Page 1

Что такое тепловой насос? Тепловой насос - это компактная отопительная установка, предназначенная для автономного отопления и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии, например, электрических, газовых и дизельных генераторов тепла заключается в том, что при производстве тепла, до 80% энергии извлекается из окружающей среды. Тепловой насос «выкачивает» солнечную энергию, накопленную за теплое время года, из грунта, скальной породы, озера и даже воздуха.

История тепловых насосов Концепция тепловых насосов была разработана на базе известного Цикла Карно еще в 1852 году выдающимся британским физиком и инженером Уильямом Томсоном (Лордом Кельвином) и в дальнейшем усовершенствована и детализирована австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером (Peter Ritter von Rittinger). Петера Риттера фон Риттингера считают изобретателем теплового насоса, ведь именно он спроектировал и установил первый известный тепловой насос в 1855 году. Но практическое применение тепловой насос приобрел значительно позже, а точнее в 40-х годах ХХ столетия, когда изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер (Robert C. Webber) экспериментировал с морозильной камерой. Однажды Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе камеры и понял, что тепло просто выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать это тепло, и решил поместить трубу в бойлер для нагрева воды. В результате Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которое они физически не могли использовать, при этом часть тепла от нагретой воды попадала в воздух. Уильям Томсон, лорд Кельвин Это подтолкнуло его к мысли, что от одного источника тепла можно нагревать и воду, и воздух одновременно, поэтому Вебер усовершенствовал свое изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через змеевик) и с помощью небольшого вентилятора распространять тепло по дому с целью его отопления. Со временем именно у Вебера появилась идея «выкачивать» тепло из земли, где температура не слишком изменялась в течение года. Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон, который «собирал» тепло земли. Газ конденсировался, отдавал свое тепло в доме, и снова проходил через змеевик, чтобы подобрать следующую порцию тепла. Воздух приводился в движение с помощью вентилятора и распространялся по дому. В следующем году Вебер продал свою старую угольную печь. В 40-х годах тепловой насос был известен благодаря своей чрезвычайной эффективности, но реальная потребность в нем возникла в период Арабского нефтяного эмбарго в 70-х годах, когда, несмотря на низкие цены на энергоносители, появился интерес к энергосбережению.

ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

1


Источники энергии для теплового насоса Внешний контур теплового насоса, собирающий тепло окружающей среды, представляет собой, как правило, полиэтиленовый трубопровод, уложенный в землю или в воду, внутри которого циркулирует незамерзающая жидкость (рассол).

Грунт Грунт, пожалуй, наиболее универсальный источник рассеянного тепла. Он хорошо аккумулирует солнечную энергию и круглый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда "под ногами" и способен отдавать тепло вне зависимости от погоды. Ведь на глубине температура практически постоянна в течение всего года, это обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким коэффициентом мощности. При использовании грунта в качестве источника тепла, внешний контур, собирающий тепло окружающей среды, опускается в скважину на 50-100 м (вертикальный теплообменник) или закапывают на глубину 1,2-2,0 м (горизонтальный теплообменник).

Вода из водоемов Также как и грунт хорошо аккумулирует солнечную энергию. Источником тепла могут быть как грунтовые (подземные) воды, так и открытые водоемы (озеро, река, море). Для использования грунтовых вод необходимо построить водоотборную и сбросную скважину, а также получить разрешение соответствующих ведомств. При использовании в качестве источника тепла воду ближайшего озера, реки, контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения – короткий внешний контур, «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом. Плюсом такого способа, является его относительная невысокая стоимость установки.

ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

2


Воздух Окружающий воздух особенно легко использовать в качестве источника тепла, поскольку он имеется везде и в неограниченном количестве. Тепловые насосы позволяющие получать тепло из воздуха и в настоящее время могут эксплуатироваться почти круглый год. Однако при низких температурах коэффициент преобразования и мощность теплового насоса резко уменьшается, поэтому такие насосы рекомендуется использовать в бивалентных схемах отопления. По сравнению с другими видами тепловых насосов воздушные тепловые насосы требуют наименьших капиталовложений, однако не могут использоваться как основной источник тепла. Для получения тепла из теплого воздуха, например, из вытяжки системы вентиляции, устанавливается специальная модель теплового насоса с воздушным теплообменником. Тепло из воздуха для системы отопления и горячего водоснабжения также можно собирать на производственных предприятиях, например, на хлебопекарнях, предприятиях по производству керамики и т.п. предприятиях с большим количеством вырабатываемого теплого воздуха.

Преимущества системы отопления с тепловым насосом 1. Экономичность - тепловой насос использует потребляемую энергию на порядок эффективнее любых котлов, сжигающих топливо и использующих электрическую энергию. Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД системы (от 300% до 700%) и позволяет получить на 1 кВт затраченной электроэнергии 3-7 кВт тепловой энергии или 15-25 кВт мощности пассивного охлаждения. 2. Автономность - поскольку работа теплового насоса не зависит от поставок органического топлива соответственно не нужно прокладывать тепло- и газо- коммуникации. 3. Универсальность - в одном комплекте оборудования потребитель получает одновременно систему отопления, охлаждения и нагрева воды. 4. Надежность - тепловой насос надежен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, регулировка не требует особых навыков и описаны в инструкции. 5. Долговечность - срок службы тепловых насосов несравнимо больше, чем у классических систем отопления, они могут прослужить без особого внимания к себе от 20 до 50 лет, и даже после этого срока сохраняют свою работоспособность, путем замены износившихся узлов. 6. Безопасность - эти агрегаты взрыво- и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Взрываться здесь просто нечему, нельзя также угореть или отравиться. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей. В сущности, тепловой насос опасен не более чем холодильник. 7. Комфорт - тепловой насос работает устойчиво, колебания температуры и влажности в помещении минимальны, применяется климатический контроль. 8. Экологичность - экологически чистый метод отопления и кондиционирования. Во время работы отсутствуют вредные выбросы в окружающую среду CO, СO2, NOх, SO2, PbO2, приводящие к нарушению озонового слоя, кислотным дождям, не оказывает вредного воздействия на ваш организм. 9. Не требует никаких согласований - при монтаже тепловых насосов не нужно никаких согласований, нет бумажной волокиты, к примеру, как при газовом отоплении.

ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

3


Устройство теплового насоса Устройство теплового насоса объясняют обычно на примере устройства холодильника –и в первом и во втором агрегате действует один и тот же физический принцип (происходит то, что физики называют циклом Карно). Как и в холодильнике, основными функциональными частями теплонасоса являются конденсатор (здесь происходит передача тепла от хладагента к отапливающим помещение элементам: радиаторам, отопительным панелям, «тѐплым полам»), испаритель и компрессор. Конечно же, тепловой насос, как и холодильник, содержит в себе циркулирующий хладагент (фреон) – с той лишь разницей, что современное производство тепловых насосов ведѐтся с использованием фреона, не содержащего хлоруглеводов или других вредных для окружающей среды и человеческого здоровья компонентов. Итак, если мы представим себе холодильник с увеличенной и приспособленной для отопления решѐткой, обычно находящейся с тыльной его стороны, то получим приблизительное представление о тепловом насосе. Оба устройства даже обладают внешним сходством – только функции различны. Эффективное энергосбережение теплового насоса достигается благодаря тому, что он практически две трети производимой тепловой энергии берѐт из окружающей среды: будь это земля, грунтовые воды или просто воздух. Разумеется, тепловые насосы, а вернее питающиеся от электросети компрессоры тепловых насосов, тоже потребляют электроэнергию, но при этом их КПД превышает КПД большинства распространѐнных тепловых систем – и при хорошей теплоизоляции отапливаемого помещения можно свести расход энергии к минимуму. Также здесь очень важен грамотно произведѐнный монтаж теплового насоса и все сопутствующие работы.

