Тепловые насосы принцип действия: Принцип действия теплового насоса | Viessmann
Принцип действия теплового насоса | Viessmann
Принцип работы теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника, тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Тепловой насос может забирать тепловую энергию как из воздуха внутри помещения или снаружи, так и из грунтовых вод и почвы. И поскольку температура полученного тепла, как правило, не достаточна для того, чтобы отапливать здание или обеспечивать его горячей водой, в дело вступает термодинамический процесс.
Процесс охлаждения в подробностях
В независимости от того, какой тип теплового насоса используется для отопления, в функционал теплового насоса также входит процесс охлаждения, который происходит в четыре этапа.
1. Испарение
Для того, чтобы начать процесс испарения жидкости, необходима энергия. Этот процесс можно наблюдать на примере с водой. Если емкость с водой нагревается до 100 градусов Цельсия (тепловая энергия подается) вода начинает испаряться. При дальнейшем подаче тепловой энергии температура воды не повышается. Вместо этого вода полностью преобразуется в пар.
2. Сжатие газа
При сжатии газа, например воздуха (давление увеличивается), также повышается температура. Вы можете наблюдать это например, если вы придержите отверстие в велосипедном воздушном насосе и начнете процесс «накачки» воздуха, вы почувствуете тепло.
3. Конденсация
Согласно закону сохранения энергии при конденсации водяного пара, высвобождается тепловая энергия, которая ранее использовалась для испарения.
4. Расширение
При резком снижении давления в жидкости, находящейся под давлением, температура снижается в несколько раз. Это можно наблюдать на примере баллона с сжиженным газом для кемпинговой горелки. Открытие клапана может привести к образованию льда на клапане баллона с жидким газом даже летом. (Здесь давление снижается с 30 бар до 1 бар.)
Постоянное повторение процесса
Эти процессы происходят внутри теплового насоса в замкнутом контуре. Для транспортировки тепла используется жидкость (хладагент), которая испаряется при очень низких температурах. Чтобы испарить эту жидкость, используется тепловая энергия из земли или наружного воздуха. Для этого достаточно даже температуры в минус 20 градусов по Цельсию. Холодные пары хладагента затем очень сильно сжимаются компрессором. При этом их температура возрастает до 100 градусов Цельсия. Эти пары хладагента конденсируются и отдают тепло в систему отопления. Затем давление жидкого хладагента на расширительном клапане сильно снижается. При этом температура жидкости снижается до исходного уровня. Процесс может начинаться заново.
Процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса
Проще всего объяснить этот процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса: тепловой насос «воздух-вода» может состоять из одной или двух составляющих. В обоих случаях встроенный вентилятор активно направляет окружающий воздух в теплообменник. Через теплообменник проходит хладагент, который переходит из одного состояния в другое при очень низких температурах. Внутри теплообменника хладагент нагревается воздухом из окружающей среды и постепенно переходит в газообразное состояние. Для повышения температуры, возникающих при этом паров, используется компрессор. Он сжимает пары хладагента и увеличивает как давление, так и их температуру до требуемого значения.
Другой теплообменник (конденсатор) затем передает тепло от нагретых паров хладагента на отопление (теплые полы, радиаторы, буферная емкость или водонагреватель). Хладагент, находящийся под давлением отдает тепло, его температура падает и он снова переходит в жидкое состояние. Перед тем, как поступить обратно в контур, хладагент сначала расширяется в расширительном клапане. После того, как он достигнет своего исходного состояния, процесс процесс в холодильном контуре может начинаться с самого начала.
Принцип работы теплового насоса. Как работает тепловой насос?
Все больше и больше интернет пользователей интересуются альтернативами способами отопления: тепловыми насосами.
Для большинства это абсолютно новая и неизвестная технология, поэтому и возникают вопросы типа: «Что такое тепловой насос?», «Как выглядит тепловой насос?», «Как работает тепловой насос?» и пр.
Здесь мы постараемся просто и доступно дать ответы на все эти и еще много других вопросов, связанных с тепловыми насосами.
Что такое Тепловой Насос?
Тепловой насос — устройство (другими словами «тепловой котел»), которое отбирает рассеянное тепло из окружающей среды (грунт, вода или воздух) и переносит его в отопительный контур вашего дома.
Тепловой насос Грунт-Вода
Благодаря солнечным лучам, которые непрерывно поступают в атмосферу и на поверхность земли происходит постоянная отдача тепла. Именно таким образом поверхность земли круглый год получает тепловую энергию.
Воздух частично поглощает тепло от энергии солнечных лучей. Остатки солнечной тепловой энергии почти полностью поглощается землей.
Кроме того, геотермальное тепло из недр земли постоянно обеспечивает температуру грунта +8°С (начиная с глубины 1,5-2 метра и ниже). Даже холодной зимой температура на глубине водоемов остается в диапазоне +4-6°С.
Именно это низкопотенциальное тепло грунта, воды и воздуха переносит тепловой насос из окружающей среды в отопительный контур частного дома, предварительно повысив температурный уровень теплоносителя до необходимых +35-80°С.
ВИДЕО: Как работает тепловой насос Грунт-Вода?
Что делает Тепловой Насос?
Тепловые насосы — тепловые машины, которые предназначены для производства тепла с использованием обратного термодинамического цикла. Тепловые насосы переносят тепловую энергию от источника с низкой температурой в систему отопления с более высокой температурой. В процессе работы теплового насоса происходят затраты энергии, не превышающие объем произведенной энергии.
Прямой цикл Карно
В основе работы теплового насоса лежит обратный термодинамический цикл (обратный цикл Карно), состоящий из двух изотерм и двух адиабат, но в отличии от прямого термодинамического цикла (прямого цикла Карно) процесс протекает в обратном направлении: против часовой стрелки.
В обратном цикле Карно окружающая среда выступает в роли холодного источника тепла. При работе теплового насоса тепло внешней среды благодаря совершению работы передается потребителю, но с уже более высокой температурой.
Передать тепло от холодного тела (грунт, вода, воздух) возможно только при затрате работы (в случае с тепловым насосом — затраты электрической энергии на работу компрессора, циркуляционных насосов и пр.) или другого компенсационного процесса.
