Тепловые насосы

УПРАВЛЕНИЕ

Большинство находящихся в продаже тепловых насосов для домашнего теплоснабжения имеет двухпозиционное регулирование (включено — выключено), подобное системам домашнего отопле­ния, которое тепловой насос должен заменить (см. также гл. 5). Однако в предвидимом будущем возрастет применение более тон­кого управления, которое будет учитывать условия внутри и сна­ружи здания, изменяющиеся соответственно времени года и месту установки. Это большое удобство для центрального отопления бла­годаря повышению комфорта и экономичности. Если тепловой на­сос сможет стать экономически конкурентоспособным, то его си­стема управления должна быть не менее универсальной, что вдвой­не важно в связи с дополнительными параметрами, которые долж­но учитывать управление тепловым насосом, КОП теплового насо­са зависит от множества факторов, но главный нз ннх — это тем­пература испарения и конденсации. Температура испарения, как правило, должна следовать за температурой окружающей среды или температурой источника тепла, чтобы тепловой насос помогал извлекать максимальную выгоду в результате смячения погодных условий. Это достигается разными средствами, но для всех их важно, чтобы испаритель был достаточно большим и создавал ма­лую разницу температур между источником тепла и хладоагентом.

Расход жидкости в испарителе регулируется дросселем. Термо­статический клапан в дросселе, широко распространенный в уста­новках средних размеров, поддерживает постоянной температуру перегретого пара на входе в компрессор, но это дает лишь косвен­ное управление фактической температурой испарения. Очень мел­кие установки или простые установки с постоянной температурой (охладители воды) используют фиксированное дроссельное сопро­тивление, например капилляр. Хотя такие установки надежны и недороги, они совершенно непригодны для работы в условиях пере­менных температур и производительностей. Дроссельный клапан можно сделать управляемым от давления, чтобы поддерживать по­стоянное давление в испарителе. Очевидно, и это решение непри­годно при изменяющихся температурах источника тепла.

В испарителе с хладоагентом снаружи трубок можно использо­вать поплавковый регулятор низкого давления. Он просто поддер­живает постоянное заполнение испарителя жидким хладоагентом при температуре и давлении, соответствующих источнику тепла. Этот принцип применяется не очень широко, потому что такие ис - дарители пригодны лишь для крупных систем.

Можно применять поплавковый регулятор на стороне высокого давлення, поддерживая постоянный уровень жидкости в резервуаре под конденсатором. Это позволяет конденсатору всегда работать эффективно без переполнения его жидкостью, так что производи­тельность системы при этом диктуется нагрузкой на конденсатор, или потребителем тепла.

Любое из управлений дроссельным клапаном пригодно для теп­лового насоса и выбор зависит от очередности требований КПД, стоимости, надежности, холодильной или тепловой мощности.

Особое значение имеет конденсация, поскольку основной смысл теплового насоса — в снабжении теплом. Вообще говоря, темпера­тура конденсации определяется температурой среды, отводящей тепло (воздух или вода), расходом хладоагента и размером кон­денсатора. После того как размеры выбраны, можно влиять только на потоки хладоагента и теплоносителя. В водяной системе домаш­него отопления вода может подаваться, например, при температуре 65 и отводиться при 55° С. В более теплый день допустима более низкая температура подаваемой воды (55°С) и обратной (45°С). Та­кие режимы перемежаются с работой при более высокой темпера­туре. Повышение расхода воды позволяет в первом случае ограни­читься температурой подаваемой воды 62 и обратной 58 °С, что также снижает температуру конденсации.

Расход хладоагента регулируется компрессором. Компрессоры вытеснительного действия (ротационные, поршневые), регулиру­ются изменением скорости, что дает простое пропорциональное уп­равление. Регулирование производительности осуществляется от­ключением одного или нескольких цилиндров поршневых компрес­соров, а у винтовых компрессоров — изменением проходного сече­ния на входе. Центробежный компрессор не регулируется измене­нием скорости, его производительность меняется с помощью пово­ротных лопаток на входе.

Способность теплового насоса регулировать производительность и работать при частичной нагрузке повышает эффективность теп­лоснабжения за счет нескольких факторов. Исключаются потери из-за избыточного отопления, а разности температур в теплообмен­никах поддерживаются на минимальном уровне уменьшением рас­хода теплоносителей. Одно из исследований в США [11] показало, что при этом достигается 30%-ная экономия по сравнению с обыч­ным нерегулируемым тепловым насосом за счет применения улуч­шенной системы управления.

При некоторых неблагоприятных условиях КПЭ теплового на­соса может упасть ниже, чем у обычной котельной. Это может слу­читься, например, в тепловом насосе, использующем окружающий воздух во время очень холодной погоды. В этих случаях тепловой насос дополняется непосредственным огневым нагревом. Абсорб­ционный цикл особенно легко приспособить к прямому нагреву, так как он включает большие горелки или нагревательные эле­менты.

Кроме описанных способов регулирования показателей необхо­димо защитить тепловой насос от механических разрушений, вы­званных неблагоприятными условиями работы, с помощью пере­грузочных выключателей или ограничителей. Ниже перечислены причины возможных поломок:

Высокое давление на выходе. . . Разрушение конструкции

Высокая температура на выходе. . Коррозия клапанов, разло­жение хладоагентов

Высокое давление на входе.... Поломка упорного подшип­ника

Низкое давление на входе.... Попадание воздуха в си­стему, нарушение маСло - снабжения

Большая разность давлений.... Механическая поломка дви­жущихся частей

Защита от всех этих факторов не всегда необходима, поскольку ограничение выходного давления для многих хладоагентов исклю­чает риск появления высокой температуры и наоборот. В герме­тичных компрессорах нет осевого Давления на коленчатый вал и, следовательно, входное давление менее критично.

Если тепловой насос восстанавливает тепло водяного источника, в котором прекращается течение, испаритель может покрыться льдом, что устраняется применением сигнализации расхода или температуры с соответствующим отключением. Защита путем от­ключения не требуется для систем тонкого управления, в которых при повышении давления или температуры конденсации уменьша­ется производительность до тех пор, пока потребление тепла не возрастет снова.