Принцип работы теплового насоса С тепловым насосом, как таковым, мы сталкиваемся каждый день – это устройство очень похоже на бытовой холодильник. При работе холодильника идѐт постоянный отбор тепла из продуктов и воздуха морозильной камеры и отдача его в помещение расположенным на задней стенке холодильника радиатором. Но почему холодильник охлаждает продукты? Здесь используется известная физическая закономерность: испаряющееся вещество имеет свойство поглощать тепло, а вещество, которое конденсируется – отдавать его. В качестве такого вещества в холодильниках используется газ фреон. Использование газа (а не жидкости) обусловлено другим физическим принципом, используемым в работе холодильника: при увеличении давления температура вещества повышается, а при снижении - понижается. А жидкости, как известно, очень плохо поддаются сжатию. Сам по себе, фреон ничего не охлаждает и не нагревает. Однако достаточно нагреть его до температуры кипения (а это около 3 °C, что значительно ниже комнатной температуры) и затем сжать, чтобы температура полученного газа возросла многократно. Нагревание фреона как раз производится теплом продуктов, находящихся в морозильной камере. Если же, затем, снизить давление, то его температура будет резко падать, а газ перейдет в жидкое состояние. Повторяя этот процесс, мы получаем возможность замораживать продукты. А теперь представьте себе холодильник, морозильную камеру которого "закопали" в землю, а радиатор как отопительный агрегат внесли в дом. Включив подобное устройство мы начнем отбирать тепло не у продуктов, а у земли. Конечно, тепловой насос используя принцип работы холодильника, представляет собой не закопанные в землю морозильные камеры. Это высокотехнологичное устройство, работающее в полностью автоматическом режиме.

ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

4


Схема работы теплового насоса Работа тепловых насосов основана на процессе выделения тепла из грунта (имеющего температуру около плюс 8°С), при помощи теплообмена между тремя контурами: 1. рассольный (земляной) контур; 2. контур теплового насоса; 3. отопительный контур. Общая схема работы теплового насоса представлена на рисунке:

Сам же тепловой насос представляет собой устройство, внутри которого происходит преобразование температуры с +8°С до +75°С. Тепловой насос состоит из: 1. Теплообменник передачи тепла земли внутреннему контуру. 2. Компрессор 3. Теплообменник передачи тепла внутреннего контура системе отопления 4. Дроссельное устройство для понижения давления 5. Рассольный контур и земляной зонд 6. Контур отопления и ГВС

Первичный контур – полиэтиленовая труба U-образной формы, погруженная в скважину. По трубе циркулирует незамерзающая жидкость. В результате циркуляции ко второму контуру теплового насоса поступает жидкость с температурой +8°С (температура земли).

ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

5


Жидкость передает свою температуру (+8°С) второму контуру. Во втором контуре циркулирует фреон. (Отличительная особенность фреона состоит в том, что при температуре выше 3°С он из жидкого состояния переходит в газообразное). Жидкий фреон, получая от первичного контура температуру +8°С переходит в газообразное состояние. Далее, газообразный фреон поступает в компрессор, где газ сжимается с 4 до 26 атмосфер. При таком сжатии он нагревается с +8°С до +75°С. (Это самый важный этап работы теплового насоса. Именно на этом этапе происходит преобразование энергии большого объема газа с температурой +8°С в малый объем газа с температурой +75°С. При этом общая энергия газа до и после компрессора остается неизменной. Просто он сконцентрировался в сгусток энергии, которой некуда деваться. Поэтому и происходит нагревание газа до +75°С).

Энергия газа (фреон), разогретого до +75°С, передается в третий контур – систему отопления и горячего водоснабжения дома. В процессе передачи энергии газа третьему контуру после потерь (10-15°С), отопительный контур нагревается до температуры 60-65°С.