Еще тепловой насос можно назвать «холодильником наоборот», так как тепловой насос это та же холодильная машина, только в отличии холодильника тепловой насос забирает тепло снаружи и переносит его в помещение, то есть обогревает помещение (холодильник же охлаждает путем отбора тепла из холодильной камеры и выбрасывает его через конденсатор наружу).
Как работает Тепловой Насос?
Теперь поговори о том как работает тепловой насос. Для того, что понять принцип работы теплового насоса нам нужно разобраться в нескольких вещах.
1. Тепловой насос способен извлекать тепло даже при отрицательной температуре.
Теплота — форма движения материи, представляющая собой беспорядочное движение образующих тело частиц (атомов, молекул, электронов и др.).
Даже при температуре 0˚С (ноль градусов по Цельсию), когда замерзает вода, в воздухе все еще есть теплота. Ее значительно меньше чем, например при температуре +36˚С, но тем не менее и при нулевой и при отрицательной температуре происходит движение атомов, а значит и происходит выделение теплоты.
Движение молекул и атомов полностью прекращается при температуре -273˚С (минус двести семьдесят три градуса по Цельсию), что соответствует абсолютному нулю температуры (ноль градусов по шкале Кельвина). То есть и зимой при минусовой температуре в воздухе есть низкопотенциальное тепло, которое можно извлекать и переносить в дом.
2. Рабочая жидкость в тепловых насосах — хладагент (фреон).
Хладагент R-410А, используемый в тепловых насосах
Что такое холодильный агент? Хладагент — рабочее вещество в тепловом насосе, которое отбирает теплоту от охлаждаемого объекта при испарении и передает тепло рабочей среде (например, воде или воздуху) при конденсации.
Особенность хладагентов в том, что они способны закипать и при отрицательных и при относительно низких температурах. Кроме того хладагенты могут переходить из жидкого состояния в газообразное и наоборот. Именно во время перехода из жидкого состояния в газообразное (испарения) происходит поглощение теплоты, а во время перехода из газообразного в жидкое (конденсации) происходит передача теплоты (отделение тепла).
3. Работа теплового насоса возможна благодаря его четырем ключевым компонентам.
Для того, чтобы понять принцип работы теплового насоса его устройство можно разделить на 4 основные элементы:
- Компрессор, который сжимает хладагент для повышения его давления и температуры.
- Расширительный клапан — терморегулирующий вентиль, который резко понижает давление хладагента.
- Испаритель — теплообменник, в котором хладагент с низкой температурой поглощает тепло от окружающей среды.
- Конденсатор — теплообменник, в котором уже горячий хладагент после сжатия передает тепло в рабочую среду отопительного контура.
Именно эти четыре компонента позволяют холодильным машинам производить холод, а тепловым насосам — тепло. Для того, чтобы разобраться как работает каждый компонент теплового насоса и для чего он нужен предлагаем просмотреть видео о принципе работы грунтового теплового насоса.
ВИДЕО: Принцип работы теплового насоса Грунт-Вода
Принцип работы теплового насоса
Теперь попытаемся подробно описать каждый этап работы теплового насоса. Как уже говорилось ранее — в основе работы тепловых насосов лежит термодинамический цикл. Это значит, что работа теплового насоса состоит из нескольких этапов цикла, которые повторяются снова и снова в определенной последовательности.
Рабочий цикл теплового насоса можно разделить на четыре следующие этапы:
1. Поглощение тепла из окружающей среды (кипение хладагента).
В испаритель (теплообменник) поступает хладагент, который находиться в жидком состоянии и имеет низкое давление. Как мы уже знаем при низкой температуре хладагент способен закипать и испаряться. Процесс испарения необходим для того, чтобы вещество поглотило тепло.
Согласно второму закону термодинамики тепло передается от тела с высокой температурой к телу с более низкой температурой. Именно на этом этапе работы теплового насоса хладагент с низкой температурой проходя по теплообменнику отбирает тепло от теплоносителя (рассола), который ранее поднялся из скважин, где отобрал низкопотенциальное тепло грунта (в случаи с грунтовыми тепловым насосами Грунт-Вода).
Дело в том, что температура грунта под землей в любое время года составляет +7-8°С. При использовании геотермального теплового насоса типа Грунт-Вода устанавливаются вертикальные зонды, по которым циркулирует рассол (теплоноситель). Задача теплоносителя — нагреться до максимально возмножной температуры во время циркуляции по глубинным зондам.
Когда теплоноситель отобрал тепло из грунта, он поступает в теплообменник теплового насоса (испаритель) где «встречается» с хладагентом, который имеет более низкую температуру. И согласно второму закону термодинамики происходит теплообмен: тепло от более нагретого рассола передается менее нагретому хладагенту.
Здесь очень важный момент: поглощение тепла возможно во время испарения вещества и наоборот, отдача теплоты происходит при конденсации. Во время нагрева хладагента от теплоносителя он меняет свое фазовое состояние: хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное (происходит процесс закипания хладагента, он испаряется).
Пройдя через испаритель хладагент находиться в газообразной фазе. Это уже не жидкость, но газ, который отобрал тепло у теплоносителя (рассола).
2. Сжатие хладагента компрессором.
На следующем этапе хладагент в газообразном состоянии попадает в компрессор. Здесь компрессор сжимает фреон, который за счет резкого увеличения давления нагревается до определенной температуры.
Аналогичным образом работает и компрессор обычного бытового холодильника. Единственное существенное отличие компрессора холодильника от компрессора теплового насоса — значительно меньшая производительность.
ВИДЕО: Как работает холодильник с компрессором
3. Передача тепла в систему отопления (конденсация).
После сжатия в компрессоре хладагент, который имеет высокую температуру поступает в конденсатор. В данном случае конденсатор — это тоже теплообменник, в котором во время конденсации происходит отдача теплоты от хладагента к рабочей среде отопительного контура (например воде в системе теплых полов, или радиаторов отопления).
В конденсаторе хладагент из газовой фазы снова переходит в жидкую. Этот процесс сопровождается выделением тепла, которое используется для системы отопления в доме и горячего водоснабжения (ГВС).
