Теплонасос

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АККУМУЛЯТОРОВ ТЕПЛА В ТЕПЛОВЫХ НАСОСАХ

Большинство исследований по применению аккумуляторов теп­ла связано с солнечными коллекторами. Одно из самых подробных исследований [27] описывает дом с системой воздушного кондици-

Онирования, отопления и использованием солнечной и электриче­ской энергии (рис. 5.15). Основные компоненты системы включают: 1) застекленный плоский черный медный солнечный коллектор площадью около 65 м2 с циркуляцией жидкости;

2) водяной бак вместимостью 9000 л под атмосферным давле­нием с бетонной оболочкой;

3) нагрев воздуха водой от солнечного коллектора;

4) тепловой насос воздух — воздух для работы совместно с сол­нечным нагревом и дополнительный нагреватель.

Для исследования был выбран район Буффало, чтобы прове­рить применимость солнечного нагрева в условиях северного климата. Общая тепловая нагрузка была примерно 4000 градус - дней. Сравнительно невысокая инсоляция в среднем составила

800 кДж/(м2-сут) на горизонтальной поверхности в течение ото­пительного сезона октябрь — апрель. Электроэнергия для привода компрессора и дополнительного нагревателя была выбрана потому, что применение природного газа в этом районе ограничено.

Для исследований выбран тепловой насос «Westinghouse» раз­деленного типа, работающий при температуре испарителя между —27 и 32 °С. На рис. 5.16 показана вся система во время Исполь­зования аккумулятора в качестве источника тепла для теплового насоса. В двух других режимах тепловой насос может получать тепло либо непосредственно от окружающего воздуха, либо отвоз - духа, подогретого солнечным аккумулятором. В рассматриваемом режиме насос перекачивает воду из бака-аккумулятора через водо-
воздушный теплообменник перед испарителем теплового насоса. Поток воздуха через испаритель обеспечивается центробежными вентилятором и регулируется шибером. Теплый воздух от конден­сатора подается в комнаты. Вода возвращается в бак-акку­мулятор, ее расход регулируется автоматически с помощью клапана.

Выбор необходимого режима работы регулируется с помощью четырехкулачкового вращающегося комнатного термостата с тре­мя ступенями нагрева и одной ступенью охлаждения. Если прямой солнечный нагрев недостаточен для поддержания внутри дома комфортной температуры, термостат включает вторую ступень отопления — тепловой насос с солнечным подогревом, описанную выше. Если же и этого оказалось недоста­точно, то тепловой насос включается на нормальную работу в режиме воздух—воз­дух, а нагрев воздуха в конденсаторе до­полняется электронагревателем.

Полное электропотребление теплонасос­ной системы с солнечным подогревом соста­вило 11 342, тогда как простое электроотоп-

Рис. 5.17. Схема теплового насоса с испарителем, по­груженным в бак-аккумулятор тепла.

' — солнечный коллектор; 2 — дроссельный клапан; 3 — ис­паритель; 4 — бак; 5 — конденсатор; 6—нагретый воздух; 7 — компрессор; 8 — насос; 9 — охлажденный воздух; 10 — наружный теплообменник типа воздух — вода.

Ление потребовало бы 36832 кВт-ч в год. При стоимости электри­чества 2,29 цента солнечная система с тепловым аккумулятором экономит в год около 653 долл. и обеспечивает срок окупаемости около 14 лет. Солнечная система, работающая самостоятельно или в сочетаний с тепловым насосом, покрывает 70% годовой отопи­тельной нагрузки.

На рис. 5.17 показана другая система с тепловым аккумулято­ром [28]. Здесь испаритель теплового насоса непосредственно по­гружен в бак-аккумулятор. Эта работа интересна своим деталь­ным исследованием влияния параметров солнечного коллектора и аккумулятора на эффективность теплового насоса.

Схема на рис. 5.17 работает следующим образом. Солнечный, коллектор подает тепло в бак-аккумулятор, что дополняется воз- духоводяным теплообменником, использующим тепло окружающе­го воздуха. Поскольку температура аккумулятора всего лишь на несколько градусов выше окружающей, в качестве теплоносителя используется раствор гликоля в воде. Испаритель теплового насо­са погружен в бак-аккумулятор, который в данном случае служит единственным источником тепла.

. . На рис. 5.18 сопоставлены значения КОП теплового насоса при наличии солнечного коллектора и обычного теплового насоса типа.

Воздух — воздух. В этом исследовании был применен разделенный тепловой насос фирмы General Electric. Как видно из графика, до­стигается существенное повышение КОП.

На рис. 5.19 определение КОП несколько модифицировано с целью включения добавочных затрат электроэнергии.

На рис. 5.19, а показана зависимость КОП от размера бака- аккумулятора. Видно, что превышение некоторого минимального

Рис. 5.19. Зависимость КОП от размера акку­мулятора М при площади солнечного коллек­тора S=58 м2 (а) и различных значениях S (б).

Значения дает уже малый выигрыш при фиксированном значении коллектора, но одновременное увеличение коллектора существенно повышает КОП (рис. 5.19,6).