Газ (фреон), отдав свою энергию отопительному контуру, остывает до 30-40°С. При этом, он по-прежнему находится под давлением в 26 атмосфер. Затем происходит снижение давления до 4 атмосфер (так называемый эффект дросселирования). В результате падения давления происходит значительное охлаждение газа (эффект, обратный повышению температуры при увеличении давления). Он охлаждается до 0-3°С и становится жидкостью.

Температура фреона 0-3°С передается теплоносителю первичного контура, который уносит ее вглубь земли. Проходя по скважине, теплоноситель нагревается и выходит на поверхность земли с температурой +8°С, которая опять подается на второй контур. А в это время происходит процесс завершения цикла во втором контуре. Жидкий фреон с температурой 0-3°С опять соприкасается с первичным контуром, приносящим из земли +8°С. Процесс повторяется ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

6


Преимущества наших тепловых насосов До появления на украинском рынке тепловых насосов, как таковых, специалистами компании производился монтаж и обслуживание промышленных холодильных машин (которые работают по такому же принципу, что и тепловой насос) для супермаркетов, магазинов розничной торговли и прочих промышленных объектов. Вследствие чего, был накоплен полезный опыт по работе с такими агрегатами, который позволил внести существенные конструктивные особенности в работу данных систем.

Это позволило дать нашим тепловым насосам следующие отличительные преимущества:

Надежность. Специально разработанные для украинских условий эксплуатации и совмещают в себе комплектующие от лучших производителей Европы и Украины. Сердцем тепловых насосов нашей фирмы являются высокоэффективные спиральные компрессоры.

Универсальность. Особенности проектирования и монтажа импортных тепловых насосов на территории Украины ставят в узкие рамки профильных специалистов, «заставляя» использовать дорогостоящее дополнительное оборудование и антифризы. Тепловые насосы предприятия "МВ и Компания" способны работ ать с любыми циркуляционными насосами и буферными емкостями, а в качестве антифриза используют рассол украинского производства, который в несколько раз дешевле пропиленгликоля. Цена. Стоимость наших тепловых насосов значительно ниже зарубежных аналогов и имеет оптимальное соотношение цена/ Гарантия. качество. Увеличенный срок гарантийного обслуживания до 5 лет. Безопасность. Тепловые насосы проходят производственную систему контроля качества, соответствуют требованиям электро-, пожаробезопасности, и имеют все необходимые разрешительные документы для эксплуатации в качестве источника тепла.

ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

7


Комплектация наших тепловых насосов Компрессоры – Copeland Scroll (корпорация Emerson Climate Technologies1, Бельгия, www.emersonclimate.eu) www.swep.net) Теплообменники – SWEP (компания SWEP, Швеция www.swep.net) Электрическая часть – ABB, АСКО (компания ABB, Швеция, www.abb.com; корпорация АсКоУкрЕМ, Украина, www.acko.ua)

Контроллер – MaxyCon Flexy (компания РАУТ-Автоматик, Украина, www.raut-automatic.kiev.ua)

Холодильная фурнитура – Alco Controls (корпорация Emerson Climate Technologies, Германия, www.emersonclimate.eu)

Виброизоляция – ContiTech SCHWINGMETALL® (компания ContiTech AG, Германия, www.contitech.de)

Конечное производство – "МВ и Компания" (Украина, г. Константиновка www.bur.dn.ua) Теплоизоляция – K-FLEX (компания L’ISOLANTE K-FLEX, Италия, www.kflex.com)

Передовая технология спирального блока в компрессорах Copeland Scroll является оптимальным решением для бытовых и полупромышленных тепловых насосов и позволяет достичь максимального коэффициента преобразования. Постоянное совершенствование технологии производства дают компрессорам Copeland Scroll ряд следующих существенных преимуществ: - Всегда разгруженный пуск и радиальное согласование; - Отсутствие торцевого уплотнения, что позволяет достичь ресурса работы компрессора не менее 15 лет; - Высокий коэффициент преобразования на протяжении всего срока службы компрессора. - Корпорация Emerson Climate Technologies - крупнейший в мире производитель спиральных компрессоров. Свыше 55 млн. работающих спиральных компрессоров в мире + 5 млн. ежегодный выпуск. 1

ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

8


Окупаемость системы «тепловой насос» С точки зрения технико-экономического обоснования (ТЭО) использование теплового насоса, на фоне остальных источников тепла, показывает наиболее высокую экономию средств. На первый взгляд, первоначальные инвестиции в тепловой насос достаточно велики. Но, при детальном изучении ТЭО и правильном подходе к использованию всех преимуществ теплового насоса, таких как, функция охлаждения в летний период, правильный расчет мощности, удешевление монтажных работ за счет применения отечественных материалов, позволяет сократить срок окупаемости на некоторых объектах до 2-3 лет! Следует отметить, что в будущем период окупаемости будет только уменьшаться, поскольку цены на газ склонны расти опережающими темпами по сравнению с ценами на электроэнергию (это можно наблюдать в статистике за последние 10 лет), соответственно в ТЭО эти коэффициенты необходимо заложить. Также, одной из наиболее значимой цифрой, влияющей на срок окупаемости, является первоначальные вложение в стандартный источник тепла, к примеру, газовый котел, и источник холода, кондиционеры. То есть, если стоит задача рассчитать срок окупаемости теплового насоса для новостроящегося дома, в расчете должны присутствовать такие статьи первоначальных затрат: Для стандартной системы ТЕПЛО+ХОЛОД (газ.котел + кондиционеры) 1. Стоимость подключения газа (в том числе проект, врезка и пуск газа). 2. Стоимость оборудования с монтажом (газ. котел, обвязка, монтажные работы). 3. Стоимость обустройства газовой котельной (специальное помещение, дымоход, прочее). 4. Стоимость системы охлаждения (стоимость кондиционеров с монтажом). Для системы «ТЕПЛОВОЙ НАСОС» 1. Стоимость теплового насоса (в том числе материалы и монтажные работы по обустройству источника низко-потенциального тепла). 2. Стоимость дополнительного модуля для системы охлаждения (промежуточный теплообменник, материалы и работы по его установке). Для периода эксплуатации данных систем необходимо к первоначальным инвестициям добавить стоимость сервисного обслуживания сравниваемых систем, стоимость энергоносителей, а также учесть коэффициенты повышения тарифов и срок службы оборудования. В таком случае, сравнение двух систем будет правильным и позволит потребителю определить разницу в стоимости первоначальных вложений, и затраты на энергоносители в динамике на каждый год эксплуатации оборудования. Основным показателем эффективности теплового насоса, является коэффициент преобразования (СОР – coefficient of performance), который определяет соотношение получаемой тепловой энергии к затрачиваемой. Например, тепловой насос мощностью 10 кВт с электропотреблением 2,5 кВт имеет коэффициент преобразования 4. Причем, данная величина является плавающей и колеблется на протяжении всего отопительного периода, в зависимости от температур источника низко-потенциального тепла и теплоносителя системы отопления. Исходя из этого, при расчете ТЭО нужно учитывать среднегодовой коэффициент преобразования. Одним из оптимальных вариантов получения высокого и стабильного коэффициента преобразования, является использование грунтового массива в качестве источника низко-потенциального тепла при помощи вертикального теплообменника (геотермальных зондов). Температура грунта перестает колебаться уже на глубинах более 5м и имеет стабильную температуру после 15м, независимо какая температура окружающего воздуха +30 или -30 °С.

Например рассмотрим расчет окупаемости теплового насоса типа рассол-вода с использованием геотермальных зондов для жилого дома общей площадью 260 м2.

ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

9


ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

10


ре ри тие " В и ом ани " г. онстантиновка, Доне ка о л., тел.: 050 550-72-46; www.bur.dn.ua; E-mail: grabchenkomihail@mail.ru

11


Teplonasos  

evik, nasos

Advertisement
Read more
Read more
Similar to
Popular now
Just for you