4. Понижение давления хладагента (расширение).
Теперь жидкий хладагент нужно подготовить к повторению рабочего цикла. Для этого хладагент проходит через узкое отверстие термо-регулирующего вентиля (расширительного клапана). После «продавливания» через узкое отверстие дросселя хладагент расширяется, вследствие чего падает его температура и давление.
Этот процесс сравним с распылением аэрозоля из балончика. После распыления балончик на короткое время становиться холоднее. То есть произошло резкое падение давления аэрозоля вследствие продавливания наружу, температура соответственно тоже падает.
Теперь хладагент снова находиться под таким давлением, при котором он способен закипеть и испаряться, что необходимо нам для поглощения тепла от теплоносителя.
Задача ТРВ (термо-регулирующий вентиль) — снизить давление фреона путем расширения его на выходе из узкого отверстия. Теперь фреон снова готов закипать и поглощать тепло.
Цикл снова повторяется до тех пор, пока система отопления и ГВС не получит от теплового насоса необходимый объем тепла.
Принцип работы теплового насоса
Постоянный рост цен на энергетические ресурсы заставляет владельцев загородных домов задумываться об использовании альтернативных систем. Сегодня уже очевидно каждому, что таким традиционным видам топлива для отопления, как природный газ, солярка, мазут, уголь, дрова, торфобрикеты или пеллеты нужно искать замену среди альтернативных источников. Одним из таких достаточно эффективных способов получения тепла является тепловой насос, принцип работы которого основан на отборе тепла от естественных низкопотенциальных источников возобновляемой энергии окружающей среды: грунт, термальные и артезианские грунтовые воды, водоёмы, наружный воздух.
Принцип работы теплового насоса
Живое общение
5 минут общения даст больше эффекта чем изучение всего сайта
Бесплатная консультация: +7 (495) 229-85-86
Схема тепловых насосов
В общем, система отопления с использованием такого альтернативного агрегата в своём составе имеет:
- зонд, представляющий собой, по сути, систему трубопроводов, которая находится в грунте или другой среде и служит для сбора и передачи тепла;
- собственно сам насос, состоящий из четырёх основных конструктивных элементов: испаритель, компрессор, конденсатор и дроссельный вентиль, объединённых трубопроводами в замкнутую систему;
- контур отопления.
На первый взгляд может показаться, что схема тепловых насосов довольно сложная, а принцип работы теплового насоса доступен для понимания только специалисту. Однако на самом деле всё гораздо проще. Чтобы понять принцип теплового насоса достаточно посмотреть на обычный холодильник, который забирает тепло от продуктов, лежащих внутри, и отводит его через решётку на задней стенке. Только схема тепловых насосов работает с точностью до наоборот – получает тепло из внешнего источника и передаёт его внутрь.
Работа теплового насоса
Итак, замкнутая система с циркулирующим хладагентом, например, фреоном, температура кипения которого всего порядка 4°С. Как осуществляется работа теплового насоса?
1. Холодный фреон начинает нагреваться в результате получаемого тепла от первичного контура в виде зонда, который в зависимости от используемого источника низкопотенциального тепла помещён в грунт, воду или находится на улице. Если говорить о грунте, то, как правило, его температура в течение года колеблется в пределах 8°С. Естественно, что при растущей температуре фреон начинает закипать и переходит в газообразное состояние.
2. На втором этапе фреон всасывается компрессором, где происходит его резкое сжатие с выделением большого количества тепла – температура фреона может достигать 90°С.
3. Далее перегретый газ подаётся в конденсатор. Этой температуры вполне достаточно для организации отопления и горячего водоснабжения загородного дома тепловым насосом. В конденсаторе температура хладагента падает, при этом выделяемое тепло передаётся системе отопления. Фреон конденсируется, превращаясь газожидкостную смесь.
4. В этом состоянии смесь поступает на дроссельный вентиль – специальный клапан, где происходит резкое снижение давления и температуры фреона, которая достигает 0°С, после чего превращённый в жидкость хладагент снова поступает с испаритель для получения тепла от возобновляемого природного источника – цикл замыкается.
Управление работой теплового насоса осуществляется терморегулятором. При достижении в помещении заранее заданной температуры он прекращает подачу электроэнергии на компрессор, останавливая работу системы, а при понижении температуры, включает его.
На сегодняшний день наибольшее распространение получили геотермальные агрегаты, принцип работы которых основан на получения тепла от грунта. Они наиболее эффективны, надёжны, долговечны и обеспечивают стабильные характеристики независимо от погодных условий и времени года.
Принцип работы теплового насоса — Энергео
Тепловой насос представляет собой устройство по преобразованию низкопотенциальной теплоты, получаемой от какого-либо общедоступного источника, в тепловую энергию высокого потенциала, предназначенную для нужд потребителя (отопления, горячего водоснабжения). Преобразование теплоты происходит за счет ряда фазовых переходов.
Термодинамически тепловой насос идентичен холодильной машине. И тепловой насос, и холодильная машина работают по обратному тепловому циклу, разница заключается в диапазоне рабочих температур и давлений. В мире существует весьма широкая классификация тепловых насосов, в сфере теплоснабжения наибольшее распространение получили парокомпрессионные установки.
Цикл работы парокомпрессионного теплового насоса включает в себя следующие преобразования:
Низкопотенциальное тепло принимается тепловым насосом в специальном пластинчатом теплообменнике – испарителе и передается особому рабочему телу – хладагенту. Хладагент представляет собой вещество с низкой температурой кипения. На сегодняшний день в тепловых насосах чаще всего в качестве хладагента используются различные фреоны (R407C, R134а, R410а), а также углекислый газ и пропан. Хладагент, приняв в теплообменнике определенное количество теплоты, испаряется и в газообразном состоянии поступает в компрессор. Компрессор сжимает поступающий хладагент до высокого давления, вследствие чего повышается и температура рабочего тела. После сжатия при более высоких параметрах газообразный хладагент поступает в следующий теплообменник – конденсатор. В конденсаторе происходит передача теплоты высокого потенциала теплоносителю системы отопления и горячего водоснабжения потребителя с последующим переходом остывающего хладагента в жидкое состояние. После конденсатора рабочее тело проходит через редукционное устройство, где давление и температура снижаются до первоначальных параметров перед теплообменником-испарителем. Цикл замыкается и повторяется снова.
