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:
- ропні (земляний) контур;
- контур теплового насоса;
- опалювальний контур.
Сам же тепловий насос являє собою пристрій, усередині якого відбувається перетворення температури з + 8 ° С до + 75 ° С.
Тепловий насос складається з:
- Теплообмінник передачі тепла землі внутрішньому контуру.
- Компресор
- Теплообмінник передачі тепла внутрішнього контуру системі опалення
- Дросельний пристрій для зниження тиску
- Контур розсолу та земляний зонд
- 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
