Водяные панели лучистого отопления "Теплопанель", комнатные рекуператоры, кондиционеры Coolerado, тепловые насосы,  технологии строительства и энергосбережения

     
Пока другие говорят, мы внедряем современные технологии...  

Тепловой насос. Источники тепла



За видом теплоносителя во входном (грунтовый контур, наружный воздух, водный источник и др.) и выходном (система отопления, горячее водоснабжение, охлаждение) контурах тепловые насосы делятся на шесть типов: "грунт-вода", "вода-вода", "воздух-вода", "грунт-воздух", "вода-воздух", "воздух-воздух".

 
 
Тепловой насос "грунт-вода"

Грунт – это наиболее универсальный источник рассеяного тепла. Он аккумулирует солнечную энергию и целый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда "под ногами” и способен отдавать тепло в независимости от погоды. На глубине 5-7 м температура практически постоянная на протяжении всего года. Для большей территории Украины она составляет 8-12°С, что вполне достаточно для обустройства высокоэффективного системы отопления и охлаждения.
 
Более того, в верхних слоях земли минимальное значение температуры достигается на несколько месяцев позже от пиков морозов – потребность в интенсивном обогреве с помощью теплового насоса "грунт-вода" до той поры уменьшается. В целом же, грунт достаточно надежно поставляет калории для теплового насоса. Необходимая энергия собирается грунтовым теплообменником, углубленным в землю, и аккумулируется в теплоносителе, который потом подается в испаритель теплового насоса и возвращается назад за новой порцией тепла. В качестве такого носителя используется незамерзающая, экологически безопасная жидкость (ее еще также называют “рассолом” или антифризом). В большинстве тепловых насосов "грунт-вода" используется раствор воды и пропиленгликоля или этиленгликоля.

Есть и другая схема отбора тепла, когда вместо ”рассола” в контуре циркулирует фреон, который превращается в пару непосредственно в трубах теплосборника. Хоть эта схема немножко повышает КПД теплового насоса, но ее эксплуатация сложна и небезопасна для окружающей среды.

Сегодня наиболее популярный тепловой насос "грунт-вода" с ”рассолом”. В этих геотермальных тепловых насосах используется два вида теплообменников: грунтовий коллектор и грунтовий зонд. Оба выполняются из полиэтиленовых труб диаметром около 40 мм с добавками теплопроводного пластификатора.

Грунтовий коллектор (горизонтальный коллектор) представляет собой длинную трубу, горизонтально вложенную под слоем грунта. Главное преимущество горизонтального коллектора – универсальность и простота монтажа. Недостаток – большая площадь под грунтовый коллектор – 25-50 м2 на 1 кВт мощности теплонасоса (причем площадку можно использовать лишь под газон или однолетние цветы). Есть много схем укладки труб грунтового теплообменника: петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм, так называемый способ ”Slinky” и др. Выбор способа укладки горизонтального коллектора определяется теплопроводностю грунта и геометрией участка.

Производительность грунтового теплообменника больше на увлажненных суглинках и значительно меньше на сухих песчаных участках. В среднем 1 м2 поверхности грунта может обеспечить снабжение 10-40 Вт мощности. Если нужна большая мощность теплового насоса "грунт-вода", то петель грунтового коллектора делают несколько.

Вертикальные коллекторы (вертикальные теплообменники) – это система длинных труб, которые опущены в глубокую скважину (50-150 м). Тепловой насос "грунт-вода" с использованием вертикального теплообменника нуждается лишь в небольшом участке земли, на котором проводятся работы по бурению. На глубине всегда одинаковая температура – от 10°С и выше, поэтому вертикальные коллекторы мощнее по съему тепла в отличие от  горизонтальных.
 
Один метр длины вертикального теплообменника дает возможность получить от 30 до 100 Вт тепловой энергии в зависимости от грунта и его увлажненности. Известно около десяти разных конструкций вертикальных коллекторов, даже достаточно необычных (например, в виде труб, забетонированных в сваи фундамента дома). Но наиболее применяемыми являются две: "труба в трубе" и U-образная. По одной линии "рассол" подается циркуляционным насосом вниз, а по другой им же поднимается вверх, к испарителю теплового насоса.

Для улучшения теплопередачи и повышения прочности вертикального коллектора зазор между землей или обсадной трубой и рабочими трубами заполняется бетонитом или бетоном. Если нужно получить большую мощность, таких вертикальных теплообменником делают несколько. Расстояния между вертикальными коллекторами (скважинами) составляет 5-7 м.

