Работа теплового насоса: Принцип работы теплового насоса — Энергео

Содержание

Принцип работы теплового насоса — Энергео

Тепловой насос представляет собой устройство по преобразованию низкопотенциальной теплоты, получаемой от какого-либо общедоступного источника, в тепловую энергию высокого потенциала, предназначенную для нужд потребителя (отопления, горячего водоснабжения). Преобразование теплоты происходит за счет ряда фазовых переходов. 

Термодинамически тепловой насос идентичен холодильной машине. И тепловой насос, и холодильная машина работают по обратному тепловому циклу, разница заключается в диапазоне рабочих температур и давлений.  В мире существует весьма широкая классификация тепловых насосов, в сфере теплоснабжения наибольшее распространение получили парокомпрессионные установки.

Цикл работы парокомпрессионного теплового насоса включает в себя следующие преобразования:

Низкопотенциальное тепло принимается тепловым насосом в специальном пластинчатом теплообменнике – испарителе и передается особому рабочему телу – хладагенту. Хладагент представляет собой вещество с низкой температурой кипения. На сегодняшний день в тепловых насосах чаще всего в качестве хладагента используются различные фреоны (R407C, R134а, R410а), а также углекислый газ и пропан. Хладагент, приняв в теплообменнике определенное количество теплоты, испаряется и в газообразном состоянии поступает в компрессор. Компрессор сжимает поступающий хладагент до высокого давления, вследствие чего повышается и температура рабочего тела. После сжатия при более высоких параметрах газообразный хладагент поступает в следующий теплообменник – конденсатор. В конденсаторе происходит передача теплоты высокого потенциала теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения потребителя с последующим переходом остывающего хладагента в жидкое состояние. После конденсатора рабочее тело проходит через редукционное устройство, где давление и температура снижаются до первоначальных параметров перед теплообменником-испарителем. Цикл замыкается и повторяется снова.

Парокомпрессионные тепловые насосы принято различать по способам отбора низкопотенциальной теплоты.


Горизонтальный геотермальный контур

Грунт имеет свойство накапливать и 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 достаточно высоким коэффициентом эффективности. Забор тепла из грунта осуществляется с помощью горизонтально проложенной в грунте системы пластиковых труб на глубине 1,2-1,5 м.

Вертикальные геотермальные скважины

Вертикальный зонд — это система труб, опускаемых в вертикальную скважину, глубина и количество таких скважин зависит от мощности необходимого Вам теплового насоса. В грунте на глубине начиная с 10-15 метров в течение года поддерживается всегда одинаковая постоянная температура (около +7 — +8°С для РБ), поэтому данный вид коллектора в наших климатических условиях является наиболее надежным и эффективным.

Грунтовые воды

Если в ваших условиях грунтовые воды легко доступны, то их так же можно использовать в качестве источника тепла, т.к. температура такого источника в любое время года колеблется в среднем от 7 до 12° C. Расстояние между точкой получения тепла и точкой возврата должно быть не менее 10-15 метров. Кроме того в целях предотвращения «короткого замыкания потока», следует обратить внимание на направление потока грунтовых вод. Стоит также учитывать, что для установки подобных сооружений нужно разрешение, кроме этого они должны отвечать определенным нормативным требованиям.

Перейти к каталогу тепловых насосов «грунт-вода».

Окружающий воздух

Окружающий воздух является наиболее доступным источником низкопотенциальной теплоты для теплового насоса. Одним из преимуществ, при выборе теплового насоса данного типа, является простая схема монтажа оборудования в систему с уже установленным любым дополнительным источником тепла (например, дизельным, твердотопливным или газовым котлом). Однако стоит учитывать и то, что, ввиду особенностей наших климатических условий с достаточно низкой температурой наружного воздуха в холодное время года, работа теплового насоса в отопительный период  является не столь продуктивной, как для насосов типа «грунт-вода». Кроме того, тепловые насосы, принимающие тепло от наружного воздуха, способны работать до температуры -25°С (до -32°С — системы «воздух-водух»), при более низкой температуре автоматика теплового насоса будет переводить теплоснабжение потребителя от другого дополнительного источника.

Перейти к каталогу тепловых насосов типа «воздух-вода».

Вентиляционный воздух

Существуют тепловые насосы, использующие удаляемый из помещений воздух системы вентиляции. Применение таких тепловых насосов позволяет осуществлять рекуперацию теплоты воздуха внутри зданий. Перед удалением из помещений, тёплый воздух проходит через тепловой насос, возвращая, таким образом, системе теплоснабжения здания часть накопленной теплоты.  

Перейти к каталогу тепловых насосов, использующих вентиляционный воздух.

Принцип работы теплового насоса, как работает тепловой насос воздух вода

Как устроен геотермальный тепловой насос внутри

Виды тепловых насосов

Какие бывают виды тепловых насосов в в зависимости от источника тепла? Они делятся по способу отбора тепла из окружающей среды.

  • Геотермальные. Переносят тепло грунта и\или грунтовых вод в дом
  • Воздух-вода. Переносят тепло атмосферного воздуха в систему отопления.
  • Рекуператоры вторичного тепла: отбор тепла вытяжного воздуха, стоков канализации, другого бросового тепла

Тепловой насос с вертикальными скважинами (зондами)

Отбор тепла скважины

При отсутствии большой площади прилегающей территории, устанавливается вертикальный теплообменник (зонд) для работы с геотермальным тепловым насосом. Это наиболее компактный и популярный способ, который позволяет сохранить целостность ландшафта. Температура грунта на глубине бурения скважины стабильно находится на уровне +10ºС, поэтому эффективность таких тепловых насосов с вертикальным теплообменником выше. Недостатком является необходимость проведения бурильных работ, что повышает цену данного вида системы. При использовании в качестве источника тепла скважины, в нее опускается зонд из полиэтиленовой трубы, имеющий U-образную форму. Не обязательно использовать одну очень глубокую скважину, можно пробурить несколько неглубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину.

Преимущества:

  • Компактная система, не требующая большого участка
  • Самая эффективная с точки зрения температур. Стабильная температура на протяжении всего года.
  • Возможно реализация пассивного кондиционирования путем сброса летом тепла в скважин
  • Нет необходимости в большом участке
  • Не влияет на участок

Грунтовый тепловой насос