Парокомпрессионные тепловые насосы принято различать по способам отбора низкопотенциальной теплоты.
Горизонтальный геотермальный контур
Грунт имеет свойство накапливать и сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведет к относительно равномерному уровню температуры источника тепла на протяжении всего года. Это обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с достаточно высоким коэффициентом эффективности. Забор тепла из грунта осуществляется с помощью горизонтально проложенной в грунте системы пластиковых труб на глубине 1,2-1,5 м.
Вертикальные геотермальные скважиныВертикальный зонд — это система труб, опускаемых в вертикальную скважину, глубина и количество таких скважин зависит от мощности необходимого Вам теплового насоса. В грунте на глубине начиная с 10-15 метров в течение года поддерживается всегда одинаковая постоянная температура (около +7 — +8°С для РБ), поэтому данный вид коллектора в наших климатических условиях является наиболее надежным и эффективным.
Грунтовые водыЕсли в ваших условиях грунтовые воды легко доступны, то их так же можно использовать в качестве источника тепла, т.к. температура такого источника в любое время года колеблется в среднем от 7 до 12° C. Расстояние между точкой получения тепла и точкой возврата должно быть не менее 10-15 метров. Кроме того в целях предотвращения «короткого замыкания потока», следует обратить внимание на направление потока грунтовых вод. Стоит также учитывать, что для установки подобных сооружений нужно разрешение, кроме этого они должны отвечать определенным нормативным требованиям.
Перейти к каталогу тепловых насосов «грунт-вода».
Окружающий воздухОкружающий воздух является наиболее доступным источником низкопотенциальной теплоты для теплового насоса. Одним из преимуществ, при выборе теплового насоса данного типа, является простая схема монтажа оборудования в систему с уже установленным любым дополнительным источником тепла (например, дизельным, твердотопливным или газовым котлом). Однако стоит учитывать и то, что, ввиду особенностей наших климатических условий с достаточно низкой температурой наружного воздуха в холодное время года, работа теплового насоса в отопительный период является не столь продуктивной, как для насосов типа «грунт-вода». Кроме того, тепловые насосы, принимающие тепло от наружного воздуха, способны работать до температуры -25°С (до -32°С — системы «воздух-водух»), при более низкой температуре автоматика теплового насоса будет переводить теплоснабжение потребителя от другого дополнительного источника.
Перейти к каталогу тепловых насосов типа «воздух-вода».
Вентиляционный воздухСуществуют тепловые насосы, использующие удаляемый из помещений воздух системы вентиляции. Применение таких тепловых насосов позволяет осуществлять рекуперацию теплоты воздуха внутри зданий. Перед удалением из помещений, тёплый воздух проходит через тепловой насос, возвращая, таким образом, системе теплоснабжения здания часть накопленной теплоты.
Перейти к каталогу тепловых насосов, использующих вентиляционный воздух.
Принцип работы теплового насоса, что такое тепловой насос, оборудование для отопления
Тепловий насос Нitachi купити стало не лише престижно, а й економічно вигідно за всіма параметрами.
- Основними перевагами обладнання є його універсальність: працює на опалення, кондиціювання та гаряче водопостачання будь-якого будинку і квартири за низьких експлуатаційних витрат.
- У новій лінійці теплових насосів Yutaki від Hitachi представлено 70 моделей продуктивністю від 7 до 32 кВт.
- Тепловий насос для опалення будинку за ціною впевнено конкурує з іншим опалювальними агрегатами.
- Устаткування повністю вдосконалили, щоб вигідно виокремлюватися серед конкурентів.
- Насос для системи опалення з лінійки Yutaki Hitachi відрізняється від попередніх моделей потужністю установок, збільшенням коефіцієнта ефективності СОР, а також наявністю спеціального комплекту для кондиціювання.
- Новий білий дизайн установок робить їх максимально підходящими навіть для найвишуканішого інтер’єру.
- Купити тепловий насос цього бренду – економія коштів на опаленні, охолодженні і ГВП житла, очевидна вигода у зв’язку з постійним підвищенням всіх тарифів на опалення.
Де замовити теплові насоси в Києві?
Щоб обладнання радувало вас тривалим терміном служби й ефективною безперебійною роботою, замовте теплові насоси в Україні від перевіреного бренду. Компанія Hitachi на українському ринку представляє свою продукцію вже більше 20 років. Наш тепловий насос за ціною в Києві впевнено конкурує з іншими провідними виробниками і дозволяє стати володарем функціонального агрегату без зайвих фінансових витрат.
Ми пропонуємо теплові насоси Нitachi в Києві за цінами виробника
У нас представлена офіційна продукція бренду, що дозволяє пропонувати клієнтам теплові насоси за ціною без накруток. Пряма співпраця з японською корпорацією гарантує доступну вартість теплового насосу всіх моделей, своєчасні постачання та регулярне оновлення асортименту.
У нас також можна замовити тепловий насос під ключ — ми візьмемо на себе всі турботи про доставку, встановлення та запуск обладнання.
Принцип действия и установка теплового насоса
Тепловой насос – это сердце системы геотермального отопления. Ключевыми элементами теплового насоса являются: испаритель, компрессор, конденсатор, терморегулятор и циркулирующий по системе хладагент. Объединенные в единую систему, данные элементы позволяют забирать малое количество тепла из окружающей среды (воды, грунта) и превращать его в высокопотенциальное для отопления здания и обеспечения горячего водоснабжения.
Принцип работы тепловых насосов.
По принципу работы тепловой насос больше всего похож на холодильник. Только если холодильник забирает тепло и вытесняет его на радиатор, то тепловой насос, забирая тепло, переносит его в дом.
