Виды тепловых насосов

Тепловые насосы в качестве первичного источника тепла используют экологически чистую природную энергию грунта, воды или воздуха (см.рис). Они также могут использовать и любое уходящее технологическое тепло. В зависимости от вида первичного источника тепла выделяют следующие виды тепловых насосов:

• Рассольно-водяной
• Водо-водяной
• Воздушно-водяной
• Водо-воздушный
• Воздушно-воздушный

Рассольно-водяные насосы

Верхний слой земной поверхности (грунт) является стабильным источником тепла: температура на глубине трех метров относительно постоянна и лежит в диапазоне от 7 °C до 13 °C. Восприятие тепла грунта происходит с помощью горизонтальнго и вертикально-проложеного теплообменника (коллектора/зонда), находящегося недалеко от обогреваемого здания. Тепло с помощью теплоносителя (рассола) поступает из грунта в тепловой насос.

Тепловые насосы, использующие тепло грунта или грунтовых вод также называют геотермальными насосами.Грунтовые воды являются самым оптимальным источником энергии для тепловых насосов,их температура которых почти не опускается ниже +12 °C.

С коллекторным грунтом

В первичном контуре такого насоса (грунте) находится теплоноситель (рассол), а во вторичном контуре (системе отопления здания) — вода. Первичный контур воспринимает тепло грунта привнесенное туда солнечной радиацией, дождем или талыми водами.

Контур грунтового коллектора располагается на глубине от 1,2 до 1,5 м, где температура в течении года достаточно постоянна. Дальнейшее углубление приводит к повышению строительных расходов и оправдано для регионов с более холодным климатом и более продолжительным зимним периодом.
Каждый контур грунтового коллектора должен быть равен по длине соседним контурам, чтобы не создавать гидравлического перепада давлений по контурам. Следует также избегать протяженности отдельного контура более, чем 100 метров, так как гидравлическое сопротивление труб приведет к повышению расхода энергии циркуляционных насосов.

Площади земли, находящиеся над проложенными грунтовыми коллекторами должны, по возможности, иметь минимальную застройку и затенение, чтобы полноценно регенерировать в течение теплого времени года. Солнечное излучение и осадки должны обеспечивать полную регенерацию грунта, чтобы к началу отопительного периода он был готов отдавать накопленное тепло.
Для прокладки грунтовых коллекторов необходимо проведение большого объема земляных работ. Для нового строительства это, как правило, не влечет за собой больших дополнительных затрат, однако, если речь идет о модернизации системы отопления уже существующего объекта, издержки возрастают многократно.

Теплоотдача различных видов грунта лежит в пределах от 10 до 35 Вт/м2.Наиболее эффективными в этом отношении являются насыщенные влагой плотные почвы, например, глинистые.

С зондом

Применение вертикального зонда осуществляется с помощью буровых установок и занимает гораздо меньше времени, чем в случае с коллектором. Важную роль здесь играет расположение скважин и их глубина.
Поэтому монтаж грунтовых зондов должны проводить специализированные компании с компетентными специалистами. Кроме того, с ними заключается договор на гарантийное и послегарантийное обслуживание скважин.
Современные законодательные нормы и правила требуют в большинстве случаев согласований с местными властями и получения разрешения на право проведения буровых работ.
Для правильного проектирования и подбора тепловых насосов большое значение играет точное определение состава почвы на всей глубине бурения скважины, наличие грунтовых вод, насыщенность ими почвенных слоев, а также возможность попадания зондов в русла подземных рек. В среднем, при нормальных гидрогеодезических условиях, для укрупненного определения мощности скважины для расчета принимается значение 50 Ватт на метр (согласно VDI 4640). Если зонд находится в почве высокого влагосодержания, то это значение может быть несколько выше.

Разные виды грунта имеют соответственно разную теплоотдачу, но, не смотря на это, тепловые насосы с геотермическими зондами и с грунтовыми коллекторами на данный момент пользуются большой популярностью, особенно в европейских странах.

Водо-водяные насосы

Вода также является хорошим источником первичного тепла для теплового насоса. Даже в холодные зимние месяцы температура грунтовой воды остается постоянной и лежит в пределах от 7 °C до 12 °C. Чтобы использовать грунтовые воды, их выкачивают из «верхней» скважины, направляют в теплообменник водо-водяного теплового насоса и затем охлажденную воду сбрасывают в «нижнюю» скважину.

Поверхностные грунтовые воды также могут эффективно использоваться в качестве первичного источника тепла, однако, следует помнить, что их температура сильно колеблется в зависимости от времени года.
Качество воды должно соответствовать требованиям производителя тепловых насосов, так как высокоэффективные пластинчатые теплообменники тепловых насосов очень чувствительны к качеству воды.
Чтобы избежать поломки теплообменника, как правило, рекомендуют использовать промежуточные теплообменники. В этом качестве хорошо себя зарекомендовали теплообменники из нержавеющей стали, передающие тепло от грунтовой воды первичного контура к рассолу внутреннего контура теплового насоса. Тем самым, тепловой насос оказывается надежно защищенным.

Тепловые насосы типа вода-вода — одни из наиболее эффективных, экономичных и экологически чистых методов отопления и охлаждения зданий. Автономные, высокоэффективные установки могут быть расположены почти везде внутри здания. Стандартные системы используют бойлер и градирню для добавления или изъятия энергии из контура, в то время как геотермальные системы используют грунт или аквифер(водоносный пласт) как средство теплообмена, без применения бойлера или градирни.

Источник тепла — сточные воды

Кроме тепла наружного воздуха, земли или воды — тепловые насосы могут эффективно использовать тепло сточных или технологических вод, а также тепло уходящего воздуха с вентиляцией помещений, когда вторичное тепло используется для подогрева горячей воды или приточного
наружного воздуха. Тепло сточных вод с успехом рекуперируется, но для этого необходимо предусмотреть систему с промежуточным теплообменником из стали высокой коррозионной стойкости.

Воздушно-водяные насосы

Наружный воздух, как источник тепла, требует самых небольших издержек при применении.
Воздух засасывается вентилятором, охлаждается в испарителе теплового насоса и выбрасывается обратно в окружающее пространство.
До температуры окружающего воздуха равной –20 °C современные воздушно-водяные тепловые насосы могут обеспечить теплоснабжение помещения. Однако, при более низких температурах такой тепловой насос не может обеспечить теплом помещение в моновалентном режиме и требуется дополнительный теплогенератор. Так как теплообменники воздушно-водяных тепловых насосов обеспечивают большой расход воздуха (3 000 до 4 500 м 3 /ч), необходимо предусмотреть правильное расположение воздухозаборников для создания комфортных условий проживания.

Водо-воздушные насосы

Прямо противоположны предыдущему типу. Во входном контуре тепловой насос использует тепло грунтовых и иных вод, на выходе теплоносителем является воздух. В такой системе обогрев ведется за счет воздуха, что не считается идеальным решением для частного дома.

Воздушно-воздушные насосы

Принцип таких систем построен на том, что забирая тепловую энергию наружного воздуха, тепловой насос передает ее сразу в помещение. Используется тепловой насос воздух – воздух для удешевления работы энергетической системы отопления, а также для нагрева воды. В ряде случаев можно использовать устройство в «обратную» сторону и охлаждать помещения дома в летний жаркий период. Тепловые насосы воздух – воздух являются универсальными в применении, надежными в эксплуатации, работают бесшумно и имеют оптимизированную вентиляционную систему.

Эта статья прочитана 6394 раз(а)!

Продолжить чтение