Які типи теплових насосів існують і принцип роботи

Home / Які типи теплових насосів існують і принцип роботи

Джерела енергії для теплового насоса
Зовнішній контур теплового насоса, що збирає тепло навколишнього середовища, являє собою, як правило, поліетиленовий трубопровід, покладений в землю або у воду, всередині якого циркулює незамерзаюча рідина (розсіл).

Грунт

Мабуть, найбільш універсальне джерело розсіяного тепла. Він добре акумулює сонячну енергію і круглий рік підігрівається від земного ядра. При цьому він завжди «під ногами» і здатний віддавати тепло незалежно від погоди. Адже на глибині температура практично постійна протягом усього року, це забезпечує експлуатацію теплового насоса з високим коефіцієнтом потужності. При використанні в якості джерела тепла грунт, зовнішній контур, що збирає тепло навколишнього середовища, опускають в свердловину на 50-100м (вертикальний теплообмінник) або закопують на глибину 1,2-2,0м (горизонтальний теплообмінник).

Вода з водоймів

Також, як і грунт, добре акумулює сонячну енергію. Джерелом тепла можуть бути як грунтові (підземні) води, так і відкриті водойми (озеро, річка, море). Для використання грунтових вод необхідно побудувати водозабірну та скидну свердловини, а також отримати дозвіл відповідних відомств.
При використанні, в якості джерела тепла, води найближчого озера, річки, контур укладається на дно. Цей варіант є ідеальним з будь-якої точки зору — короткий зовнішній контур, «висока» температура навколишнього середовища (температура води у водоймі взимку завжди позитивна), високий коефіцієнт перетворення енергії тепловим насосом. Плюсом такого способу є відносна дешевизна.

Повітря

Навколишнє (атмосферне) повітря особливо легко використовувати в якості джерела тепла, оскільки воно є скрізь і в необмеженій кількості. Теплові насоси дозволяють отримувати тепло з повітря і в даний час можуть експлуатуватися майже цілий рік. Однак, при низьких температурах коефіцієнт перетворення і потужність теплового насоса різко зменшуються, тому такі насоси рекомендується використовувати в бівалентних схемах опалення. У порівнянні з іншими видами теплових насосів, повітряні теплові насоси вимагають найменших капіталовкладень, проте, не можуть використовуватися як основне джерело тепла.
Для отримання тепла з теплого повітря, наприклад, з витяжки системи вентиляції, встановлюється спеціальна модель теплового насоса з повітряним теплообмінником. Тепло з повітря для системи опалення та гарячого водопостачання також можна збирати на виробничих підприємствах, наприклад, на хлібопекарнях, підприємствах з виробництва кераміки та інших підприємствах з великою кількістю вироблюваного теплого повітря.

Схема роботи теплового насоса

Робота теплових насосів заснована на процесі виділення тепла з грунту (що має температуру близько плюс 8 ° С), за допомогою теплообміну між трьома контурами:

Загальна схема роботи теплового насоса представлена ​​на малюнку:

  1. ропні (земляний) контур;
  2. контур теплового насоса;
  3. опалювальний контур.

Сам же тепловий насос являє собою пристрій, усередині якого відбувається перетворення температури з + 8 ° С до + 75 ° С.

Тепловий насос складається з:

  1. Теплообмінник передачі тепла землі внутрішньому контуру.
  2. Компресор
  3. Теплообмінник передачі тепла внутрішнього контуру системі опалення
  4. Дросельний пристрій для зниження тиску
  5. Контур розсолу та земляний зонд
  6. Контур опалення та ГВП

Первинний контур — поліетиленова труба U-подібної форми, занурена в свердловину. По трубі циркулює незамерзаюча рідина. У результаті циркуляції до другого контуру теплового насоса надходить рідина з температурою + 8 ° С (температура землі).

Рідина передає свою температуру (+ 8 ° С) другому контуру. У другому контурі циркулює фреон. (Відмітна особливість фреону полягає в тому, що при температурі вище 3 ° С він з рідкого стану переходить у газоподібний). Рідкий фреон, отримуючи від первинного контуру температуру + 8 ° С переходить в газоподібний стан.

Далі, газоподібний фреон надходить у компресор, де газ стискається з 4 до 26 атмосфер. При такому стиску він нагрівається з + 8 ° С до + 75 ° С.

(Це найважливіший етап роботи теплового насоса. Саме на цьому етапі відбувається перетворення енергії великого об’єму газу з температурою + 8 ° С в малий обсяг газу з температурою + 75 ° С. При цьому загальна енергія газу до і після компресора залишається незмінною. Просто він сконцентрувався в згусток енергії, якою нікуди подітися. Тому й відбувається нагрівання газу до + 75 ° С).

Енергія газу (фреон), розігрітого до + 75 ° С, передається в третій контур — систему опалення та гарячого водопостачання будинку. У процесі передачі енергії газу третьому контуру після втрат (10-15 ° С), опалювальний контур нагрівається до температури 60-65 ° С.

Газ (фреон), віддавши свою енергію опалювальному контуру, остигає до 30-40 ° С. При цьому, він як і раніше знаходиться під тиском в 26 атмосфер. Потім відбувається зниження тиску до 4 атмосфер (так званий ефект дроселювання). В результаті падіння тиску відбувається значне охолодження газу (ефект, зворотний підвищенню температури при збільшенні тиску). Він охолоджується до 0-3 ° С і стає рідиною.

Температура фреону 0-3 ° С передається теплоносію первинного контуру, який відносить її вглиб землі. Проходячи по свердловині, теплоносій нагрівається і виходить на поверхню землі з температурою + 8 ° С, яка знову подається на другий контур. А в цей час відбувається процес завершення циклу в другому контурі. Рідкий фреон з температурою 0-3 ° С знову стикається з первинним контуром, що приносить із землі + 8 ° С. Процес повторюється

Start typing and press Enter to search