Охлажденный жидкий хладагент подается в теплообменник теплового насоса – испаритель. При подаче более теплого источника тепла (наружного воздуха, солевого раствора или воды) на испаритель, циркулирующий в нем хладагент забирает от источника тепла необходимую энергию для испарения и переходит из жидкого состояния в газообразное. Компрессор производит всасывание газообразного хладагента и выполняет его сжатие. За счет увеличения давления происходит повышение температуры – таким образом, хладагент «подкачивается» до более высокого температурного уровня. Для этого требуется электричество. Хладагент направляется в расположенный за компрессором конденсатор. Здесь хладагент отдает полученное ранее тепло в циркуляционный контур системы водяного отопления, переходя в жидкое состоянии Затем с помощью расширительного клапана производится снижение имеющегося остаточного давления, и цикл начинается занов Таким образом,в зависимости от источника отбора тепла, мы имеем разные типы тепловых насосов: «вода-вода», «грунт-вода», «воздух-вода», «грунт-воздух», «вода-воздух» и «воздух-воздух». Первое слово в обозначении типа — это источник тепла (низкопотенциальная тепловая энергия), второе — источник нагрузки для обогрева здания (высокопотенциальное тепло).
Энергоэффективность.
Примерно две трети тепловой энергии мы можем получать бесплатно от природы: воды, грунта или воздуха и только треть необходимо потратить на работу самого компрессора в тепловом насосе. Фактически, владелец теплового насоса может экономить до 70% финансовых средств, которые он бы регулярно затрачивал при отоплении традиционным способом (электроэнергия, газ или дизтопливо) своего дома, гаража, офиса, магазина, склада и т.д.
Все вышесказанное означает, что тепловой насос берет тепловую энергию из воды, земли или воздуха и «перекачивает» в ваш дом. Во время работы компрессор затрачивает электроэнергию. На каждый затраченный киловатт-час электроэнергии тепловой насос вырабатывает от 2,5 до 5 киловатт-часов тепловой энергии. Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации, коэффициентом преобразования теплоты (КПТ) или просто СОР. По этой причине чем меньше разница температур теплоносителей во входном и выходном контурах, тем больше коэффициент преобразования тепла (КПТ), то есть больше экономия электроэнергии. Это значит, что в случае применения тепловых насосов — выгодней подключать их к низкотемпературным системам отопления. Имеется в виду обогрев от теплых водяных полов или теплых стен (укладка труб в стенах) или теплым воздухом, так как в этих случаях мы имеем теплоноситель около 30-40°С.
Типы установок коллекторов.
Геотермальные коллектора могут быть следующих типов, в порядке увеличения стоимости их организации:
Открытый коллектор.Представляет из себя подающую скважину на воду (которая по определению есть для водоснабжения) с дебетом не менее 3-х куб.м и динамическим уровнем воды желательно не ниже 10 метров и приемную скважину в которую осуществляется слив охлажденной воды. В таком варианте работают подавляющее большинство крупных коммерческих объектов с тепловыми мощностями от 100 кВт. Если у Вас дебет скважины и динамический уровень воды в ней подходящий то наверное это самый бюджетный и хорошо работающий вариант.
Коллектор с использованием открытого водоема.В данном варианте организации геотермального коллектора, трубы подогревателя низкого давления наполненные незамерзающей жидкостью, в соответствии с расчетом, укладываются на дно открытого водоема и с помощью циркуляционного насоса осуществляется прокачка гликолевого раствора через тепловой насос который снимает с потока свои 5 градусов, которые, градусы, снова восстанавливаются при прохождении по трубам коллектора. Круговорот воды (температуры) в природе.
Горизонтальный коллектор.Теплосъем осуществляется с массива грунта и теплового потока ниже глубины промерзания (около 2-х метров). В соответствии с расчетом роются траншеи, на дно которых укладываются трубы ПНД заполненные гликолевым раствором, в процессе работы теплового насоса осуществляется циркуляция теплоносителя. Возможна организация данного коллектора при наличии достаточной площади под земляные работы. Для работы теплового насоса тепловой мощностью 15кВт требуется приблизительно от 600 метров уложенной трубы ПНД и соответственной такой же погонаж вырытых траншей, общая же площадь коллектора с учетом технологии копки составит более 6 соток земельного участка.
Многоуровневый коллектор.Является разновидностью «Горизонтального коллектора», особенностью работ будет увеличение глубины траншеи до 3,1 м, послойная укладка ПНД в несколько уровней и сокращение общей длинны траншей в 4 и более раз. Фактическая стоимость работ будет близка к стоимости «горизонтального коллектора», при резком сокращении занимаемой площади и в этом варианте уже появляется возможность вписать геотермальный коллектор в «стандартный» земельный участок.
Вертикальный коллектор.
Создается на основе скважин глубинами до 100 метров и более в которые погружаются U-образные зонды с циркулирующей незамерзающей жидкостью. Наиболее компактный тип коллекторов, может быть расположен на любом по площади участке. Все в нем замечательно кроме как уж водится цены. Для получения 15 кВт тепловой энергии необходимо от 230 погонных метров пробуренных скважин. Цены на стандартные буровые работы все себе представляют. Не смотря ни на что, возможно это самый массовый вариант геотермальных коллекторов в мире и для кого-то он будет куда лучше, чем постоянная топка хоть пелетами, хоть дровами, а диз. топливо и электроотопление окажутся и в разы дороже в эксплуатации или банально отсутсвуют достаточные подведенные мощности.
Доступность и универсальность
Практически нет такого дома или объекта, где недоступна установка теплового насоса. Источник рассеянного тепла мы можем обнаружить в любом уголке нашей планеты. Земля, вода и, конечно, воздух есть даже на самом отдаленном от цивилизации участке, вдали от газопроводов — тепловой насос везде раздобудет для себя «пищу» для того, чтобы бесперебойно обогревать ваш дом. Это оборудование не зависит от капризов погоды, поставщиков и тарифов на тепло, наличия дров или дизельного топлива, или просто от падения давления газа в сети. Тепловые насосы не только вырабатывают тепло, но и охлаждают помещения, то есть они реверсивные. Тепловые насосы могут отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его и направлять тепловые избытки в скважину или на улицу с воздухом. В летнее время избыточное тепло можно использовать на подогрев бассейна. Также они способны одновременно с обогревом или охлаждением приготовить горячую воду для бытовых нужд.
