке инженеры рекомендуют покупать отопительный насос «с запасом».

Монтаж теплового насоса

Метод установки прибора зависит от типа и модели устройства, а также от особенностей местности. Давайте рассмотрим пример монтажа простейшего теплового насоса класса земля-вода:

  • Сначала проводятся подготовительные работы. На данном этапе происходит замер уровня залегания грунтовых вод, определение мощности электросети и так далее. В конце этапа происходит бурение скважины в соответствии с планом.

Фото 5. Монтаж теплового насоса типа грунт-вода: в заранее вырытые скважины погружаются специальные трубы.

  • После чего в скважины опускаются геотермальные зонды, которые будут извлекать тепло из земли. На этом этапе устанавливается также ещё и испаритель с хладагентом, который будет передавать тепло на компрессор.
  • Теперь его необходимо установить. Обычно прибор ставят в помещении рядом с домом; площадь компрессора обычно составляет менее 1 квадратного метра, поэтому, как правило, такое устройство устанавливают в небольшом помещении.
  • После этого происходит подключение насоса к отопительной сети дома с помощью труб. На завершающем этапе производится тестовый запуск, а в случае обнаружения каких-либо недочётов производится отладка.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором рассказывается о принципах работы теплового насоса для отопления грунт-вода.

Безопасность и экологичность

Тепловой насос — хорошее устройство, которое идеально подойдёт для обогрева здания в качестве вспомогательного источника тепла.

В качестве топлива в таком случае используются ресурсы окружающей среды, поэтому тепловой насос считается возобновляемым источником энергии.

Главные преимущества — безопасность и экологичность, поскольку для эксплуатации не используется сжигание газа или угля.

Такой прибор не навредит человеку и окружающей среде, но использовать его следует с умом, поскольку в ряде случаев применение этого прибора может быть нецелесообразно с инженерной или экономической точки зрения.

Особенности работы тепловых насосов и где рационально их использовать

Тепловые насосы активно применяются в Европе, США и ОАЭ уже более четверти века. Принцип работы этого оборудования основан на преобразовании низкопотенциального тепла природных объектов в высокопотенциальное тепло, используемое для обогрева жилых, офисных и производственных помещений.

Энергия черпается из воздуха, воды или грунта, то есть самовозобновляемых источников, поэтому технология является одной из самых прогрессивных и экологичных.

Главная функция теплового насоса – обогревать дом зимой

Еще во времена СССР в качестве эксперимента по освоению новой технологии создавались отдельные поселки, дома в которых отапливались тепловыми насосами. С тех пор технология сильно усовершенствовалась, однако широкого применения в России так и не получила ввиду высокой стоимости.

Остановимся подробнее на том, как работают тепловые насосы, какими преимуществами обладают и когда их целесообразно использовать.

Как работает тепловой насос?

Принцип работы теплового насоса основан на передаче тепла от менее нагретого объекта к более нагретому с увеличением температуры последнего. Согласно законам физики, любой объект, температура которого выше 0 °K, имеет запас тепловой энергии. Ее можно добыть из объектов окружающей среды посредством их охлаждения, а затем направить на обогрев жилых и рабочих помещений.

Конструктивно тепловой насос состоит из двух частей: наружного блока, собирающего тепло, и внутреннего, который передает это тепло в систему отопления и горячего водоснабжения дома. Для работы компрессора используется электрическая энергия. А показателем эффективности работы оборудования является коэффициент преобразования, который рассчитывается как отношение полученной тепловой энергии к израсходованной электрической.

Принцип работы теплового насоса

Несмотря на экологичность, прогрессивность и удобство систем на базе тепловых насосов, в нашей стране они используются нечасто. И тому есть простое объяснение – наличие более дешевых альтернативных источников энергии. Применение природного газа обходится значительно дешевле, поэтому газовое отопление является традиционным решением обогрева частных домов и коттеджей.

В каких случаях рационально использовать тепловые насосы?

  1. Первый и самый очевидный случай – когда нет возможности провести магистральный газ.

В отдаленных районах, куда не планируется проведение газовой магистрали, применять тепловой насос намного выгоднее, чем электрический обогрев. Система обеспечит и отопление, и горячее водоснабжение, и кондиционирование. Тогда как без нее придется использовать сразу несколько типов оборудования: электрические отопительные приборы (масляные радиаторы, теплый пол или др.), бойлеры и кондиционеры. Затраты электроэнергии будут существенно выше.

  1. Когда площадь отапливаемого помещения не очень большая.

Предположим речь идет о небольшом дачном домике или гостевом коттедже на участке приличного размера, куда нерентабельно проводить газопровод. Установка теплового насоса в этом случае будет самым простым и удобным вариантом решения вопроса с отоплением.

  1. Если важно сделать отопление быстро.

Газовое отопление быстро не сделаешь. Во-первых, к дому нужно подвести газ от магистрального газопровода. Во-вторых, составить рабочий проект и заключить договор с газовой службой. В-третьих, закупить и монтировать оборудование в специально подготовленную котельную. В-четвертых, заполнить систему теплоносителем и выполнить пробный запуск. И только в случае, если все работает по плану, осуществить окончательный запуск. Обычно процесс занимает минимум три месяца.

С помощью теплового насоса организовать отопление в доме небольшой площади можно всего за сутки.

  1. Если не хочется иметь дело с газом.

Есть хозяева, которые хотят организовать экологичный дом с минимумом хлопот. Им не хочется сталкиваться с лицензирующими органами, отдельно выделять помещение под котельную, где должны быть соблюдены требования по притоку и отводу воздуха, площади остекления и т. п. И в целом они считают газовое оборудование рискованным.

Тепловой насос не опаснее холодильника и места занимается столько же. Его можно поставить в любой уголок на кухне, в прихожей или гараже. Нет необходимости в отдельном помещении и других особых условиях. Достаточно подключить его в розетку и теплопровод, и помещение будет обогреваться.

  1. И еще отдельный случай – гористая местность.

Если частный дом находится в горах, возникает сразу несколько проблем: сложно подвести газопровод и невозможно использовать геотермальный тепловой насос. Такой насос предполагает закладывание теплообменников в глубокую скважину, бурение которой в скальной породе – дело сложное и дорогое.

Преимущества тепловых насосов

Закончить статью хотелось бы перечислением преимуществ тепловых насосов:

  • Экономичность. Для получения 1 кВт·ч тепловой энергии обычно затрачивается не более 0,35 кВт·ч электроэнергии.
  • Универсальность. Можно использовать для отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования воздуха в доме.
  • Легкий монтаж. Простые системы «воздух-воздух» и «воздух-вода» монтируются за один день.
  • Простая эксплуатация. Использовать систему не сложнее, чем обычный кондиционер.
  • Минимум требований. Нет дополнительных требований к оборудованию помещения, системе вентиляции, пожарной безопасности и т. д., тепловой насос как обычный бытовой электроприбор – купил, установил, подключил и используешь.
  • Небольшой размер и бесшумная работа. Тепловой насос занимает мало места и работает почти бесшумно, что важно для жилых помещений.

Экологичные, эффективные и простые в монтаже тепловые насосы не зря завоевали в мире большую популярность. В некоторых случаях они являются единственно возможным вариантом организации экономной системы отопления в частном доме.

Принцип действия теплового насоса

Принцип работы теплового насоса

Поделиться ссылкой на статью

Обновлено 16 февраля, 2020

Опубликовано

Принцип работы теплового насоса

Простейший тепловой насос был спроектирован еще в 1852 году и получил название «умножитель тепла». Лорд Кельвин открыл основополагающие принципы действия, которые легли в основу всего современного отопительного оборудования.

Согласно законам физики, тепло передается от нагретого тела к тому, что имеет меньшую температуру. Но, возможен обратный процесс, при условии использования для этого дополнительной энергии.

Немного позже был открыт принцип обратного цикла Карно. Вещество, при испарении, поглощает тепло, а после конденсации на поверхности, отдает его. Именно этот закон лежит в основе холодильников и кондиционеров. Низкотемпературный воздушный теплонасос работает как эти бытовые приборы, только в «обратную сторону».

Основной принцип теплового насоса заключается в аккумулировании низкотемпературного тепла при испарении и дальнейшей отдачи энергии при последующей конденсации. Этот процесс происходит без изменения температуры, если только рабочее тело не будет сжато механически, что приведет к повышению температуры.

Теплонасос функционирует как холодильник, только наоборот: холодильник переносит тепло изнутри во вне, в то время как тепловой насос переносит тепло из окружающей среды вовнутрь. Природное тепло теплоносителя (в роли которого выступает вода или рассол) передается к испарителю. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом (рабочее вещество: фреон, аммиак, метан, пропан и др.), который, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Далее горячий газ поступает в конденсатор, где происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый конденсатор передает тепло в систему отопления.

Первичный контур теплового насоса состоит из элементов, участвующих в получении тепла из внешнего источника – например теплообменника, циркуляционного насоса рассола или воздушного вентилятора, а у водо-водяного теплового насоса еще и промежуточного теплообменника. Вторичный контур включает в себя компоненты, необходимые для преобразования энергии и передачи ее потребителю.

