Види теплових насосів

Ідея отримувати енергію (зокрема теплову) буквально з повітря не нова. І як не дивно, фантастичною здається лише на перший погляд. Тому що тепловий насос – пристрій, який дозволяє вирішити це завдання, не тільки існує, але й успішно застосовується практично вже майже 30 років. Щоправда, переважно у США та країнах Європи.

У СРСР свого часу також проводилися масштабні розробки у цьому напрямі. І навіть було запущено кілька досить вдалих експериментальних об'єктів. Наприклад, у Ялті у 1985-1986 роках. функціонувала 2,5-мегаватна теплонасосна установка. За рахунок відібраної у морської води енергії вона повністю забезпечувала опалення та ГВП пансіонату «Дружба», розрахованого на 400 відпочиваючих. З цілком зрозумілих причин експерименти так і залишилися експериментами, а сьогодні нам доводиться починати все спочатку.

Що ж до більш розвинених країн, то фахівці Світового енергетичного комітету вважають, що вже у найближчі 5 років до 75% їх опалення та ГВП забезпечуватимуть саме теплові насоси.

Холодильник навпаки: як працює тепловий насос

Тепловий насос часто порівнюють із холодильною установкою з точністю до навпаки. Якщо холодильник створює холод усередині, а надлишки тепла виділяє назовні, то тепловий насос робить зворотне – тепло навколишнього середовища переносить у будинок, назовні віддаючи холод. Проте таке порівняння мало пояснює реальний принцип дії агрегату.

Насправді тепловий насос - скоріше підвищує трансформатор теплоти. Він забирає низькопотенційне тепло у менш нагрітого об'єкта (довкілля) і передає його нагрітішому (наприклад, опалювальній системі будівлі), збільшуючи при цьому температуру останнього.

Якщо говорити людською мовою,тепловий насос отримує від навколишнього середовища в середньому від 0 до +7 ° С та з їх допомогою нагріває теплоносій до 35-60 ° С. І все це у повній відповідності до законів термодинаміки.

Схематично теплонасосну установку можна зобразити у вигляді 3 замкнутих контурів. Зовнішній (він же колектор) є заповнені антифризом труби і призначений для відбору теплоти навколишнього середовища. У другому циркулює рідкий холодоагент, здатний закипати і випаровуватися навіть за досить низьких температур. До складу цього контуру входять випарник та конденсатор, виконані у вигляді теплообмінників, та дросельний вентиль з компресором, які використовуються для зміни тиску холодоагенту. Під внутрішнім контуром розуміють безпосередньо систему опалення.

Працює все це в такий спосіб. Навколишнє середовище віддає своє тепло антифризу, який спочатку має нижчу температуру. Антифриз надходить у випарник. Робочим тілом (чи головним робочим компонентом) теплового насоса є холодоагент. Він у вигляді рідини через дросель упорскується у випарник. У випарнику під час роботи компресора тиск холодоагенту падає. Він починає кипіти і випаровуватися, відбираючи у антифризу зібрану зовнішнім контуром теплоту. Після цього пари холодоагенту виштовхуються у конденсатор. Тут за високого тиску вони скраплюються, віддаючи своє тепло теплоносія. Нагрітий теплоносій повертається до системи опалення. Цей цикл повторюється багато разів.

Види теплових насосів

Виходячи з джерел тепла, що використовуються, розрізняють кілька видів теплових насосів:

геотермальні, які використовують тепло землі та ґрунтових вод;
повітряні, схожі на звичайний кондиціонер;
працюючі на вторинному теплі (каналізації, стічних водахпідприємств, відпрацьованому теплому повітрі, що йде з вентиляцією).

Геотермальні насоси, у свою чергу, можуть бути ґрунтовими та водяними.

Найефективнішими вважаються теплові насоси, що працюють за рахунок тепла грунтових вод. Але перш ніж їх встановити, зазвичай необхідно отримати спеціальний дозвіл. Крім того, доводиться бурити одразу дві свердловини – для подачі та скидання води. А це операція трудомістка та досить дорога.