Монтаж и пусконаладочные работы
Компания Фабрика Тепла предлагает вам предварительный расчет экономической целесообразности, подбор, поставку оборудования, проведение пусконаладочных работ. Ознакомиться со стоимостью популярных моделей тепловых насосов вы можете на нашем сайте и по телефону 8 (831) 220-70-80
Документальный фильм о тепловых насосах (СССР).
Категория: Тепловые насосы
Дата: 17 июня 2014 г.
Что такое тепловой насос. Принцип работы и стоимость теплового насоса
Тепловой насос — это альтернатива газовому или электрическому котлу, принцип работы, которых основывается на произведении тепла. Тепловой насос в свою очередь не производит тепло — он берет энергию воздуха с улицы, воды или же грунта, и переносит в помещение. Таким образом, тепловой насос может работать на отопление, кондиционирование воздуха и даже на нагрев воды.
Тепловые насосы способны обеспечивать отопление даже при наружной температуре воздуха в -25°C. Тем самым, достигается высокий показатель КПД тепловых насосов – 3-5кВт тепла (или же холода) на 1 кВт электричества, в то время когда у газовых и электрических котлов уровень КПД меньше 1 кВт! Откуда тепловой насос берет тепло, если на улице -25°C? Ответ прост. Из того же воздуха. На самом деле абсолютный 0, это -273 градуса по Цельсию. Все что до этой отметки — тепло. И это тепло можно доставать, накапливать и направлять на нагрев.
Работу воздушного теплового насоса можно сравнить с работой всем знакомого бытового кондиционера. У него так же есть наружный и внутренний блок, только вот воздушный тепловой насос греет не воздух в доме, а воду, которая потом бежит в теплый пол, в радиаторы или же фанкойлы. Так мы и получаем эффективное отопление в нашем доме.
Конструкция теплового насоса на примере модели Mitsubishi Electric
Типы тепловых насосов
Тепловые насосы бывают разных типов:
Все вышеуказанные виды тепловых насосов в качестве источника энергии для тепла, холода, используют:
- воздух, окружающий нас;
- воду из водоемов, или же подземные воды;
- грунт.
Устройства тепловых насосов разных типов очень схожи между собой, но есть и некоторые отличия. Например, у воздушного теплового насоса во внешнем блоке будут вентиляторы, которые прогоняют уличный воздух через систему. У грунтового теплового насоса будут трубы, схожие со скважиной, которые вкапываются в грунт, и забирают из него тепло для отопления или кондиционирования в доме. У водяного насоса так же будет скважина, через которую вода забирается в тепловой насос и прогоняется через систему для отопления.
Более детально об особенностях разных видов тепловых насосов читайте в статье ‘Виды тепловых насосов для отопления: виды, преимущества и применение’.
Правильно подобрать тепловой насос могут специалисты, которые при расчетах и выборе системы учитывают такие факторы:
- Состояние объекта (новое, или же реконструкция)
- Физическое расположение объекта (для выбора типа теплового насоса – воздушный, водяной или грунтовой)
Что касается грунтового теплового насоса – он выглядит более эффективным, однако, такая система дольше окупается из-за стоимости земляных работ (бурения под скважину). В случае, если ваш объект находится вдалеке от комплексных построек, и электричество вам обходится очень дорого, то грунтовой тепловой насос является единственным выходом.
Водяные тепловые насосы применяться в двух случаях: если у вас обилие грунтовых вод (что встречается довольно редко), или же если рядом расположен водоем. Во втором случае, хотим предупредить, что для того чтобы забирать тепло из водоема — нужно использовать специфические теплообменники, которые к тому же довольно часто могут засоряться. Это приведет к уменьшению производительности и дорогому сервисному обслуживанию
Мы хотим проконсультировать Вас
Компания VENTBAZAR.UA занимается поставкой и монтажем ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ любого типа и мощности.
Помимо этого осуществляем:
— консультацию по вопросах альтернативного отопления на базе тепловых насосов;
— предварительный аудит теплозатрат обьекта;
— проектирование;
— сервисное обслуживание установленных нами систем.
Звоните: (044) 50 000 53 или (097) 100 05 33.
Также можете указать свои контактные данные, и наш менеджер свяжется с Вами для подбора решения для Вашей квартиры/дома или офиса.
Схема подключения к тепловому насосу различных видов агрегатов для отопления:
Сколько стоит тепловой насос, и какие производители существуют
Стоимость оборудования для коммерческих и частных помещений:
- Для помещений площадью 100-150 м2 — составляет от 2700 до 4500 EUR.
- Для помещений площадью 170-280 м2 — составляет от 4700 до 15000 EUR.
- Для помещений 400 м2 и выше — ИНДИВИДУАЛЬНО.
К премиум сегменту можно отнести следующих производителей: Hitachi Yutaki, Mitsubishi Electric, Daikin Altherma, Viessmann, Vaillant.
К средне-ценовому сегменту: MyCond, Gree Versati, Cooper&Hunter.
Подводя итоги, можно сказать, что идеальным вариантом является использование теплового насоса ‘воздух-вода’. Он прост в монтаже, эксплуатации и довольно быстро окупается. Если не верите нам, то посчитайте, сколько вы сможете сэкономить на отоплении квартиры или дома, если установите тепловой насос. Все необходимые формулы мы опубликовали здесь.
Для чего вам нужен тепловой насос? Прежде всего, чтобы экономить на отоплении. А как бонус вы получаете систему кондиционирования всего дома в жаркий период года и наличие горячей воды в доме круглый год.
Преимущества и недостатки тепловых насосов:
Произвести грамотные расчеты, подобрать и купить тепловой насос Вам помогут наши технические специалисты. Звоните по номеру (044) 50 000 53, или же закажите Обратный звонок в шапке сайта и получите бесплатную консультацию!
Похожие статьи:
Отопление частного дома
Отопление без газа: решения, цены, с чего лучше начать?