Низкотемпературные воздушные тепловые насосы для отопления дома работают, используя тот же физический принцип, но с большей эффективностью. Как отопление осуществляется на практике?

  • Любое, даже охлажденное тело, имеет потенциальную тепловую энергию. Даже при отрицательной температуре в воздухе содержится определенное количество тепла. При -15°С больше, чем при -25°С. При -5°С еще больше тепла находится в воздухе. Принцип работы воздушного теплового насоса позволяет извлечь то небольшое количество тепловой энергии, которое есть и в зимнее время года в воздухе, и передать его в помещение.
  • В наружном блоке, установленном на улице, расположен змеевик с испарителем. Внутри контура циркулирует фреон – жидкость, которая свободно переходит в газообразное состояние и обратно. Фреон испаряют, при этом поглощается то тепло, которое есть в наружном воздухе даже при отрицательных температурах.
  • Испарившийся газ поступает в компрессор, где создается высокое давление и где фреона нагревается.  Под давлением фреон разогревается и поступает в конденсатор, где он преобразуется в жидкость. При этом выделяется тепло, которое фреон получил при испарении во внешнем блоке от наружного воздуха.
  • Фреон, по замкнутому контуру, обратно возвращается в испаритель, и цикл повторяется.

 

Режимы работы тепловых насосов

В зависимости от характера отопления и необходимости различных температур для отопления, существует выбор типа теплового насоса или его комбинации с другим теплогенератором. По режиму работы выделяют моновалентное, бивалентное и моноэнергетическое использование тепловых насосов:

  • В моновалентном режиме эксплуатации тепловой насос является единственным источником тепла для помещения, включая отопление и горячее водоснабжение. Требуемая максимальная температура подачи в отопительную систему в данном случае должна быть немного ниже максимально возможной температуры подачи теплового насоса.
  • В бивалентном режиме возможна эксплуатация со вторым теплогенератором как в полном параллельном режиме, так и частичном. В этом случае тепловой насос выступает как основной теплогенератор, а более высокую температуру системы отопления обеспечивает дополнительный пиковый котел.
  • В моноэнергетическом режиме вторым теплогенератором выступает установка той же породы — электрическая, т.е. используется электронагревательный котел (или электронагревательная вставка).

Тепловые насосы имеют следующие преимущества по сравнению с традиционными видами отопления:

  • Высокая эффективность. КПД теплового насоса составлет 300-700%, т.е. он поглощает в 3-7 раз меньше электрической энергии, чем выделяет тепла. Например, КПД насоса, представленного на рисунке, составляет 400%.
  • Реверсивность. Тепловой насос может быть использован как кондиционер в летний сезон
  • Экологичность. Cбережение невозобновляемых энергоресурсов и защита окружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 в атмосферу
  • Надежность. минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы, независимость от поставки топочного материала и его качества, защита от перебоев электроэнергии
  • Долговечность. Cрок службы теплового насоса составляет 15-25 лет
  • Безопасность. Не имеет открытого пламени, выхлопов,пожароопасных хранилищ для угля, дров, мазута или солярки; исключена утечка газа или разлив мазута

 

Эта статья прочитана 8159 раз(а)!

Продолжить чтение

Принцип работы теплового насоса.

Отопление дома тепловым насосом.


Система отопления дома на основе теплового насоса – достойная альтернатива «классическим» системам отопления. Что такое тепловой насос и в чем его отличие от традиционных устройств?

На фото:


Технологии будущего

По-европейски. Отопление дома тепловым насосом с каждым годом получает всё большее распространение на Западе. Европейцы ценят его за экологичность, экономичность и безопасность. Кроме того, ставка на возобновляемые источники энергии – это модная тенденция. В нашей стране эти системы отопления редкость, а некоторые домовладельцы даже не подозревают об их существовании. Нет и достаточного числа грамотных специалистов, способных проектировать, монтировать и в дальнейшем обслуживать оборудование. Но ситуация постепенно меняется…

Принцип работы теплового насоса

Холодильник наоборот. Тепловой насос – это устройство для переноса энергии от теплодатчика с низкой температурой (окружающей среды) к теплоприемнику с высокой. Представьте себе холодильник, который не выводит тепло от теплых продуктов наружу, а наоборот, нагнетает из теплый воздух из помещения в холодильную камеру.

Объясняя на пальцах, если холодильник лишить испарительной камеры и «закопать»в холодную землю – мы получим тепловой насос. А если организовать омывание его стенок водой, то нагретая жидкость может подаваться в радиаторы отопления и обогревать дом.

На фото:

Принципиальная схема устройства теплового насоса. Источник тепла&nbsp– подземные воды.

Тепловой насос перекачивает низкопотенциальную тепловую энергию внешних источников в высокопотенциальное тепло для отопления дома. Затратив 1 кВт электроэнергии в приводе насоса, можно получить 3-4 кВт тепловой энергии. Существует три разновидности систем: земля-вода, вода-вода и воздух-вода.

На фото:


Внутреннее устройство насоса и компрессора.

На фото: насос F1245 от фабрики Nibe.

Достоинства тепловых насосов

Безопасность. В системах отопления на базе теплового насоса, в отличие от газового, твердотопливного или дизельного водогрейного котла, не происходит сжигания топлива. А нет горения – нет и опасности возникновения пожара. Не нужно иметь запас горючего, которое может воспламениться по той или иной причине. Потребляемая электрическая мощность оборудования невелика – по сравнению с той, что необходима для работы компрессора, испарителя, циркуляционных насосов и автоматики управления. Поэтому вероятность поражения электрическим током весьма мала. Однако установка устройства защитного отключения в цепи питания теплового насоса – в соответствии с рекомендациями производителей – все равно будет не лишней.

Экологичность. Используя естественные возобновляемые источники тепловой энергии, агрегат не наносит ущерба природе, так как нет выброса продуктов сгорания топлива в атмосферу. В этом его большое преимущество по сравнению, например, с дизельным или твердотопливным котлом.

Экономичность. Большую долю расходов на отопление обычно составляют затраты на покупку горючего – будь то газ, солярка или твердое топливо. При использовании теплового насоса эту статью расходов можно исключить: нуждаясь лишь в малом количестве электроэнергии (чуть большем, чем бытовой холодильник), он является наиболее дешевым в эксплуатации. Но изначальные затраты на установку системы отопления очень велики. Об этом – в следующей статье: «Недостатки тепловых насосов»).

 


В статье использованы изображения vaillant.com, nibe.eu, rosteplocom.ru


Тепловые насосы: устройство, принцип действия и виды конструкций

Тепловой насос — это высокотехнологичное устройство, позволяющее использовать тепловую энергию грунта, воздуха и воды для обогрева дома и кондиционирования воздуха. Любая среда с температурой выше 1°С обладает определенным количеством тепловой энергии, которую при должной организации процесса можно эффективно использовать в быту и на производстве.

Потолочные обогреватели встраиваемые и не стандартные

Греющие накладки для предотвращения обледенения пешеходных зон

Встраиваемые потолочные нагреватели для подвесных потолков Армстронг

В России тепловые насосы пока не получили широкого распространения, хотя активно используется оборудование с аналогичным принципом действия — холодильники и кондиционеры. А вот в Швейцарии и других европейских странах отопление зданий с помощью геотермальных тепловых насосов — дело привычное.

Принцип действия и эффективность теплонасосов

Принцип работы такого оборудования базируется на общеизвестном цикле Карно. По сути, тепловой насос — это не что иное, как холодильник наоборот. И устройство, и даже внешний облик этих приспособлений схожи. Разница лишь в том, что холодильник морозит внутри и отдает тепло наружу, а тепловой насос напротив забирает тепло из почвы, воды или воздуха и поставляет его в дом. С его помощью 2/3 энергии, требуемой для отопления, можно получить из природы абсолютно бесплатно, а оставшуюся 1/3 — придется затратить на перекачку жидкости в насосе.

Практика использования тепловых насосов показывает, что их применением позволяет добиться 70% экономии средств, необходимых на обогрев дома, если сравнивать с обычным способом отопления. Устройство собирает тепловую энергию из окружающей среды и поставляет ее в дом, при этом затрачивая на работу 1 кВт энергии, вырабатывая — 3…4 кВт. Выгода очевидна! К тому же на базе данного приспособления можно не только наладить отопление и горячее водоснабжение в доме, но и обеспечить кондиционирование — нагрев и охлаждение воздуха в помещениях.

Устройство и суть работы теплонасоса

Внутренний контур устройства состоит из:

  • конденсатора;
  • испарителя;
  • капилляра;
  • сетевого компрессора;
  • управляющего терморегулятора;
  • хладагента.

Мы разобрались, что принцип действия теплового насоса заключатся в сборе низкопотенциальной тепловой энергии и передаче ее теплоносителю с более высокой температурой. По сути, происходит следующее:

    • в трубопровод, расположенный в грунте (воде, воздухе), поступает теплоноситель и подогревается;
    • попадая в теплообменник (испаритель), теплоноситель передает накопленную энергию на внутренний контур системы;
    • хладагент, нагреваясь в испарителе, преобразуется в газ, а затем, попадая в компрессор, сжимается под высоким давлением, при этом его температура повышается еще сильнее;
    • нагретый газ попадает в конденсатор и передает тепло теплоносителю отопительной системы;

после чего остуженный хладагент в жидком виде поступает обратно в систему.

