1. Skip to Menu
  2. Skip to Content
  3. Skip to Footer>
Тепловизионное обследование - в подарок!

Холод, который греет

Любой мало-мальски образованный человек знает: энергия не возникает «из ничего », и вечных двигателей не существует, поэтому утверждение о том, что дом зимой можно обогреть водой из озера, покрытого льдом, большинство воспринимает как посягательство на законы физики или рекламный трюк, на самом же деле обогрев холодом — реальность.

Сделать сказку былью позволяют тепловые насосы — установки, которые, черпая низкопотенциальную тепловую энергию из окружающей среды, повышают ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения.

Как это происходит?

Каким образом холодная среда или тело могут стать источником ощутимого тепла? По «собственной инициативе », то есть естественным путем — никогда: в природе все устроено так, что тепло самопроизвольно может передаваться только от более нагретого тела к менее нагретому, но не наоборот.

Но тело можно «заставить » отдать тепло. Например, подтаявшее мороженое, помещенное в морозильную камеру, вновь становится твердым, то есть замерзает, поскольку отдает какое то количество тепла хладагенту, который затем передает это «отвоеванное » тепло воздуху в помещении. Но отдает недобровольно.

Хладагент, в качестве которого в холодильнике выступает газ фреон, циркулирующий по замкнутом контуру, сначала заставляют закипеть, понизив его давление, и начать испаряться. Этот процесс сопровождается активным поглощением тепла и происходит в теплообменнике испарителе, который обычно вмонтирован в стенку морозильной камеры, поэтому продукты внутри нее остывают. Далее пары хладагента, продолжая движение по контуру, засасываются компрессором, где сжимаются до достаточно высокого давления, в результате чего температура их значительно повышается. В холодильнике это тепло без всякой пользы рассеивается в окружающую среду через теплообменник конденсатор на задней стенке.

В тепловом насосе, который работает по тому же принципу,выделившееся тепло целевым образом используется для отопления. Акцент как бы смещен с охлаждения на обогрев:испаритель вынесен на улицу, где забирает тепло у того или иного низкопотенциального источника (уличный воздух, грунтовые воды, водоемы, грунт, скальная порода), а теплообменник конденсатор оставлен в помещении и встроен тем или иным образом в систему отопления.

В процессе эксплуатации теплонасоса пользователь расходует средства только на оплату электроэнергии, приводящей в действие компрессор. Затратив всего 1 кВт электроэнергии, можно получить 3–4 кВт тепловой энергии и даже больше. При вполне вероятном повышении цен на энергоносители альтернативы тепловым насосам не видно.

Классификация теплонасосов

Тепловой насос — вовсе не техническая новинка: как принцип он известен более 150 лет, да и на практике применяется достаточно давно, особенно в промышленности при утилизации тепла, выделяющегося в ходе различных производственных процессов. Активное бытовое использование теплонасосов началось в развитых странах во второй половине прошлого века в связи с обострением энергетического кризиса. Такая перемена мировоззрения связана с повышением цен на энергоносители, а также с осознанием угрозы экологической катастрофы вследствие парникового эффекта из за загрязнения атмосферы продуктами сгорания топлива.

В настоящее время создано и эксплуатируется огромное количество тепловых насосных установок, отличающихся по тепловым схемам, рабочим телам и применяемому оборудованию. В зависимости от характера физических процессов, используемых в теплонасосах для преобразования тепловой энергии и повышения ее потенциала (температуры), они бывают трех основных типов: компрессионные, сорбционные и термоэлектрические.

В быту применяются компрессионные установки, принцип действия которых основан на последовательном осуществлении процессов расширения и сжатия рабочего вещества (хладагента)— то есть аналогичен работе холодильника или кондиционера. Кстати, до недавнего времени принцип теплового насоса использовался главным образом именно в кондиционировании — в качестве дополнительного режима для частичного удовлетворения потребностей в тепле в межсезонье.

Чтобы кондиционер мог работать не только на холод, но и на тепло, в его контур добавляется специальный четырехходовый вентиль, с помощью которого теплообменники могут поменяться ролями: испаритель «превращается » в конденсатор и наоборот. Такой кондиционер называют кондиционером с реверсивным циклом,который может переносить тепло не только из помещения на улицу,но и в обратном направлении.

В последнее время тепловой насос чаще используют в качестве отопительного оборудования,но существуют и модели с реверсированием холодильного контура —то есть при необходимости они могут работать и на охлаждение.

Компрессионный тепловой насос, как и холодильник, состоит из четырех основных элементов: компрессора, конденсатора, испарителя и дросселирующего устройства, позволяющего понизить давление хладагента в испарителе. Испаритель осуществляет теплообмен с внешним контуром, по которому циркулирует теплоноситель, собирающий тепло в окружающей среде,а конденсатор связан с системой отопления дома (водяной или воздушной).

Теоретически источником энергии для теплового насоса может стать любая среда: вода (грунтовые воды или водоемы), воздух (наружный или отработанный в системе вентиляции), земля (почва или скальная порода).

Принципиальные схемы теплонасосов отличаются в зависимости от характера среды источника со стороны испарителя и среды приемника со стороны конденсатора.

По этому принципу установки делятся на шесть типов: вода—вода, вода—воздух, воздух—воздух, воздух—вода, земля—вода, земля—воздух. По принципу взаимодействия рабочих сред тепловые насосы можно объединить в две основные группы:

  1. открытого цикла, в которых рабочая среда забирается и отдается обратно в природу;
  2. замкнутого цикла, в которых рабочее вещество движется по замкнутому контуру, взаимодействуя с источником и потребителем тепла лишь посредством теплообмена в аппаратах поверхностного типа.