Подбираем тепловой насос ‘воздух-вода’ правильно
Как работает тепловой насос | Как работают тепловые насосы
Основные сведения о тепловом насосе
Один очень важный момент, который следует понимать, отвечая на вопрос «как работают тепловые насосы?» в том, что тепловые насосы не производят тепло — они перемещают тепло из одного места в другое. Печь создает тепло, которое распространяется по всему дому, но тепловой насос поглощает тепловую энергию из наружного воздуха (даже при низких температурах) и передает ее воздуху в помещении. В режиме охлаждения тепловой насос и кондиционер функционально идентичны, они поглощают тепло из воздуха в помещении и отводят его через наружный блок.Щелкните здесь, чтобы узнать больше о тепловых насосах и кондиционерах.
При рассмотрении того, какой тип системы лучше всего подходит для вашего дома, следует учитывать несколько важных факторов, включая размер дома и местный климат. У местного дилера Carrier есть опыт, чтобы должным образом оценить ваши конкретные потребности и помочь вам принять правильное решение.
Важные компоненты системы теплового насоса
Типичная система теплового насоса с источником воздуха состоит из двух основных компонентов: наружного блока (который выглядит так же, как наружный блок сплит-системы кондиционирования воздуха) и внутреннего блока обработки воздуха.Как внутренний, так и внешний блок содержат различные важные компоненты.
Наружный блок
Наружный блок содержит змеевик и вентилятор. Змеевик работает либо как конденсатор (в режиме охлаждения), либо как испаритель (в режиме нагрева). Вентилятор обдувает змеевик наружным воздухом для облегчения теплообмена.
Внутренний блок
Как и наружный блок, внутренний блок, обычно называемый блоком обработки воздуха, содержит змеевик и вентилятор. Змеевик действует как испаритель (в режиме охлаждения) или конденсатор (в режиме нагрева).Вентилятор отвечает за перемещение воздуха через змеевик и воздуховоды в доме.
Хладагент
Хладагент — это вещество, которое поглощает и отводит тепло при циркуляции в системе теплового насоса.
Компрессор
Компрессор нагнетает хладагент и перемещает его по системе.
Реверсивный клапан
Часть системы теплового насоса, которая меняет направление потока хладагента, позволяя системе работать в противоположном направлении и переключаться между нагревом и охлаждением.
Расширительный клапан
Расширительный клапан действует как дозирующее устройство, регулируя поток хладагента, когда он проходит через систему, что позволяет снизить давление и температуру хладагента.
Как работает тепловой насос — режим охлаждения
Одна из наиболее важных вещей, которые необходимо понять о работе теплового насоса и процессе передачи тепла, заключается в том, что тепловая энергия естественным образом стремится перемещаться в области с более низкими температурами и меньшим давлением.Тепловые насосы полагаются на это физическое свойство, позволяя теплу контактировать с более холодной средой с более низким давлением, чтобы тепло могло передаваться естественным образом. Так работает тепловой насос.
Тепловой насос в режиме охлаждения.Шаг 1
Жидкий хладагент перекачивается через расширительное устройство на внутреннем змеевике, которое функционирует как испаритель. Воздух из помещения проходит через змеевики, где тепловая энергия поглощается хладагентом. Получающийся в результате холодный воздух обдувается воздуховодами дома.Процесс поглощения тепловой энергии привел к тому, что жидкий хладагент нагрелся и испарился в газообразную форму.
Шаг 2
Теперь газообразный хладагент проходит через компрессор, который сжимает газ. В процессе сжатия газа он нагревается (физическое свойство сжатых газов). Горячий хладагент под давлением проходит через систему к змеевику наружного блока.
Шаг 3
Вентилятор наружного блока перемещает наружный воздух через змеевики, которые служат змеевиками конденсатора в режиме охлаждения.Поскольку воздух снаружи дома холоднее, чем горячий сжатый газовый хладагент в змеевике, тепло передается от хладагента к наружному воздуху. Во время этого процесса хладагент снова конденсируется до жидкого состояния при охлаждении. Теплый жидкий хладагент перекачивается через систему к расширительному клапану внутренних блоков.
Шаг 4
Расширительный клапан снижает давление теплого жидкого хладагента, что значительно его охлаждает. В этот момент хладагент находится в холодном жидком состоянии и готов к перекачке обратно в змеевик испарителя внутреннего блока, чтобы снова начать цикл.
Как работает тепловой насос — режим отопления
Тепловой насос в режиме обогрева работает так же, как и в режиме охлаждения, за исключением того, что поток хладагента реверсируется с помощью реверсивного клапана, названного так же удачно. Реверсирование потока означает, что источником тепла становится наружный воздух (даже при низкой температуре наружного воздуха), а тепловая энергия выделяется внутри дома. Внешний змеевик теперь выполняет функцию испарителя, а внутренний змеевик выполняет роль конденсатора.
Физика процесса такая же.Тепловая энергия поглощается в наружном блоке холодным жидким хладагентом, превращая его в холодный газ. Затем к холодному газу прикладывают давление, превращая его в горячий газ. Горячий газ охлаждается во внутреннем блоке за счет прохождения воздуха, нагрева воздуха и конденсации газа до теплой жидкости. Теплая жидкость сбрасывается под давлением, когда она входит в наружный блок, превращая ее в охлаждающую жидкость и возобновляя цикл.
Как работает тепловой насос — Обзор
Тепловой насос — это универсальная и эффективная система охлаждения и обогрева.Благодаря реверсивному клапану тепловой насос может изменять поток хладагента и либо нагревать, либо охлаждать дом. Воздух обдувается змеевиком испарителя, передавая тепловую энергию от воздуха хладагенту. Эта тепловая энергия циркулирует в хладагенте в змеевике конденсатора, где она высвобождается, когда вентилятор продувает воздух через змеевик. Благодаря этому процессу тепло перекачивается из одного места в другое.
Местный эксперт Carrier HVAC может помочь оценить ваши потребности в отоплении и охлаждении и порекомендовать подходящую систему теплового насоса.
Принцип работы Тепловые насосы
Шум
Для геотермального теплового насоса нет необходимости в наружном блоке с движущимися механическими компонентами: внешний шум не создается.
Для теплового насоса с воздушным источником требуется наружный блок, содержащий движущиеся механические компоненты, включая вентиляторы, которые производят шум. В 2013 году CEN начал работу над стандартами защиты от шумового загрязнения, создаваемого наружными блоками тепловых насосов.