Как видно, суть работы теплонасоса проста, при этом эффективность его использования высока.

Типы тепловых насосов

Нас окружают разные природные среды, поэтому существуют насосы, способные черпать тепловую энергию из разных источников. Различают несколько типов оборудования:

  • «грунт-вода»;
  • «вода-вода»;
  • «вода-воздух»;
  • «воздух-воздух»;

Каждая конструкция имеет свои уникальные особенности:

1. «Грунт-вода»

Получение тепловой энергии из грунта считается наиболее эффективным для данного вида альтернативного отопления. Уже в 5 метрах от поверхности земли температура почвы достаточно постоянна и практически не подвержена изменениям погоды. В насосе, работающем по принципу «грунт-вода», используются теплопроводящие зонды. Теплоносителем выступает специальная жидкость — рассол, имеющий экологически безопасный состав. Контур насоса выполняется из прочных пластиковых труб, которые могут быть размещены вертикально или горизонтально.

Вертикальное размещение предполагает использование скважин (50…150м) и специальных глубинных зондов, так как температура глубоко под землей всегда выше и устойчивее, чем на поверхности. Второй способ размещения контура рассчитан на горизонтальную закладку труб недалеко от поверхности, но на приличной площади (25…50 м²/1 кВт). При этом земля, отведенная под контур коллектора, становится непригодной для сельскохозяйственного использования. На этой площади можно лишь разбить газон или клумбу. Поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается вертикальному контуру.

2. «Вода-вода»

Благодаря относительной стабильности температуры воды на большой глубине использование тепловых насосов данного типа весьма эффективно. Источником рассеянной тепловой энергии могут выступать открытые водоемы, грунтовые и промышленные сточные воды. Конструктивно насос «вода-вода» подобен устройству первого типа. Наименее затратным считается сооружение приспособления, черпающего энергию из открытого водоема. В таком случае трубы с теплоносителем, снабженные утяжелителем, просто погружаются в воду на необходимую глубину. Может потребоваться также организация водосборного колодца.

3. «Воздух-вода»

Несколько менее эффективный тип теплового насоса, чем первые два, но универсальный и простой в монтаже. Для его установки не потребуется производить сложные земляные работы, оборудование можно разместить прямо на крыше здания. Его преимуществом является возможность повторного использования тепла, покидающего обогреваемые помещения. Для компенсации недостатка мощности зимой обычно предусматривается альтернативное отопление.

4. «Воздух-воздух»

Победитель в соотношении «затраты-эффективность», так как не требует произведения сложных работ по созданию традиционной отопительной системы. Тепловой насос такого типа работает как перевернутый кондиционер: отбирает тепловую энергию у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, а затем отдает ее в дом. Как бы абсурдно это не озвучило, но греть дом предлагается за счет холодного уличного воздуха. Ведь, в действительности, даже очень холодный воздух обладает приличным запасом тепловой энергии.

Вариативность и высокая эффективность тепловых насосов привела к их быстрому распространению в развитых странах.

Читайте также:
Тепловые насосы: достоинства, недостатки и перспективы применения в России
Тепловой насос своими руками: особенности сборки системы, окупаемость

Большие настенно — потолочные нагреватели промышленные

Инфракрасные потолочные обогреватели для потолков любого типа под заказ

Тепловой насос для отопления дома – принцип работы и эффективность

При невозможности использовать для отопления дома такие источники энергии как газ, уголь, дрова можно использовать альтернативные источники энергии. Отопление дома тепловым насосом задействует при своей работе энергию, взятую из воздуха, грунта, воды.

Принцип действия

Принцип, по которому работает такое устройство, не нов, и взят из работы холодильного оборудования. Холодильник охлаждает пространство внутри, но при этом берет тепло от продуктов, поэтому задняя его стенка всегда горячая, это тепло поступает в жилое пространство. Насос работает также: берет тепло из охлажденного воздуха, воды или грунта.

Основываясь на источники тепла, выделяют следующие виды тепловых насосов для отопления:

  • грунт-вода — тепло извлекается из почвы и подается в отопительную систему с помощью воды;
  • вода-вода — тепло берется из различных водоемов или подземных вод и передается в батареи;
  • вода-воздух — энергия выделяется из воды и распространяется в воздушной системе отопления;
  • воздух-воздух — получает энергию из воздуха.

Для эффективной работы системы отопления источник энергии должен иметь температуру чаще всего от 0 до +100 С, температура воздуха может быть в диапазоне от -5 до +150 С. При работе теплового насоса требуется использование электричества. При использовании воздуха в качестве источника энергии, более затруднительная работа при температуре внешней среды ниже -50 С, так как для этого требуется больший расход электроэнергии, что может стать экономически невыгодно.

Работает насос по следующему принципу: например, берется источник воды с плюсовой температурой, устройство охлаждает ее на несколько градусов, эти градусы попадают в компрессор, где вода сжимается и увеличивается температура. Далее вода попадает в систему отопления, и дом получает тепло.

Установка теплового насоса

Для отопления таким способом требуется создать определенные условия. Для начала необходимо определиться, какой источник энергии будет задействован. Самым оптимальным решением является использование воды. Её можно использовать при наличии высокого уровня грунтовых вод, либо при непосредственном близком расположении проточного водоема.

Схема, поясняющая работу геотермального насоса

Для использования энергии грунта нужно делать достаточно глубокие скважины, что не всегда возможно на участке. Геотермальные тепловые насосы для отопления требуют создания скважин минимальной глубиной 60 м. Это довольно дорогостоящая процедура.

Читайте о геотермальном отоплении — http://kvarremontnik. ru/geotermalnoe-otoplenie-doma-svoimi-rukami/

Для использования энергии воздуха требуется установка оборудования на отрытом пространстве, которое обдувается ветром. Такой тип оборудования лучше использовать в теплом климате, когда зимой температура воздуха редко понижается ниже -50 С.

О конструкции и монтаже

Реализация схемы отопления с тепловым насосом в доме

Устройство состоит из зондов, теплового насоса и системы отопления. Зонды представляют собой большую систему трубопроводов, с помощью которой берется необходимая энергия у источника. Важным в установке является прокладка этих зондов. Отведенная площадь под коллектор обычно превышает площадь  дома.

Поэтому самым оптимальным вариантом отопления загородного дома тепловым насосом является использование энергии водоема. Даже если такой тип обогрева не является основным, но рядом имеется доступный водоем, то целесообразно использовать его для альтернативного варианта обогрева жилых помещений.

Отопление тепловым насосом на данный момент выше в 1,5 раза цены отопления на газ. К тому же, стоимость оборудования высока и окупается только при эксплуатации в несколько десятков лет.

Для работы установки требуется постоянное наличие электричества, что тоже несет некоторые затраты. Но регулярное удорожание традиционных источников энергии требует поиска альтернативных.

Плюсы использования такого оборудования:

  • экологичность;
  • возможность использования в самых удаленных местах;
  • возможность контролировать процесс отопления;
  • функциональность: можно снабжать дом горячей водой, а также использовать установку летом для снижения температуры в доме;
  • безопасность работы.

Принцип действия такого оборудования показан в видео ролике ниже. Обязательно с ним ознакомьтесь. Альтернативная энергия без использования газа с каждым годом будет все более востребованной.

Будем сильно благодарны, если нажмете на кнопки социальных сетей, чтобы поделиться с вашими друзьями этой информацией.

Как работает тепловой насос | Как работают тепловые насосы

Основы теплового насоса

При ответе на вопрос «Как работают тепловые насосы?» следует понимать один очень важный момент. заключается в том, что тепловые насосы не генерируют тепло — они перемещают тепло из одного места в другое. Печь создает тепло, которое распространяется по всему дому, а тепловой насос поглощает тепловую энергию из наружного воздуха (даже при низких температурах) и передает ее воздуху в помещении. В режиме охлаждения тепловой насос и кондиционер функционально идентичны, поглощая тепло из воздуха в помещении и выделяя его через наружный блок.Нажмите здесь для получения дополнительной информации о тепловых насосах и кондиционерах.

При выборе типа системы, которая лучше всего подходит для вашего дома, следует учитывать несколько важных факторов, в том числе размер дома и местный климат. Местный дилер Carrier обладает опытом, позволяющим должным образом оценить ваши конкретные потребности и помочь вам принять правильное решение.

Важные компоненты системы теплового насоса

Типичная система воздушного теплового насоса состоит из двух основных компонентов: наружного блока (который выглядит так же, как наружный блок сплит-системы кондиционирования воздуха) и внутреннего блока обработки воздуха.Как внутренний, так и наружный блок содержат различные важные подкомпоненты.

Наружный блок

Наружный блок содержит змеевик и вентилятор. Змеевик работает либо как конденсатор (в режиме охлаждения), либо как испаритель (в режиме нагрева). Вентилятор обдувает змеевик наружным воздухом для облегчения теплообмена.

Внутренний блок

Как и наружный блок, внутренний блок, обычно называемый блоком обработки воздуха, содержит змеевик и вентилятор. Змеевик действует как испаритель (в режиме охлаждения) или конденсатор (в режиме нагрева).Вентилятор отвечает за перемещение воздуха по змеевику и воздуховодам в доме.