Примером из первой группы может служить система,где в качестве источника тепла используется грунтовая вода, которая забирается из скважины и после испарителя сбрасывается в близлежащий водоем или в другую скважину,пробуренную до того же водоносного горизонта. Пример из второй группы — погружаемый на дно водоема или в грунт замкнутый контур в виде пластмассового трубопровода с циркулирующей незамерзающей жидкостью.

Существуют также тепловые насосы прямого геобмена — например,оборудование EarthLinked ®компании ECR (США). В этом случае в землю укладывается контур с циркулирующим фреоном: теплообмен происходит непосредственно через поверхность тонких медных трубочек. Земляные теплообменники можно либо уложить горизонтально в траншеи на глубину 1,8 м, либо установить вертикально или под углом к поверхности земли на глубину всего 15–30 м в пробуренные скважины.

Особенности выбора

Выбор теплового насоса начинается с анализа энергоэффективности здания. При расчете теплопотерь в каждой конкретной ситуации учитывается масса факторов:высота и площадь помещений, количество окон и характер остекления, степень теплоизоляции стен, соотношение площади окон и пола, тип проектируемой системы отопления и некоторые другие параметры.

Целесообразность применения теплового насоса той или иной мощности зависит от разницы температур теплоносителей во входном контуре (со стороны источника)и выходном (со стороны потребителя): чем она меньше,тем больше экономия электроэнергии. Идеальный источник тепла должен давать стабильную достаточно высокую температуру в течение отопительного сезона, быть изобильным,иметь благоприятные теплофизические характеристики, не требовать существенных инвестиций и расходов по обслуживанию. Именно источник тепла является ключевым фактором,определяющим эксплуатационные характеристики установки. Как правило, воздух и почва используются в качестве источников тепла в небольших системах на базе тепловых насосов, тогда как морская, озерная и речная вода, геотермические источники и грунтовые воды применяются для систем большой мощности. Наиболее доступным источником низкопотенциального тепла служит наружный воздух. К сожалению, в условиях Украины тепловые насосы с воздушными испарителями могут быть эффективны только в южных районах, где их использование целесообразно также в режиме охлаждения в летнее время. Однако на февральской выставке KievBuild был продемонстрирован воздушно водяной тепловой насос Octopus, имеющий опыт применения в Швеции, где климат достаточно суров.

Особенность данного оборудования состоит в том, что тепло забирается из воздуха посредством испарителя из алюминиевого профиля (Icestick), который в виде вертикальной конструкции устанавливается рядом с домом, что называется, на открытом воздухе(его установка не требует большой площади и производства земляных работ). Находящаяся в воздухе влага конденсируется на холодном профиле испарителя,при этом поглощается высвобождаемая при испарении энергия. На профиле образуется иней или лед, который представляет собой аккумулятор тепловой энергии для хладагента. В зависимости от температуры наружного воздуха на каждый потребленный киловатт электроэнергии теплонасос Octupus дает от 2,5 до 5 кВт тепловой энергии. Однако в периоды максимальной нагрузки на систему отопления данное оборудование требует дополнительной электроэнергии. И все же в средней полосе в качестве источника низкопотенциального тепла лучше использовать грунт, температура которого постоянна в течение всего года (8–12°С), а в качестве способа обогрева дома — низкотемпературные системы отопления:водяной теплый пол (теплоноситель не должен быть горячее 45°С).Выполнить расчеты, подобрать оборудование необходимой мощности и определиться с источником низкопотенциального тепла помогут специалисты фирмы поставщика. На украинском рынке представлена теплонасосы компаний IVT,NIBE,MECMASTER, THERMIA (Швеция), VAILLANT, VIESSMANN(Германия), ECR (США). На апрельской выставке «Примус: Строительство и архитектура » посетители могли ознакомиться с продукцией швейцарской компании RIEDO CLIMA AG(генеральный дистрибьютор в Украине — фирма ПЛАСТ). Более 20 лет она занимается разработкой и производством тепловых насосов, продав и установив за это время в Европе свыше 35 000 единиц оборудования. Теперь продукция известной марки, отмеченная почетным знаком SWISS, который в Швейцарии удостоверяет наивысшее качество продукта, будет доступна и украинским потребителям.

Если решение об установке теплового насоса принимается на стадии проектирования дома, они интегрируется в комплекс инженерных систем, участвуя не только в отоплении (часто в увязке с прочими альтернативными источниками энергии), но и в подготовке горячей воды, а также в системах вентиляции и кондиционирования воздуха в помещениях. Существуют тепловые насосы, которые дают возможность аккумулировать избыток тепла с последующим его использованием. Комплексный подход позволяет достичь идеальной конфигурации систем жизнеобеспечения здания и их максимальной энергоэффективности.

 

Источник: журнал "Красивая Усадьба" №7, 2007, http://www.krasivayausadba.com

 

Добавить комментарий

Защитный код
Обновить

Теплоизоляция

Солнечные коллекторы

Ваш дом

Гаджеты



  • Новости энергосбережения от HomeForLife.RU

    Если у Вас есть персональная страничка в Яндексе или Google, Вы можете добавить туда наш новостной гаджет нажав по ссылке ниже:
    добавить на Яндекс
    Add to Google

Бурение

Тепловые насосы

Занимательные факты

Внедрение :: Почтовое отделение в Мюллигене (Швейцария) использует очищенные стоки из установки очищения сточных вод длиной 1 км как основной источник тепловой энергии для аммиачной насосной установки мощностью 5,6 МВт 

Опрос

Есть ли в Вашем доме альтернативные источники энергии?

 

 

 

 

  Итоги