Тепловой насос "грунт-вода" с вертикальным теплообменником:

 

 

 

 

 

Земные недра являются бесплатным теплоисточником для тепловых насосов "грунт-вода", поддерживающим одинаковую температуру круглый год. Использование тепла земных недр является экологически чистой, надежной и безопасной технологией обеспечивания теплом и горячим водоснабжением всех типов зданий, больших и малых, общественных и частных. Уровень капиталовложений в систему геотермального теплового насоса достаточно высок, но взамен Вы получите безопасный в работе альтернативный обогревательный высокоэффективный теплогенератор с максимально длительным сроком эксплуатации с минимальными требованиями к сервисному обслуживанию,.

 
Коэффициент преобразования тепла (СОР) в тепловых насосах "грунт-вода" достаточно высок и достигает 3-5. Геотермальный тепловой насос не требует много места и может быть внедрен на участке земли малой плошади. Объем восстановительных работ после работ по бурению для грунтового коллектора незначителен, влияние пробуренной скважины на окружающую среду минимально. На уровень грунтовых вод воздействие не оказывается, так как грунтовые воды не потребляются.

Тепловой насос "грунт-вода" с горизонтальным теплообменником:
 
 
 

     

 

 
 
 
Обратите внимание, что наибольшее количество энергии извлекается грунтовым коллектором из почвы с большим содержанием влаги.
 
Обратите внимание, что профессиональный подход к организации и обустройству теплового насоса необходимо начать с проекта. Для этого обязательным станет  обращение в специализированную инжиниринговую компанию, имеющую опыт работы как с данным оборудованием, так и по выполнению подобных проектных работ: от рассчета технико-экономического обоснования до рабочего проектирования.
 
Как правило, частные домовладения при общей площади от 400 м2 и выше являются уже сегодня экономически "оправданными заказчиками" для этой технологии со сроками окупаемости от 2 до 5 лет.


 
Тепловой насос "вода-вода"

Солнце нагревает воду в морях, озерах и других водных источниках. Солнечная энергия накапливается в воде и донных слоях. Редко температура снижается ниже +4 °С. Чем ближе к поверхности, тем температура больше варьируется в течение года, а в глубине - она относительно стабильна. Полиэтиленовые трубы для отбора тепла укладывается на дне или в грунте дна, где температура еще немного выше, чем температура воды. Важно, чтобы  трубы снабжались отягощающим грузом для предотвращения всплытия или имели каркас. Чем ниже они залегают, тем меньше риск повреждения. Вода, как источник низкопотенциального тепла для теплового насоса очень эффективена!
 


Возможен также вариант монтажа теплового насоса без использования классических грунтовых коллекторов. Так, организация забора воды из колодца или водоема с последующим сбросом, после прохождения теплообменника, через отводной канал обратно в водоем или другой колодец.
 
 

 
Источником тепла для тепловых насосов "вода-вода" могут быть поверхностные (реки, озера) или грунтовые воды (скважины), а также стоковые воды технологических циклов предприятий (например, система оборотного водоснабжения).
 
Сами тепловые насосы "вода-вода" практически не отличаются от тех, которые работают с "рассолом". Но благодаря более высокой температуре теплоносителя зимой, годовая эффективность использования таких тепловых насосов оказывается наивысшей.
 
Если рядом протекает незамерзающая река, вы можете проложить петлю трубы с антифризом на дно (притопив грузами) и обогреваться практически за даром. Конечно, со скважиной сложнее и дороже.
 
 
Тепловой насос "воздух-вода"

По универсальности применения в отечественных условиях тепловой насос "воздух-вода" занимает второе место. Но скорее всего, это обусловлено недостатком профессиональных инженерных кадров, нежели характеристиками самого оборудования.  Для обустройства данного теплового насоса нет необходимости в проведении работ по бурению скважин, а значит, исключаются затраты на земляной контур .  Современные воздушные тепловые насосы работает до минус 20-25 °С достаточно эффективно
 
Когда речь идет о выборе воздушного теплового наса, как источника тепловой энергии, полезно учитывать одно важное обстоятельство:  с усилением холодов воздушный тепловой насос развивает меньшую мощность, а значит, начинает потреблять большее количество электроэнергии при выработке одного и того же количества тепла.  Именно поэтому, подбор мощности воздушного теплового насоса должна производить специализированная инжиниринговая компания.
 