Хладагент

Хладагент – это вещество, которое поглощает и отводит тепло при его циркуляции в системе теплового насоса.

Компрессор

Компрессор нагнетает хладагент и перемещает его по системе.

Реверсивный клапан

Часть системы теплового насоса, которая реверсирует поток хладагента, позволяя системе работать в противоположном направлении и переключаться между обогревом и охлаждением.

Расширительный клапан

Расширительный клапан действует как дозирующее устройство, регулируя поток хладагента при его прохождении через систему, позволяя снизить давление и температуру хладагента.

Принцип работы теплового насоса — режим охлаждения

Одна из самых важных вещей, которую нужно понять о работе теплового насоса и процессе передачи тепла, заключается в том, что тепловая энергия естественным образом стремится перемещаться в области с более низкими температурами и меньшим давлением.Тепловые насосы полагаются на это физическое свойство, обеспечивая контакт тепла с более прохладной средой с более низким давлением, чтобы тепло могло передаваться естественным путем. Так работает тепловой насос.

Тепловой насос в режиме охлаждения.

Шаг 1

Жидкий хладагент прокачивается через расширительное устройство внутреннего змеевика, функционирующего как испаритель. Воздух изнутри дома продувается через змеевики, где тепловая энергия поглощается хладагентом. Полученный холодный воздух продувается по воздуховодам дома.В процессе поглощения тепловой энергии жидкий хладагент нагревается и испаряется в газообразную форму.

Шаг 2

Теперь газообразный хладагент проходит через компрессор, который создает давление в газе. Процесс сжатия газа вызывает его нагрев (физическое свойство сжатых газов). Горячий хладагент под давлением проходит через систему к змеевику наружного блока.

Шаг 3

Вентилятор наружного блока перемещает наружный воздух через змеевики, которые служат змеевиками конденсатора в режиме охлаждения.Поскольку воздух снаружи дома холоднее горячего сжатого газового хладагента в змеевике, тепло передается от хладагента наружному воздуху. Во время этого процесса хладагент при охлаждении снова конденсируется в жидкое состояние. Теплый жидкий хладагент подается по системе к расширительному клапану внутренних блоков.

Шаг 4

Расширительный клапан снижает давление теплого жидкого хладагента, что значительно охлаждает его. В этот момент хладагент находится в холодном жидком состоянии и готов к перекачиванию обратно в змеевик испарителя внутреннего блока, чтобы снова начать цикл.

Принцип работы теплового насоса — режим нагрева

A Тепловой насос в режиме обогрева работает так же, как и в режиме охлаждения, за исключением того, что поток хладагента реверсируется реверсивным клапаном. Обратный поток означает, что источником тепла становится наружный воздух (даже при низких наружных температурах), а тепловая энергия высвобождается внутри дома. Внешний змеевик теперь выполняет функцию испарителя, а внутренний змеевик теперь выполняет роль конденсатора.

Физика процесса та же.Тепловая энергия поглощается в наружном блоке холодным жидким хладагентом, превращая его в холодный газ. Затем к холодному газу прикладывается давление, превращая его в горячий газ. Горячий газ охлаждается во внутреннем блоке за счет пропускания воздуха, нагревания воздуха и конденсации газа в теплую жидкость. Теплая жидкость сбрасывает давление, когда поступает во внешний блок, превращая его в холодную жидкость и возобновляя цикл.

Как работает тепловой насос – Обзор

Тепловой насос — это универсальная эффективная система охлаждения и обогрева.Благодаря реверсивному клапану тепловой насос может изменять поток хладагента и нагревать или охлаждать дом. Воздух обдувается змеевиком испарителя, передавая тепловую энергию от воздуха хладагенту. Эта тепловая энергия циркулирует в хладагенте к змеевику конденсатора, где она высвобождается, когда вентилятор продувает воздух через змеевик. Благодаря этому процессу тепло перекачивается из одного места в другое.

Местный эксперт Carrier по HVAC может помочь оценить ваши потребности в отоплении и охлаждении и порекомендовать подходящую систему теплового насоса.

Как работают тепловые насосы | HowStuffWorks

Если в вашем доме нет воздуховодов для распределения тепла, не беспокойтесь. Потенциально вы могли бы использовать тепловой насос особого типа, называемый мини-сплит-тепловым насосом . Он соединяет наружный блок с источником воздуха с несколькими внутренними блоками. Эти внутренние блоки подключаются к водонагревателям или обогревателям помещений. Эти мини-сплит-системы без воздуховодов полезны для модернизации дома с помощью системы теплового насоса, поскольку их расположение снаружи и внутри дома является гибким.

Еще одним плюсом является то, что для установки требуется только 3-дюймовый (7,6 см) кабельный канал, который проходит через стену, что довольно незаметно. Они также универсальны. Внутренние кондиционеры могут быть установлены в стенах, потолках или на полу, и они очень маленькие. Одним из недостатков, однако, является то, что установка также должна занимать некоторое внутреннее пространство для работы. Они также не будут перемещать столько воздуха, сколько более крупные тепловые насосы, поэтому лучше всего подходят для небольших жилых и коммерческих помещений.

В то время как большинство тепловых насосов используют воздух, чиллер с обратным циклом (RCC) вместо этого перекачивает воду, что позволяет ему более эффективно работать при отрицательных температурах.В системе RCC тепловой насос подключается к изолированному резервуару для воды, который либо нагревается, либо охлаждается. Затем система вентиляторов и змеевиков откачивает нагретый или охлажденный воздух из резервуара и через воздуховоды в одну или несколько зон нагрева. Система RCC также может перекачивать горячую воду через систему лучистого обогрева пола, поэтому, когда этой зимой босым ногам будет удобно на теплом кафельном полу, вы можете поблагодарить свой RCC.

В типичном воздушном тепловом насосе требуется резервная горелка для подачи временного тепла, когда система переключается на реверс для размораживания змеевиков. Эта резервная горелка не позволяет системе пропускать холодный воздух через регистры, пока змеевики размораживаются, что является ключевым моментом, если ваша цель — согреться.

Некоторые могут сказать, что система RCC лучше, поскольку она использует горячую воду из бака для размораживания змеевиков, поэтому резервная горелка не требуется. Это также означает, что система никогда не дует холодным воздухом, когда этого не следует делать, и в результате вы сохраняете тепло и тепло.

Более поздним дополнением является тепловой насос для холодного климата , названный так потому, что он может эффективно работать в более холодную погоду, чем большинство других конструкций — даже ниже 0 градусов по Фаренгейту (-18 градусов по Цельсию).Тепловой насос для холодного климата определяет минимальное количество энергии, необходимое для обеспечения желаемого уровня нагрева или охлаждения, и регулирует свою мощность в сторону увеличения или уменьшения, чтобы никогда не тратить энергию впустую.

В холодные зимы Миннесоты эти тепловые насосы показали себя примерно в два раза более энергоэффективными, чем обычные газовые печи, что делает их чрезвычайно экологичной альтернативой. По состоянию на ноябрь 2021 года Министерство энергетики США надеется установить эти насосы в зданиях в рамках более масштабного плана администрации Байдена по инфраструктуре.

Даже специальные тепловые насосы имеют ограничения. Читайте дальше, чтобы узнать о плюсах и минусах тепловых насосов и о том, что вам нужно знать перед их покупкой.

Водонагреватели с тепловым насосом | Министерство энергетики

Водонагреватели с тепловым насосом используют электричество для перемещения тепла из одного места в другое вместо непосредственного производства тепла. Следовательно, они могут быть в два-три раза более энергоэффективными, чем обычные электрические водонагреватели сопротивления. Для перемещения тепла тепловые насосы работают как холодильник наоборот.

В то время как холодильник извлекает тепло из коробки и отправляет его в окружающее помещение, автономный воздушный тепловой насос  водяной нагреватель извлекает тепло из окружающего воздуха и передает его — при более высокой температуре — теплу. вода в накопительном баке. Вы можете приобрести автономную систему нагрева воды с тепловым насосом в виде интегрированного блока со встроенным баком-аккумулятором воды и резервными нагревательными элементами сопротивления. Вы также можете модернизировать тепловой насос для работы с существующим обычным накопительным водонагревателем.

Водонагреватели с тепловым насосом необходимо устанавливать в местах, где круглый год сохраняется температура от 40º до 90ºF (4,4º–32,2ºC), а объем воздушного пространства вокруг водонагревателя составляет не менее 1000 кубических футов (28,3 кубических метра). Воздух, проходящий через испаритель, может выбрасываться в помещение или на улицу.

Водонагреватели с тепловым насосом не будут эффективно работать в холодном помещении, поскольку они, как правило, охлаждают помещение, в котором находятся.  Установка их в помещении с избыточным теплом, например в котельной, повысит их эффективность.

Вы также можете установить систему воздушного теплового насоса, которая сочетает в себе нагрев, охлаждение и нагрев воды. Эти комбинированные системы забирают тепло в помещение из наружного воздуха зимой и из внутреннего воздуха летом. Поскольку они удаляют тепло из воздуха, любой тип системы теплового насоса с воздушным источником работает более эффективно в теплом климате.

