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 из них — 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 давления, 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.