Грунтові. Їхня перевага в тому, що грунт добре акумулює тепло і додатково підігрівається теплом земного ядра. Плюс на глибині 1-1,5 м цілий рік підтримується відносно постійна температура. Відповідно, продуктивність таких агрегатів висока та стабільна незалежно від пори року, завдяки чому їх можна використовувати як єдине джерело тепла.

За конструкцією розрізняють два види ґрунтових насосів:

Грунтовий колектор – горизонтальна система труб, прокладених трохи нижче рівня промерзання та заповнених теплоносієм-антифризом (зазвичай на основі етилен- або пропіленгліколю). Недолік таких агрегатів полягає в тому, що під них потрібно виділяти досить велику за площею ділянку землі.

Грунтовий зонд. Розташовується вертикально, в одній або кількох свердловинах від 50 до 150 м (залежно від потреби об'єкта в теплі та геологічних особливостей місцевості). Плюс зонда у тому, що він займає мало місця. Однак його установка обходиться недешево – буріння процес дорогий та складний.

Повітряні. За принципом роботи схожі на звичайний кондиціонер. Порівняно з геотермальними дешевшими та набагато простіше монтуються. Легко сумісні із існуючими системами опалення. Але відрізняються низькою продуктивністю, яказалежить від вуличної температури та різко знижується при її падінні нижче -15°С. Такий тепловий насос рекомендують використовувати як доповнення до основного опалювального пристрою, наприклад газового або електричного котла.

Ще одним варіантом класифікації теплових насосів є класифікація за типом теплоносія:

Повітря - повітря. Акумулює тепло для опалення вуличного повітря. Причому для цих цілей підходить навіть досить холодне повітря, яке в процесі охолоджується ще більше. Пристрої цього виду відрізняються безшумною роботою та відсутністю проміжного теплоносія, а влітку можуть працювати на кондиціювання.
Вода - вода. Досить ефективна система, яка дозволяє нагрівати теплоносій теплом підземних, наземних чи стічних вод.
Вода - повітря. Для нагрівання повітря в повітряній системі опалення використовується одержане за допомогою зондів та свердловин тепло води.
Повітря - вода. Система, обернена до попередньої, тобто для нагрівання рідкого теплоносія використовують тепло повітря.
Грунт - вода. Вода циркулює у прокладених під землею трубах і акумулює тепло із ґрунту.
Льод - вода. Щоб нагрівати теплоносій, подібні агрегати використовують енергію, вивільнену при заморожуванні води. Власне, енергії, отриманої при заморожуванні від 100 до 200 л води, достатньо, щоб протягом цілої години обігрівати невеликий будинок.

Також розрізняютьмоновалентні табівалентні теплові насоси. Перші повністю покривають річну потребу об'єкта в охолодженні та опаленні, другі роблять це частково, тому працюють у комплексі з іншим опалювальним обладнанням.

Переваги та недоліки теплових насосів

Теплові насоси винятково ефективні та економічні. Витративши всього 1 кВт електричної енергії, вони віддають 4-5 кВт (а іноді й більше) теплової. Причому дають дешеве тепло, не завдаючи шкоди довкіллю. Не споживають палива та не виділяють вуглекислого газу та інших продуктів горіння.

За потреби їх можна включати у зворотному напрямку. Тоді внутрішній (опалювальний) контур буде відбирати тепло з приміщення, а зовнішній (колектор) – віддавати його ґрунту, воді чи повітрі. Тобто тепловий насос у цьому випадку функціонує як кондиціонер.

Прості в експлуатації, повністю автономні та не потребують втручання людини.

Вирізняються підвищеним рівнем пожежної безпеки.

Компактні, безшумні, довговічні. Термін їхньої служби в середньому становить до 25 і більше років.

Також досить складно розрахувати ефективність того чи іншого виду обладнання для конкретного об'єкта. Найкраще скористатися послугами кваліфікованих спеціалістів або менеджерів-консультантів у магазинах відповідного профілю.

Ознайомитись з усіматепловими насосами.