Домовладельцы в первую очередь устанавливают геотермальные тепловые насосы, — которые получают тепло из земли зимой и из воздуха в помещении летом, для обогрева и охлаждения своих домов.Для нагрева воды можно добавить пароохладитель к системе геотермального теплового насоса. Пароохладитель — это небольшой вспомогательный теплообменник, который использует перегретые газы из компрессора теплового насоса для нагрева воды. Затем эта горячая вода циркулирует по трубе в бак накопительного водонагревателя в доме.

Пароохладители

также доступны для безбаковых водонагревателей или водонагревателей по потребности. Летом пароохладитель использует избыточное тепло, которое иначе ушло бы в землю.При частой работе в летнее время геотермальный тепловой насос может обеспечить большую часть ваших потребностей в горячей воде.

Осенью, зимой и весной, когда пароохладитель не производит столько избыточного тепла, вам придется больше полагаться на накопительный водонагреватель или водонагреватель по требованию. Некоторые производители также предлагают трехфункциональные системы геотермальных тепловых насосов, которые обеспечивают отопление, охлаждение и горячее водоснабжение. Они используют отдельный теплообменник для удовлетворения всех потребностей домохозяйства в горячей воде.

Принцип работы Тепловые насосы

Шум

Геотермальный тепловой насос не нуждается во внешнем блоке с движущимися механическими компонентами: внешний шум не создается.

Для воздушного теплового насоса требуется наружный блок, содержащий движущиеся механические компоненты, включая шумные вентиляторы. В 2013 году CEN начал работу над стандартами защиты от шумового загрязнения, создаваемого наружными блоками тепловых насосов.

В Соединенных Штатах допустимый уровень шума в ночное время был определен в 1974 году как «средний предел воздействия в течение 24 часов в 55 децибелов по шкале А (дБА) для защиты населения от всех неблагоприятных воздействий на здоровье и благополучие в жилых районах ( У. С. EPA 1974). Этот предел представляет собой дневной и ночной средний уровень шума (LDN) за 24 часа со штрафом в 10 дБА, применяемым к ночным уровням между 22:00 и 07:00, чтобы учесть нарушение сна, и штраф не применяется к дневным уровням.

Еще одной особенностью наружных теплообменников АШП является необходимость время от времени останавливать вентилятор на несколько минут, чтобы избавиться от инея.

Вопросы производительности

При сравнении производительности тепловых насосов лучше избегать слова «эффективность», которое имеет очень конкретное термодинамическое определение.Термин «коэффициент полезного действия» (COP) используется для описания отношения полезного движения тепла к подводимой работе. В большинстве парокомпрессионных тепловых насосов для работы используются двигатели с электрическим приводом.

По данным Агентства по охране окружающей среды США, геотермальные тепловые насосы могут снизить потребление энергии до 44% по сравнению с воздушными тепловыми насосами и до 72% по сравнению с электрическим нагревом.

При использовании для обогрева здания с наружной температурой, например, 10 °C, типичный воздушный тепловой насос (ASHP) имеет КПД от 3 до 4, тогда как КПД электрического нагревателя сопротивления равен 1.0. То есть один джоуль электрической энергии заставит резистивный нагреватель производить только один джоуль полезного тепла, в то время как в идеальных условиях один джоуль электрической энергии может заставить тепловой насос переместить три или четыре джоуля тепла от охладителя. поставить в более теплое место. Обратите внимание, что воздушный тепловой насос более эффективен в более жарком климате, чем в более прохладном, поэтому, когда погода намного теплее, агрегат будет работать с более высоким КПД (поскольку он имеет меньший температурный разрыв для перекрытия). При большом перепаде температур между горячим и холодным резервуарами КПД ниже (хуже).В экстремально холодную погоду КПД снижается до 1,0.

С другой стороны, хорошо спроектированные системы геотермальных тепловых насосов (GSHP) выигрывают от умеренной температуры под землей, поскольку земля естественным образом действует как накопитель тепловой энергии.

При большом перепаде температур (например, когда воздушный тепловой насос используется для обогрева дома с наружной температурой, скажем, 0 °C (32 °F)), требуется больше усилий для перемещения такое же количество тепла в помещении, как и в более мягкий день.В конечном счете, из-за пределов эффективности Карно производительность теплового насоса будет снижаться по мере увеличения разницы температур между наружной и внутренней температурой (наружная температура становится ниже), достигая теоретического предела 1,0 при −273 °C. На практике COP 1,0 обычно достигается при температуре наружного воздуха около -18 ° C (0 ° F) для тепловых насосов с воздушным источником.

Кроме того, поскольку тепловой насос забирает тепло из воздуха, некоторая влага из наружного воздуха может конденсироваться и, возможно, замерзать на наружном теплообменнике.Система должна периодически растапливать этот лед; это размораживание приводит к дополнительным затратам энергии (электроэнергии). Когда на улице очень холодно, проще использовать альтернативный источник тепла (например, электрический нагреватель сопротивления, масляную печь или газовую печь), чем использовать тепловой насос с воздушным источником тепла. Кроме того, отказ от использования теплового насоса в экстремально холодную погоду приводит к меньшему износу компрессора машины.

Конструкция теплообменников испарителя и конденсатора также очень важна для общей эффективности теплового насоса.Площадь поверхности теплообмена и соответствующий перепад температур (между хладагентом и потоком воздуха) напрямую влияют на рабочее давление и, следовательно, на работу, которую должен выполнять компрессор, чтобы обеспечить одинаковый эффект нагрева или охлаждения. Как правило, чем больше теплообменник, тем ниже перепад температур и тем эффективнее становится система.

Теплообменники дороги, требуют бурения для некоторых типов тепловых насосов или больших пространств, чтобы быть эффективными, и индустрия тепловых насосов обычно конкурирует по цене, а не по эффективности.Тепловые насосы уже находятся в невыгодном положении, когда речь идет о первоначальных инвестициях (а не о долгосрочной экономии) по сравнению с традиционными решениями для отопления, такими как бойлеры, поэтому стремление к более эффективным тепловым насосам и кондиционерам часто обусловлено законодательными мерами по минимальным стандартам эффективности. . Тарифы на электроэнергию также будут влиять на привлекательность тепловых насосов.

В режиме охлаждения рабочие характеристики теплового насоса описываются в США как его коэффициент энергоэффективности (EER) или сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER), и оба показателя измеряются в БТЕ/(ч·Вт) (1 БТЕ/ (ч·Вт) = 0.293 Вт/Вт). Большее число EER указывает на лучшую производительность. В литературе изготовителя должны быть представлены как COP для описания производительности в режиме нагрева, так и EER или SEER для описания производительности в режиме охлаждения. Однако фактическая производительность варьируется и зависит от многих факторов, таких как особенности установки, перепады температур, высота площадки и техническое обслуживание.

Как и в случае любого другого оборудования, которое использует змеевики для передачи тепла между воздухом и жидкостью, важно, чтобы змеевики конденсатора и испарителя содержались в чистоте.Если на змеевиках будут скапливаться отложения пыли и другого мусора, пострадает КПД агрегата (как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения).

Тепловые насосы более эффективны для обогрева, чем для охлаждения внутреннего пространства, если поддерживается одинаковая разница температур. Это связано с тем, что входная энергия компрессора также преобразуется в полезное тепло в режиме обогрева и отводится вместе с переносимым теплом через конденсатор во внутреннее пространство. Но для охлаждения конденсатор обычно находится снаружи, и рассеянная работа компрессора (отработанное тепло) также должна передаваться наружу с использованием большего количества входной энергии, а не для полезной цели.

По той же причине открытие продуктового холодильника или морозильной камеры в конечном итоге приводит к нагреву помещения, а не к его охлаждению, поскольку в цикле охлаждения тепло отводится в воздух в помещении. Это тепло включает в себя рассеиваемую работу компрессора, а также тепло, удаляемое изнутри прибора.

Как работает тепловой насос?

Существует много описаний работы теплового насоса, иногда это может показаться запутанным. На самом деле это простая и фантастическая технология, которая производит больше энергии для вашего дома, чем потребляет.

По сути, тепловой насос похож на холодильник, работающий наоборот. Он поглощает естественное тепло из воздуха, земли или воды снаружи, чтобы нагреть ваш дом и воду. Поскольку он передает тепло, а не генерирует его, тепловые насосы являются одним из наиболее эффективных способов обогрева вашего дома.

Наука о тепловых насосах

Тепло естественным образом перемещается от более горячей области к более холодной. Тепловой насос работает, обращая этот процесс, используя для этого небольшое количество электроэнергии.Это происходит за счет цикла сжатия и испарения.

Цикл испарения и сжатия теплового насоса состоит из четырех стадий, через которые циркулирует хладагент. Этот хладагент действует как среда, передающая тепло от одной ступени к другой.

 

1: Испаритель

Тепло поступает в теплообменник, известный как испаритель, извне. В зависимости от типа теплового насоса это низкопотенциальное тепло может поступать из любого количества источников.Например, геотермальные тепловые насосы поглощают тепло из земли, атмосферные – из воздуха, а водные – из близлежащего озера или пруда.

Это тепло приводит к испарению хладагента. В испарителе низкотемпературный хладагент низкого давления может поглощать тепло даже в очень холодных условиях (до -20 o C).

