ТЕПЛОВОЙ НАСОС
Мы рассмотрели в предыдущих главах способы отопления жилища с помощью теплогенераторов, работающих на энергии газа, жидкого или твердого топлива, а
также с помощью электроотопления.
Однако есть еще один источник тепла, не очень широко используемый, хотя и почти даровой. Почти - потому что потратиться нужно только на его доставку.
Речь идет о так называемом тепловом насосе. Это устройство забирает природное тепло из незамерзающих слоев грунта или грунтовой воды и отдает его теплоносителю, циркулирующему в системе отопления.
Работа теплового насоса напоминает действие холодильного аппарата, который отнимает тепло из хранящихся в холодильнике продуктов и выбрасывает его наружу (поэтому решетка теплообменника сзади холодильника всегда горячая)
У нас в стране тепловые насосы пока еще в новинку, тогда как в США или Японии они производятся миллионными тиражами. Тепловой насос поглощает из окружающей среды низкопотенциальное тепло с температурой плюс 4 - 6 градусов (и выше) и передает его в систему теплоснабжения в виде нагретой (до 40 - 70 'С) воды или горячего воздуха. Тепло можно получать не только от природных, но и от техногенных источников (промышленные сбросы, очистные сооружения и т. д.).
Переносит его хладагент, способный испаряться уже при тех низких температурах, которые присущи источнику тепла (4 6 С).
Посмотрим, как работает тепловой насос (рис. 108 . Как и обычный компрессионный холодильник, он содержит циркуляционный контур, в который входят испаритель, компрессор, конденсатор и испарительный клапан. Жидкий хладагент поступает в испаритель, расположенный в зоне действия источника тепла (теплоотдатчика), нагревается этим теплом и испаряется пары отсасываются компрессором. Здесь при повышении давления происходит рост температуры пара. В конденсаторе пары конденсируются (превращаются в жидкость), отдавая тепло через теплообменник в систему теплоснабжения, то есть нагревая воду циркуляционного отопительного контура.
108. Принцип действия теплового насоса:
испаритель; 2 испарительный клапан; 3 компрессор; 4 катор (теплообменник).
Жидкий хладагент поступает снова в испарительный клапан, где приобретает исходное давление и температуру.
Электроэнергия тратится лишь на перемещение хладагента компрессором. Поэтому устройство в целом более чем экономично: на 1 кВт затраченной электроэнергии вы получаете до 4 кВт тепла.
Важной особенностью теплового насоса является его абсолютная экологическая чистота.
Современные конструкции тепловых насосов оборудованы микропроцессором, управляющим работой насоса и поддерживающим заданный режим. Размеры установки невелики в плане не более О, 5 м'.
Эффективность теплового насоса обратно пропорциональна температуре в системе отопления чем она ниже, тем выше эффективность теплового насоса. Этому условию лучше всего удовлетворяют системы распределения тепла через пол и стены, ведь по действующим нормам температура теплоносителя в таких системах отопления не должна превышать 35 С. Этого вполне достаточно, чтобы обеспечить равномерный прогрев помещения тепловым излучением. Но есть и установки на основе тепловых насосов, которые способны осуществлять отопление загородного дома и через систему труб и радиаторов, поддерживая в системе отопления температуру 55 70 С. КПД таких установок несколько ниже.
На рис. 109, 110 показаны насосная установка Siemens и схема обогрева дома с помощью теплового насоса (фирма Thermia).
Как видно из рисунка, тепловой насос обслуживает теплые полы на первом этаже, подогрев воздуха и воды для душа на втором этаже.
Рассмотрим источник тепла для теплового насоса:
наружный воздух;
грунтовые воды;
тепло грунта ниже глубины промерзания.
Грунтовая вода является идеальным источником энергии для теплового насоса — в течение всего года она имеет постоянную температуру +8 10 'С. Вполне подходят и незамерзающие зимой озера и реки, ведь температура в них не бывает ниже +4 8 С Прекрасным источником энергии оказывается и земля, забор тепла из нее осуществляется тремя способами: через уложенный ниже глубины промерзания плоскостной коллектор, при этом площадь укладки должна быть в 1,5 - 2 раза больше отапливаемой площади; через компактный коллектор, представляющий собой спиралевидную конструкцию, позволяющую существенно сократить необходимую для тепло- забора площадь, или через глубинный зонд, который опускается в скважину глубиной 100 м. В тех случаях, когда источниками тепла для теплового насоса являются вода или земля, его работа не зависит от температуры наружного воздуха.
Исторически один из самых распространенных видов тепловых насосов - воздухо-воздушный. Это очень удобная и экономичная дополнительная система отопления.
Рис 109 Установка с тепловым насосом фирмы Siemens.
Такой тепловой насос способен забирать тепловую энергию у наружного воздуха с температурой до -15 С и подавать нагретый воздух для отопления дома.
Срок службы теплового насоса до капитального ремонта составляет 10 - 15 отопительных сезонов, в первую очередь из-за компрессора, срок службы которого и составляет примерно 15 лет и который можно легко и дешево заменить. А срок эксплуатации земляного коллектора, например, зависит от уровня кислотности почвы и может достигать 50 - 100 лет при нормальных условиях и приблизительно 30 лет при повышенной кислотности почв Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы и не требует специальных навыков. Срок окупаемости оборудования, по оценкам специалистов, не превышает 2 - 3 отопительных сезонов.
Рис.110 Схема отопления жилого дома установкой с тепловым
насосом (Thermia).
1 - испаритель теплового насоса; 2 - насосная установка;
3 - трубы обогрева пола, 4 - душ; 5 - забор уличного воздуха;
стрелками показана подача подогретого воздуха в помещение
Существуют тепловые насосы, рассчитанные только на отопление и подготовку горячей воды для бытовых це лей Эта группа тепловых насосов является прямым конкурентом современных отопительных котлов.
Имеются также комплексные системы, обеспечивающие отопление и охлаждение помещений и снабжение их горячей водой Наконец, существуют тепловые насосы, используемые исключительно для горячего водоснабжения Многие модели представляют собой водонагревательную систему накопительного типа с бойлером на 300 500 л, в котором вода нагревается до температуры 50'С, что достаточно для горячего водоснабжения семьи из 5 — 6 человек. На случай потребности в более горячей воде в такие бойлеры дополнительно устанавливаются электронагревательные элементы, нагревающие воду до 65 С.
Кроме того, нужно отметить, что наряду с установками на базе тепловых насосов, способными полностью покрывать годичную потребность в отоплении и охлаждении, есть и группа установок, рассчитанная на охлаждение помещений, а вот по теплу они покрывают лишь часть потребности. Недостаток вырабатываемого ими тепла компенсируется дополнительными источниками отопления — газовыми или жидкотопливными котлами.
Итак, использование тепловых насосов вместо традиционных источников тепла дает существенную экономию, так как их эксплуатация не требует закупки, транспортировки и хранения топлива. Применение теплового насоса может быть до 2,5 раз выгоднее самой эффективной газовой котельной, при этом они совместимы практически с любой циркуляционной отопительной системой.
Источник: книга Инженерные системы загородного дома Синельников В.С.