Кроме того, воздушные тепловые насосы промышленной мощности (от 60 кВт и выше) - достаточно дорогостоящее оборудование. Применение данных установок должно быть экономически оправданным мероприятием.
 
К рациональным решениям при подборе этого оборудования приводит оптимизация мощностей потребителей тепла, а также расчет точки переключения на традиционный источник (например, газовую котельную или электрический котел). Данные расчеты позволяют сократить капитальные затраты на оборудование,  исключая резервирование установленных мощностей самого теплового насоса, а значит и закупку более мощной и дорогостоящей установки.
 
Кроме того, воздушная теплонасосная установка (ТНУ) реверсивного типа в летний период времени является источником холода для системы кондиционирования. Как правило, для больших промышленных, общественных, офисных и торговых зданий используют системы кондиционирования с источником холода - чиллером, который размещают на кровле. Воздушный тепловой насос, способен полностью заменить роль чиллера летом, но еще и энергоэффективно готовить теплоноситель для системы горячего водоснабжения и системы отопления зимой. Фактически, это система "2 в 1".
 
!!! Бессмысленно затрачивать средства на устройство в виде чиллера, который готовит только "холод" и работающий только 4 месяца в году !!! Тепловой насос, как источник тепла и как источник холода, в таком случае, будет способен работать не менее 11 месяцев в году и сроки его окупаемости будут достаточно короткими при практически равных капитальных затратах с чиллером.
 
 
Тепловой насос "Воздух-вода" на кровле торгово-офисного центра в г.Харькове (Корпорация "Vlada-ltd"):

 


 
Кроме отопления и подготовки горячей воды, некоторые модели тепловых насосов  "научились" не только работать в системах вентиляции, но и использовать тепло отработанного воздуха помещений (например, вентиляционные системы с термодинамической рекуперацией).
 
Также, воздушные тепловые насосы могут использовать удаляемые тепловые сбросы самого помещения (сбросную воду,  вентиляционные выбросы,  дымовые газы и т.д.), утилизируя их тепло, с последующим обеспечением теплоносителя для отопления и горячего водоснабжения.  
 
 
Применение тепловых насосов

Перечисленные преимущества тепловых насосов "грунт-вода", "вода-вода", "воздух-вода", обусловили их широкое применение в развитых странах мира. Ставится задача не в локальном или ограниченном применении теплоснабжения с применением теплонасосных систем, а о максимальном отказе от прямого сжигания для этих целей органического топлива. Область применения теплонасосов поистине безгранична. С их помощью легко решать вопросы теплоснабжения и горячего водоснабжения городского комплекса, и объектов, расположенных вдали от коммуникаций - будь то фермерское хозяйство, коттеджный поселок, ресторан или АЗС на трассе. Применение тепловых насосов особенно эффективно в случае применения низкотемпературных систем раздачи тепла: теплых полов, теплых стен или водяных потолочных систем лучистого отопления/охлаждения, характеризующихся высоким коэффициентами теплопередачи и соответственно допускающих использование теплоносителя с пониженными температурами.



Анализ зарубежного опыта в использовании тепловых насосов

Анализ зарубежного опыта в области отопления и горячего водоснабжения показывает, что там уже достаточно давно и в настоящее время очень широко используются тепловые насосы.
 
Сегодня в мире работает свыше 10 млн. тепловых насосов различной мощности - от нескольких киловатт до сотен мегаватт. Рынок теплонасосных систем достаточно устойчив к конъюнктурным колебаниям и составляет примерно миллион продаж в год.
 
По прогнозу Мирового Энергетического Агентства, к 2020 году в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения от теплонасосов составит не менее 75%. Приведенные примеры свидетельствуют о том, что в мировой практике меняется стратегия теплоснабжения: происходит переход от традиционного сжигания органического топлива к использованию этих энергоэффективных технологий для утилизации рассеянного или сбросного техногенного тепла.


Частично использован материал   источника  "progress21.com.ua"



   

 

 

 

<<< к разделу ТЕПЛОВОЙ НАСОС

<<< выбор вентиляционного оборудования

<<< назад к СТАТЬЯМ

 

Статьи::Форум::Информационная Доска::Вентиляция пассивного дома::Партнеры::Видео материалы::Кондиционеры Coolerado::Технология Умный Дом
  
2010 г.  Современные строительные и энергосберегающие технологии 
ЧП "ИМПЕКС МПД"; ООО "Завод инновационного промышленного оборудования"     
Работает на: Amiro CMS