 

2: Компрессор

Испаряющийся хладагент сжимается, что повышает температуру. Говоря более технически, низкопотенциальное тепло превращается в пригодный для использования высокотемпературный режим.

 

3: Конденсатор

Газообразный хладагент передает тепло в систему центрального отопления. Это приводит к тому, что хладагент снова конденсируется в жидкость. Это происходит в конденсаторе, втором теплообменнике, где более холодная вода из системы центрального отопления поглощает тепло. Затем это тепло либо циркулирует вокруг системы излучателей (радиаторы или теплые полы), либо используется для нагрева воды.

 

4: Расширительный клапан

Охлажденный хладагент проходит через расширительный клапан, снижающий давление. Это еще больше снижает температуру, прежде чем хладагент вернется в испаритель, чтобы цикл можно было начать снова.

Принцип работы здесь использует концепцию «скрытой теплоты конденсации и парообразования». Короче говоря, изменяя давление, мы можем контролировать температуру кипения жидкой среды, а затем управлять движением тепла.

 

Типы тепловых насосов

Существует два основных типа тепловых насосов: воздух-земля.Хотя они оба используют один и тот же метод теплопередачи, упомянутый выше, способ подачи низкопотенциального тепла в цикл испарения-сжатия у них немного отличается.

Воздушные тепловые насосы

Воздушный тепловой насос является наиболее популярным типом системы. Находясь вне дома, тепловой насос очень похож на стандартный кондиционер. По сути, способ теплопередачи для кондиционеров очень похож на описанный выше, только наоборот.

Солнечное тепло нагревает окружающий нас воздух, который затем всасывается вентилятором в тепловой насос.Это тепло извлекается из воздуха в змеевик теплообменника – испаритель – и так начинается цикл. Вентилятор поддерживает постоянный поток теплого воздуха, контактирующего с теплообменником.

Геотермальные тепловые насосы

Геотермальный тепловой насос использует солнечную энергию, хранящуюся в земле, в качестве источника тепла для испарителя. Он собирает тепло через трубы, проложенные под землей, известные как заземляющий контур или заземляющий массив. Смесь воды и специального типа антифриза затем прокачивается через эту сеть подземных труб, поглощая естественное тепло ниже линии замерзания.Затем смесь антифриза и воды отдает тепло испарителю теплового насоса, и начинается тот же процесс испарения-сжатия, как показано на диаграмме ниже.

Самая популярная схема геотермального теплового насоса – укладка теплопоглощающих труб горизонтально. Вам понадобится большая площадь поверхности снаружи, чтобы проложить трубы таким образом, или, если у вас не так много места, вы можете выбрать систему с вертикальным контуром, которая включает бурение глубоких скважин под землей.

Вы можете узнать о различиях между воздушными и геотермальными тепловыми насосами здесь.

Геотермальный тепловой насос или геотермальный тепловой насос?

Хотя американский термин «геотермальный тепловой насос» используется взаимозаменяемо с геотермальными тепловыми насосами, он может вводить в заблуждение. Геотермальные тепловые насосы не используют геотермальное тепло, то есть тепло недр земли. Тепло, используемое геотермальным тепловым насосом, на самом деле исходит от солнца, которое поглощается и накапливается в земле.

Примеры геотермального нагрева можно найти в таких областях, как Исландия, где тепло от земного ядра поднимается вверх между европейской и североамериканской континентальными плитами.

 

Тепловые насосы — это чрезвычайно энергоэффективный способ обогрева вашего дома, поскольку для их работы требуется небольшое количество электроэнергии. Хотя они несут более высокую первоначальную стоимость, чем другие типы систем отопления, они имеют большое количество преимуществ, которые более чем компенсируют это. Чтобы назвать некоторые из них, они чрезвычайно эффективны, они не производят вредных выбросов на местном уровне, и, инвестируя в тепловой насос, вы могли бы возместить большую часть — если не все — деньги обратно от поощрения возобновляемых источников тепла (при условии представление).

 

Тепловой насос — Energy Education

Рис. 1: Наружные компоненты бытового теплового насоса. [1]

Тепловой насос — это устройство, извлекающее энергию из воздуха для обогрева или охлаждения помещения. Этот процесс известен как кондиционирование пространства. [2] Тепловые насосы работают как тепловая машина в обратном порядке, поскольку они работают от подводимого электричества для перемещения тепла из холодного места в теплое. Казалось бы, это нарушает Второй закон термодинамики, но ключевая причина этого заключается в том, что этот перенос тепла не является самопроизвольным ; для этого требуется затрата энергии.Для отопления дома тепловой насос извлекает тепло из наружного воздуха, еще больше нагревает теплый воздух и передает его в помещение. Для домашнего охлаждения тепловой насос меняет этот процесс на противоположный: тепло извлекается из воздуха в помещении и выбрасывается наружу, как холодильник или кондиционер, тем самым охлаждая воздух внутри. [2]

Операция

Цикл нагрева

Цикл нагрева теплового насоса заключается в том, что он берет тепло из наружного воздуха, дополнительно нагревает его и использует этот теплый воздух для нагрева воздуха в помещении.Это делается следующим образом: [2]

  1. Жидкий хладагент поглощает тепло в «испарителе» из наружного воздуха, превращаясь в газ.
  2. Хладагент пропускается через «компрессор», который повышает давление газа, повышая его температуру.
  3. Горячий газ проходит через «змеевики конденсатора» внутри обогреваемого помещения, и, поскольку он имеет более высокую температуру, чем это пространство, отдает тепло в помещение и снова конденсируется в жидкость.
  4. Жидкость, наконец, течет обратно через клапан, который снижает ее давление, чтобы охладить ее, чтобы она могла повторить цикл.

Это можно увидеть на картинке ниже.

Рисунок 2: Процесс и части, участвующие в цикле нагрева. [3]

Цикл охлаждения

Цикл охлаждения теплового насоса используется для охлаждения помещения путем отвода тепла из него и направления его в другое место, обычно на улицу для кондиционирования воздуха или в помещение для холодильника.Для этого «испаритель» и «конденсатор» меняются ролями, а поток хладагента меняется на противоположный: [2]

  1. Холодный хладагент поглощает тепло из более горячей комнаты в испарителе, поэтому комната охлаждается.
  2. Затем его пропускают через компрессор, чтобы повысить его температуру.
  3. Он проходит через змеевики конденсатора и передает это тепло наружному воздуху.
  4. Затем он расширяется, чтобы снизить давление и остыть до температуры ниже комнатной, чтобы повторить цикл.

Этот процесс можно представить на рисунке 3.

Рисунок 3: Цикл охлаждения для теплового насоса. [3]

Коэффициент полезного действия

основной артикул

Производительность теплового насоса выражается отношением тепловой мощности к необходимой работе. По сути, это значение представляет собой то, сколько охлаждения или обогрева производится на доллар человека (в конце концов, электричество не бесплатно). Это отношение известно как коэффициент полезного действия (К), представленный уравнением: [2]

[math]K=\frac{тепло}{электричество}[/math]

Таким образом, для отопления этот коэффициент равен:

[math]K=\frac{Q_H}{W_{in}}[/math]

и для охлаждения это:

[math]K=\frac{Q_C}{W_{in}}[/math]

где:

  • [math]Q_H[/math] тепловложение в помещение для его обогрева
  • [math]Q_C[/math] — это тепло, выделяемое из помещения для его охлаждения
  • [math]W_{in}[/math] — это работа в виде электричества

Чем выше значение этого коэффициента, тем лучше тепловой насос передает тепло, поскольку для производства определенного количества тепла требуется меньше работы перечислить. Однако есть предел, установленный законами энтропии и вторым законом термодинамики.

Кондиционер

основной артикул

Кондиционирование воздуха (A/C) — это система, работающая по тем же основным принципам, что и тепловые насосы, хотя для них требуются некоторые другие компоненты. [4] Кондиционеры не так универсальны, как тепловые насосы, поскольку выполняют только функцию охлаждения. Однако во многих случаях они имеют более практическое применение, так как некоторые места на Земле не требуют обогрева.Они функционируют, по сути, выполняя тот же цикл охлаждения, что и тепловые насосы.

Ссылки

  1. ↑ Wikimedia Commons [в сети], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Heat_Pump.jpg
  2. 2.0 2.0 2.1 2.2 29 2.3 2,4 2.4 R. Hinrichs и M. Kleinbach, «Домашняя энергосбережение и контроль на теплопередач» в Энергетика: его использование и окружающая среда , 4-й Эд. Торонто, Онтарио. Канада: Томсон Брукс/Коул, 2006 г., гл.5, сек.Г, стр.149-153
  3. 3.0 3.1 Адаптировано из Energy: its Use and the Environment R. Hinrichs and M. Kleinbach.
  4. ↑ Consumer Energy Center, Системы центрального отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) [онлайн], доступно: http://www.consumerenergycenter.org/ Residential/heating_cooling/heating_cooling.html

Отопление и охлаждение с тепловым насосом

Содержание

Введение

Если вы изучаете варианты обогрева и охлаждения вашего дома или сокращения счетов за электроэнергию, возможно, вы захотите рассмотреть систему теплового насоса.Тепловые насосы — это проверенная и надежная технология в Канаде, способная обеспечить круглогодичный контроль комфорта в вашем доме, поставляя тепло зимой, охлаждая летом и, в некоторых случаях, нагревая горячую воду для вашего дома.

