Тепловые насосы – холодильники наоборот

teplovye nasosy holodilniki naoborot Отопление

22 марта 2018 в 15:45
Тепловые насосы – холодильники наоборот

Эксперты прогнозируют, что к 2020 году доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов в развитых странах составит 75%.

Замечательным свойством тепловых насосов (ТН) является их способность получать энергию из окружающей среды: земли, водоемов и даже обычного воздуха. Температура в этих средах может быть отрицательной (до -15 ° C), а температура воды, нагретой TH, может достигать 60-80 ° C.

Мы привыкли, что количество тепловой энергии, получаемой на выходе теплогенератора, всегда меньше энергии, отбираемой от энергоносителя — газа, топлива, электроэнергии. КПД котла всегда меньше 100%. Всего 0,25-0,4 кВт электроэнергии от ТЭЦ можно использовать для производства 1 кВт тепловой энергии. Остальная энергия обеспечивается окружающей средой. Тепловой насос похож на обычный холодильник, за исключением того, что последний извлекает тепло из продуктов в камере и передает его в окружающую среду, в то время как PH извлекает тепло из окружающей среды и передает его теплообменнику. Таким образом, TH — это холодильник наоборот.

В обоих приборах используются два хорошо известных свойства жидкости:

— Когда вода переходит из одной фазы в другую (из жидкости в пар (кипение) или наоборот из пара в жидкость (конденсация)), тепло поглощается или выделяется. В термодинамике этот процесс называется теплотой фазового перехода;

— при понижении давления жидкость начинает закипать (испаряться) при более низкой температуре. В холодильниках и охладителях используются специальные вещества — хладагенты, называемые фреонами, или хладагенты, кипящие при температурах -20 ° С, -30 ° С. Хладагент — это рабочее тело холодильного устройства, циклические изменения агрегатного состояния которого позволяют передавать тепло от среды с низкой температурой к среде с более высокой температурой. Низкотемпературный хладагент называется источником тепла с низким потенциалом. Это может быть земля, вода или воздух.

Принцип работы теплового насоса

ВТ, как и холодильник, состоит из 4-х основных функциональных элементов: испарителя, компрессора, конденсатора и дросселя, в котором циркулирует рабочее тело — фреон.

Так или иначе, тепло к испарителю подводится от низкопотенциального источника тепла — земли, воды, воздуха. В теплообменнике испарителя это тепло передается рабочей среде — фреону, который находится под низким давлением и кипит при заданной температуре. Образовавшийся пар всасывается в компрессор и сжимается. Во время сжатия температура пара повышается до 90-100 ° C. Горячий фреон под давлением попадает в конденсатор — теплообменник с циркулирующей во внешнем контуре водой или воздухом, который является теплоносителем для системы отопления.

В конденсаторе пары фреона конденсируются на холодных поверхностях, передают свое тепло теплоносителю внешнего контура, а сам фреон охлаждается и переходит в жидкую фазу. Затем жидкий фреон проходит через дроссельную заслонку, после чего его давление резко падает, а температура становится ниже температуры низкопотенциального источника тепла.

В конце цикла фреон снова попадает в испаритель, закипает, испаряется и т. Д., И цикл автоматически повторяется. Так работают ТН со сжатием пара, которые обычно используются в бытовых установках. Также существуют абсорбционные, эжекторные и термоэлектрические тепловые насосы.

Устройство собирает тепловую энергию из окружающей среды, которая может иметь отрицательную температуру, и нагнетает ее в теплоноситель приемника, что позволяет поднять температуру до 60-80 ° C. Характерно, что тепло потребляет только энергию, необходимую для работы компрессора. Количество тепловой энергии, передаваемой от низкопотенциального источника тепла к получателю, может быть в несколько раз больше, чем потребление электроэнергии приводом компрессора.

Главная особенность TH — коэффициент преобразования тепла. Он показывает отношение тепловой мощности, поставляемой потребителю, к соответствующей мощности компрессора. На каждый 1 кВт потребляемой электроэнергии тепловой насос может производить от 2,5 до 4 кВт тепловой энергии.

Способы отбора низкопотенциального тепла

Важным элементом теплового насоса является устройство, отбирающее тепло из окружающей среды. Поскольку разные среды (почва, вода, воздух) могут быть источником некачественного тепла, существуют разные способы его получения:

1. Датчики заземления. Тепло забирается из одной или нескольких скважин глубиной 50-150 м. Температура почвы на этой глубине всегда одинакова — около + 10 ° C. Поэтому геотермальные зонды наиболее эффективны. Тепловая мощность глубинных зондов составляет от 30 до 100 Вт на погонный метр ствола скважины. Глубина и количество скважин зависят от типа почвы и тепловой мощности, необходимой пользователю;

2. Наземные коллекторы. Тепло отводится из неглубокого слоя почвы (1-2 м) с помощью горизонтально расположенных полиэтиленовых труб с теплоносителем-незамерзающим. Способ укладки труб может быть петлевым, шланговым, спиральным и т. Д. И зависит от свойств почвы и геометрии местности. Тепловая мощность заземляющего коллектора составляет 10-35 Вт на погонный метр трубы, а стоимость ниже стоимости заземляющих зондов. Необязательно прокладывать периметр ниже уровня промерзания грунта;

3. Водосборники. Трубы размещаются на дне незамерзающей емкости с водой. Эта система эффективнее наземного коллектора и не требует выемки грунта, но условия для ее реализации достаточно редки;

4. Воздушные контуры. Тепловые насосы с воздушным источником тепла, использующие тепло из наружного воздуха, становятся все более распространенными. Они эффективно работают до температуры воздуха от -10 ° C и даже ниже. Коэффициент преобразования тепла тепловых насосов с воздушным источником составляет 3-3,8, а максимальная температура воды в системе отопления составляет 55 ° C. При температуре воздуха ниже -10 ° C КПД воздухонагревателей снижается и необходимо подключить второй (резервный) котел — дизельный или электрический. Для этого некоторые воздухонагреватели оснащены встроенными нагревательными элементами.

В последние годы воздухонагреватели также научились использовать теплый воздух из домашних вытяжных систем вентиляции. Это дополнительное тепло используется для повышения эффективности тепловых насосов или для обогрева земли вокруг подземных коллекторов.

Оцените статью
Всё об отоплении и строительстве
Добавить комментарий