Тепловые насосы

могут быть отличным выбором для различных применений, как для новых домов, так и для модернизации существующих систем отопления и охлаждения. Их также можно использовать при замене существующих систем кондиционирования воздуха, поскольку дополнительные затраты на переход от системы, предназначенной только для охлаждения, к тепловому насосу часто довольно низки.Учитывая множество различных типов систем и вариантов, часто бывает трудно определить, подходит ли тепловой насос для вашего дома.

Если вы рассматриваете возможность приобретения теплового насоса, у вас, вероятно, возникнет ряд вопросов, в том числе:

  • Какие типы тепловых насосов существуют?
  • Какую часть моих годовых потребностей в отоплении и охлаждении может обеспечить тепловой насос?
  • Какой размер теплового насоса мне нужен для моего дома и применения?
  • Сколько стоят тепловые насосы по сравнению с другими системами и сколько я могу сэкономить на счетах за электроэнергию?
  • Потребуется ли мне внести дополнительные изменения в мой дом?
  • Какой объем обслуживания потребуется системе?

Эта брошюра содержит важную информацию о тепловых насосах, которая поможет вам получить больше информации и поможет сделать правильный выбор для вашего дома. Используя эти вопросы в качестве руководства, в этой брошюре описываются наиболее распространенные типы тепловых насосов и обсуждаются факторы, связанные с выбором, установкой, эксплуатацией и обслуживанием теплового насоса.

Предполагаемая аудитория

Этот буклет предназначен для домовладельцев, которые ищут справочную информацию о технологиях тепловых насосов, чтобы помочь в принятии обоснованных решений в отношении выбора и интеграции системы, эксплуатации и технического обслуживания. Информация, представленная здесь, является общей, и конкретные детали могут различаться в зависимости от вашей установки и типа системы.Эта брошюра не должна заменять работу с подрядчиком или консультантом по энергетике, который обеспечит соответствие вашей установки вашим потребностям и поставленным целям.

Заметка об управлении энергопотреблением в доме

Тепловые насосы — это очень эффективные системы отопления и охлаждения, которые могут значительно снизить ваши затраты на электроэнергию. Рассматривая дом как систему, рекомендуется свести к минимуму потери тепла из вашего дома из-за таких мест, как утечка воздуха (через щели, отверстия), плохо изолированные стены, потолки, окна и двери.

Решение этих проблем в первую очередь может позволить вам использовать тепловой насос меньшего размера, тем самым снижая затраты на оборудование теплового насоса и позволяя вашей системе работать более эффективно.

Ряд публикаций, объясняющих, как это сделать, можно получить в Natural Resources Canada.

Что такое тепловой насос и как он работает?

Тепловые насосы — это проверенная технология, которая десятилетиями использовалась как в Канаде, так и во всем мире для эффективного отопления, охлаждения и, в некоторых случаях, горячего водоснабжения зданий.На самом деле, вполне вероятно, что вы ежедневно взаимодействуете с технологией теплового насоса: холодильники и кондиционеры работают по одним и тем же принципам и технологиям. В этом разделе представлены основы работы теплового насоса и представлены различные типы систем.

Основные понятия теплового насоса

Тепловой насос представляет собой устройство с электрическим приводом, которое извлекает тепло из места с низкой температурой (источник ) и доставляет его в место с более высокой температурой (приемник ).

Чтобы понять этот процесс, представьте себе поездку на велосипеде по холму: не требуется никаких усилий, чтобы спуститься с вершины холма на низ, поскольку велосипед и всадник естественным образом переместятся с высокого места на более низкое. Однако подъем в гору требует гораздо больше усилий, так как велосипед движется против естественного направления движения.

Аналогичным образом тепло естественным образом перетекает из мест с более высокой температурой в места с более низкой температурой (например, зимой тепло внутри здания уходит наружу).Тепловой насос использует дополнительную электрическую энергию для противодействия естественному потоку тепла, а перекачивает энергию, имеющуюся в более холодном месте, в более теплое.

Так как же тепловой насос нагревает или охлаждает ваш дом? По мере извлечения энергии из источника температура источника снижается. Если дом используется в качестве источника, тепловая энергия будет удалена, охлаждая это пространство. Так работает тепловой насос в режиме охлаждения, и по тому же принципу работают кондиционеры и холодильники.Точно так же, когда энергия добавляется к стоку , его температура увеличивается. Если дом используется как раковина, тепловая энергия будет добавляться, нагревая пространство. Тепловой насос является полностью реверсивным, что означает, что он может как обогревать, так и охлаждать ваш дом, обеспечивая круглогодичный комфорт.

Источники и стоки для тепловых насосов

Выбор источника и поглотителя для вашей системы теплового насоса имеет большое значение для определения производительности, капитальных затрат и эксплуатационных расходов вашей системы. В этом разделе представлен краткий обзор распространенных источников и поглотителей для жилых помещений в Канаде.

Источники: Два источника тепловой энергии чаще всего используются для отопления домов с тепловыми насосами в Канаде:

  • Источник воздуха: Тепловой насос забирает тепло из наружного воздуха в отопительный сезон и отводит тепло наружу в летний сезон охлаждения.

    Возможно, вас удивит тот факт, что даже при низких температурах наружного воздуха остается достаточно энергии, которую можно извлечь и доставить в здание. Например, теплосодержание воздуха при -18°C равняется 85% тепла, содержащегося при 21°C.Это позволяет тепловому насосу обеспечить хорошее отопление даже в холодную погоду. Системы с воздушным источником
    являются наиболее распространенными на канадском рынке: по всей Канаде установлено более 700 000 единиц.
    Этот тип системы обсуждается более подробно в разделе Воздушные тепловые насосы .
  • Ground-Source: Геотермальный тепловой насос использует землю, грунтовые воды или и то и другое в качестве источника тепла зимой и в качестве резервуара для отвода тепла из дома летом.
    Эти тепловые насосы менее распространены, чем агрегаты с воздушным источником, но все шире используются во всех провинциях Канады. Их основное преимущество заключается в том, что они не подвержены резким колебаниям температуры, используя землю в качестве источника постоянной температуры, что приводит к наиболее энергоэффективному типу системы теплового насоса.
    Этот тип системы обсуждается более подробно в разделе Геотермальные тепловые насосы .

Раковины: Две раковины для тепловой энергии чаще всего используются для отопления домов с тепловыми насосами в Канаде:

  • Воздух в помещении нагревается тепловым насосом.Это можно сделать через:
    • Центрально-канальная система или
    • Внутренний блок без воздуховодов, например настенный блок.
  • Вода внутри здания нагревается. Затем эту воду можно использовать для обслуживания оконечных систем, таких как радиаторы, теплый пол или фанкойлы, через гидравлическую систему.

Введение в эффективность теплового насоса

Печи и котлы обеспечивают обогрев помещений путем добавления тепла в воздух за счет сжигания топлива, такого как природный газ или мазут.Хотя КПД постоянно повышается, он по-прежнему остается ниже 100%, а это означает, что не вся доступная энергия сгорания используется для нагрева воздуха.

Тепловые насосы работают по другому принципу. Электроэнергия, подводимая к тепловому насосу, используется для передачи тепловой энергии между двумя точками. Это позволяет тепловому насосу работать более эффективно, с типичной эффективностью значительно выше
100%, т.е. производится на больше тепловой энергии, чем количество электроэнергии, используемой для его прокачки.

Важно отметить, что эффективность теплового насоса сильно зависит от температуры источника и стока . Точно так же, как более крутой холм требует больше усилий, чтобы подняться на велосипеде, большая разница температур между источником и поглотителем теплового насоса заставляет его работать тяжелее и может снизить эффективность. Определение правильного размера теплового насоса для максимизации сезонной эффективности имеет решающее значение. Эти аспекты более подробно обсуждаются в разделах «Тепловые насосы с воздушным источником » и « Тепловые насосы с источником тепла из грунта ».

Терминология эффективности

В каталогах производителей используются различные показатели эффективности, что может затруднить понимание производительности системы для первого покупателя. Ниже приводится разбивка некоторых часто используемых терминов эффективности:

Показатели стационарного состояния: Эти показатели описывают эффективность теплового насоса в «стационарном состоянии», т. е. без реальных колебаний времени года и температуры. Таким образом, их значение может значительно измениться по мере изменения температуры источника и стока, а также других рабочих параметров.Показатели устойчивого состояния включают:

Коэффициент полезного действия (COP): COP представляет собой соотношение между скоростью, с которой тепловой насос передает тепловую энергию (в кВт), и количеством электроэнергии, необходимой для работы насоса (в кВт). Например, если тепловой насос использует 1 кВт электроэнергии для передачи 3 кВт тепла, COP будет равен 3,

.

Коэффициент энергоэффективности (EER): EER аналогичен COP и описывает стационарную эффективность охлаждения теплового насоса.Он определяется путем деления холодопроизводительности теплового насоса в БТЕ/ч на потребляемую электрическую энергию в ваттах (Вт) при определенной температуре. EER строго связан с описанием стационарной эффективности охлаждения, в отличие от COP, который можно использовать для выражения эффективности теплового насоса как при обогреве, так и при охлаждении.

Показатели сезонной производительности: Эти показатели предназначены для получения более точной оценки производительности в течение сезона отопления или охлаждения путем включения «реальных» колебаний температуры в течение сезона.

Сезонные показатели включают:

  • Коэффициент сезонной эффективности отопления (HSPF): HSPF представляет собой отношение количества энергии, которое тепловой насос доставляет в здание в течение всего отопительного сезона (в БТЕ), к общему количеству энергии (в ватт-часах), которое он использует за тот же период. период.
  • Характеристики данных о погоде для долгосрочных климатических условий используются для представления отопительного сезона при расчете HSPF. Однако этот расчет обычно ограничивается одним регионом и может не полностью отражать производительность по всей Канаде.Некоторые производители могут предоставить HSPF для другого климатического региона по запросу; однако обычно HSPF сообщается для Региона 4, представляющего климат, аналогичный Среднему Западу США. Регион 5 будет охватывать большую часть южной половины провинций Канады, от внутренней части Британской Колумбии до Нью-Брансуика . Сноска 1 .

  • Коэффициент сезонной энергоэффективности (SEER): SEER измеряет эффективность охлаждения теплового насоса в течение всего сезона охлаждения. Он определяется путем деления общего объема охлаждения, обеспечиваемого за сезон охлаждения (в БТЕ), на общую энергию, использованную тепловым насосом за это время (в ватт-часах).SEER основан на климате со средней летней температурой 28°C.

Важная терминология для систем тепловых насосов

Вот несколько общих терминов, с которыми вы можете столкнуться при изучении тепловых насосов.

Компоненты системы теплового насоса

Хладагент — это жидкость, которая циркулирует в тепловом насосе, попеременно поглощая, транспортируя и выделяя тепло. В зависимости от своего местоположения жидкость может быть жидкой, газообразной или парогазовой смесью

.

Реверсивный клапан регулирует направление потока хладагента в тепловом насосе и переводит тепловой насос из режима обогрева в режим охлаждения или наоборот.

Змеевик представляет собой петлю или петли из труб, в которых происходит теплопередача между источником/приемником и хладагентом. Трубка может иметь ребра для увеличения площади поверхности, доступной для теплообмена.

Испаритель представляет собой змеевик, в котором хладагент поглощает тепло из окружающей среды и закипает, превращаясь в низкотемпературный пар. Когда хладагент проходит от реверсивного клапана к компрессору, аккумулятор собирает лишнюю жидкость, которая не испарилась в газ.Однако не все тепловые насосы имеют аккумулятор.

Компрессор сжимает молекулы газообразного хладагента, повышая температуру хладагента. Это устройство помогает передавать тепловую энергию между источником и стоком.

Конденсатор представляет собой змеевик, в котором хладагент отдает тепло окружающей среде и становится жидкостью.

Устройство расширения снижает давление, создаваемое компрессором.Это приводит к падению температуры и превращению хладагента в низкотемпературную парожидкостную смесь.

Наружный блок предназначен для передачи тепла наружному воздуху и от него в воздушном тепловом насосе. Этот блок обычно содержит змеевик теплообменника, компрессор и расширительный клапан. Он выглядит и работает так же, как наружная часть кондиционера.

Внутренний змеевик предназначен для передачи тепла в/из воздуха в помещении в некоторых типах воздушных тепловых насосов. Как правило, внутренний блок содержит змеевик теплообменника, а также может включать дополнительный вентилятор для циркуляции нагретого или охлажденного воздуха в занимаемом помещении.

Нагнетательная камера , встречающаяся только в канальных установках, является частью воздухораспределительной сети. Пленум — это воздушная камера, входящая в состав системы распределения нагретого или охлажденного воздуха по дому. Как правило, это большой отсек непосредственно над теплообменником или вокруг него.

Другие условия

Единицы измерения емкости или потребляемой мощности:

  • БТЕ/ч , или британская тепловая единица в час, используется для измерения тепловой мощности системы отопления.Одна БТЕ – это количество тепловой энергии, выделяемой обычной свечой на день рождения. Если бы эта тепловая энергия выделялась в течение одного часа, она была бы эквивалентна одной БТЕ/ч.
  • А кВт , или кВт , равно 1000 Вт. Это количество энергии, необходимое для десяти 100-ваттных лампочек.
  • тонны является мерой производительности теплового насоса. Это эквивалентно 3,5 кВт или 12 000 БТЕ/ч.

Воздушные тепловые насосы

Воздушные тепловые насосы используют наружный воздух в качестве источника тепловой энергии в режиме обогрева и в качестве стока для отвода энергии в режиме охлаждения.Эти типы систем обычно можно разделить на две категории:

Воздушно-воздушные тепловые насосы. Эти блоки нагревают или охлаждают воздух в вашем доме и представляют собой подавляющее большинство интеграций тепловых насосов с воздушным источником в Канаде. Их можно дополнительно классифицировать по типу установки:

  • Канальный: Внутренний змеевик теплового насоса расположен в воздуховоде. Воздух нагревается или охлаждается, проходя через змеевик, а затем распределяется по воздуховоду в разные места дома.
  • Без воздуховодов: Внутренний змеевик теплового насоса расположен во внутреннем блоке. Эти внутренние блоки обычно располагаются на полу или стене занимаемого помещения и нагревают или охлаждают воздух непосредственно в этом помещении. Среди этих единиц вы можете увидеть термины мини- и мульти-сплит:
    • Мини-сплит: Один внутренний блок расположен внутри дома и обслуживается одним наружным блоком.
    • Мульти-сплит: Несколько внутренних блоков расположены в доме и обслуживаются одним наружным блоком.

Воздушно-воздушные системы более эффективны, когда разница температур внутри и снаружи меньше. Из-за этого тепловые насосы воздух-воздух обычно пытаются оптимизировать свою эффективность, обеспечивая больший объем теплого воздуха и нагревая этот воздух до более низкой температуры (обычно от 25 до 45 ° C). Это контрастирует с печными системами, которые подают меньший объем воздуха, но нагревают этот воздух до более высоких температур (между 55°C и 60°C). Если вы переходите с печи на тепловой насос, вы можете заметить это, когда начнете использовать новый тепловой насос.

Воздушно-водяные тепловые насосы: Менее распространены в Канаде, воздушно-водяные тепловые насосы нагревают или охлаждают воду и используются в домах с гидравлическими (водяными) распределительными системами, такими как низкотемпературные радиаторы, теплые полы или фанкойлы. единицы. В режиме отопления тепловой насос подает тепловую энергию в водяную систему. В режиме охлаждения этот процесс реверсируется, и тепловая энергия извлекается из гидросистемы и выбрасывается в наружный воздух.

Рабочая температура в гидравлической системе имеет решающее значение при оценке воздушно-водяных тепловых насосов.Воздушно-водяные тепловые насосы работают более эффективно при нагреве воды до более низких температур, т. е. ниже 45–50 °C, и поэтому лучше подходят для систем с теплым полом или фанкойлов. Следует соблюдать осторожность при рассмотрении возможности их использования с высокотемпературными радиаторами, для которых требуется температура воды выше 60°C, поскольку эти температуры обычно превышают пределы для большинства бытовых тепловых насосов.

Основные преимущества воздушных тепловых насосов

Установка воздушного теплового насоса может дать вам ряд преимуществ.В этом разделе рассматривается, как тепловые насосы с воздушным источником энергии могут принести пользу вашему домашнему хозяйству.

Эффективность

Основным преимуществом использования воздушного теплового насоса является высокая эффективность, которую он может обеспечить при отоплении по сравнению с типичными системами, такими как печи, бойлеры и электрические плинтусы. При 8°C коэффициент полезного действия (КПД) воздушных тепловых насосов обычно находится в диапазоне от 2,0 до 5,4. Это означает, что для агрегатов с КПД 5 5 киловатт-часов (кВтч) тепла передаются на каждый киловатт-час электроэнергии, подаваемой на тепловой насос.Когда температура наружного воздуха падает, КПД ниже, так как тепловой насос должен работать при большей разнице температур между внутренним и наружным пространством. При –8°C КПД может варьироваться от 1,1 до 3,7.

На сезонной основе коэффициент сезонной эффективности отопления (HSPF) единиц, доступных на рынке, может варьироваться от 7,1 до 13,2 (регион V). Важно отметить, что эти оценки HSPF относятся к области с климатом, подобным Оттаве. Фактическая экономия сильно зависит от места установки теплового насоса.

Энергосбережение

Более высокая эффективность теплового насоса может привести к значительному сокращению энергопотребления. Фактическая экономия в вашем доме будет зависеть от ряда факторов, включая местный климат, эффективность вашей текущей системы, размер и тип теплового насоса, а также стратегию управления. Доступно множество онлайн-калькуляторов, позволяющих быстро оценить ожидаемую экономию энергии для вашего конкретного приложения. Инструмент ASHP-Eval компании NRCan находится в свободном доступе и может использоваться установщиками и проектировщиками механики для получения рекомендаций в вашей ситуации.

Как работает воздушный тепловой насос?