В США допустимый уровень шума в ночное время был определен в 1974 году как «средний 24-часовой предел воздействия в 55 децибел по шкале А (дБА) для защиты населения от всех неблагоприятных воздействий на здоровье и благополучие в жилых районах ( U.S. EPA 1974). Этот предел представляет собой 24-часовой средний уровень шума (LDN) днем и ночью, со штрафом в 10 дБА, применяемым к ночным уровням между 22:00 и 07:00 часами для учета нарушения сна, и без штрафа к дневным уровням.
Еще одной особенностью внешних теплообменников АШП является необходимость остановки вентилятора время от времени на несколько минут, чтобы избавиться от мороза.
Рекомендации по производительности
При сравнении производительности тепловых насосов лучше избегать слова «эффективность», которое имеет очень конкретное термодинамическое определение.Термин «коэффициент полезного действия» (COP) используется для описания отношения полезного теплового движения к затраченной работе. В большинстве парокомпрессионных тепловых насосов для работы используются двигатели с электрическим приводом.
По данным Агентства по охране окружающей среды США, геотермальные тепловые насосы могут снизить потребление энергии до 44% по сравнению с воздушными тепловыми насосами и до 72% по сравнению с электрическим нагревом сопротивлением.
При использовании для обогрева здания с наружной температурой, например, 10 ° C, обычный тепловой насос с воздушным источником (ASHP) имеет КПД от 3 до 4, тогда как электрический резистивный нагреватель имеет КПД 1.0. То есть один джоуль электрической энергии заставит резистивный нагреватель производить только один джоуль полезного тепла, в то время как в идеальных условиях один джоуль электрической энергии может заставить тепловой насос перемещать три или четыре джоуля тепла от охладителя. место в более теплое место. Обратите внимание, что тепловой насос с воздушным источником более эффективен в более жарком климате, чем в более прохладном, поэтому, когда погода намного теплее, агрегат будет работать с более высоким COP (поскольку он имеет меньший температурный интервал, который необходимо перекрыть). При большой разнице температур между горячим и холодным резервуарами КПД ниже (хуже).В очень холодную погоду КС снизится до 1,0.
С другой стороны, хорошо спроектированные системы с тепловым насосом на основе грунта (GSHP) выигрывают от умеренной температуры под землей, поскольку земля естественным образом действует как накопитель тепловой энергии.
Когда существует высокая разница температур (например, когда тепловой насос с воздушным источником тепла используется для обогрева дома с наружной температурой, скажем, 0 ° C (32 ° F)), требуется больше работы для перемещения такое же количество тепла в помещении, чем в более мягкий день.В конечном итоге из-за пределов эффективности Карно производительность теплового насоса будет снижаться по мере увеличения разницы температур между наружным и внутренним воздухом (наружная температура становится ниже), достигая теоретического предела 1,0 при -273 ° C. На практике коэффициент полезного действия 1,0 обычно достигается при температуре наружного воздуха около -18 ° C (0 ° F) для тепловых насосов с воздушным источником.
Кроме того, поскольку тепловой насос забирает тепло из воздуха, некоторая влага в наружном воздухе может конденсироваться и, возможно, замерзать на наружном теплообменнике.Система должна периодически растапливать этот лед; это размораживание приводит к дополнительным расходам энергии (электричества). Когда на улице очень холодно, проще нагревать с помощью альтернативного источника тепла (например, электрического нагревателя сопротивления, масляной печи или газовой печи), чем запускать тепловой насос с воздушным источником тепла. Кроме того, отказ от использования теплового насоса в очень холодную погоду означает меньший износ компрессора машины.
Конструкция теплообменников испарителя и конденсатора также очень важна для общей эффективности теплового насоса.Площадь поверхности теплообмена и соответствующий перепад температур (между хладагентом и воздушным потоком) напрямую влияют на рабочее давление и, следовательно, на работу, которую должен выполнять компрессор, чтобы обеспечить такой же эффект нагрева или охлаждения. Как правило, чем больше теплообменник, тем ниже перепад температур и тем эффективнее становится система.
Теплообменники дороги, требуют сверления некоторых типов тепловых насосов или больших пространств, чтобы быть эффективными, а промышленность тепловых насосов обычно конкурирует по цене, а не по эффективности.Тепловые насосы уже находятся в более низком ценовом диапазоне, когда речь идет о начальных инвестициях (а не о долгосрочной экономии) по сравнению с традиционными решениями в области отопления, такими как бойлеры, поэтому стремление к более эффективным тепловым насосам и кондиционерам воздуха часто обусловлено законодательными мерами по минимальным стандартам эффективности. . Тарифы на электроэнергию также будут влиять на привлекательность тепловых насосов.
В режиме охлаждения рабочие характеристики теплового насоса описываются в США как его коэффициент энергоэффективности (EER) или сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER), и оба показателя имеют единицы БТЕ / (ч · Вт) (1 БТЕ / (h · W) = 0.293 Вт / Вт). Большее число EER указывает на лучшую производительность. В документации производителя должны быть указаны как COP для описания производительности в режиме нагрева, так и EER или SEER для описания производительности в режиме охлаждения. Однако фактическая производительность варьируется и зависит от многих факторов, таких как детали установки, разница температур, высота площадки и техническое обслуживание.
Как и в случае с любым другим оборудованием, в котором теплообменники используются для передачи тепла между воздухом и жидкостью, важно, чтобы змеевики конденсатора и испарителя содержались в чистоте.Если на змеевиках будут скапливаться отложения пыли и другого мусора, снизится эффективность устройства (как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения).
Тепловые насосы эффективнее для обогрева, чем для охлаждения внутреннего пространства, если разница температур сохраняется. Это связано с тем, что входная энергия компрессора также преобразуется в полезное тепло в режиме нагрева и выводится вместе с переносимым теплом через конденсатор во внутреннее пространство. Но для охлаждения конденсатор обычно находится на открытом воздухе, и рассеиваемая работа компрессора (отработанное тепло) также должна переноситься на улицу с использованием большего количества входящей энергии, а не использоваться для полезной цели.
По той же причине открытие холодильника или морозильника для пищевых продуктов приводит к нагреву помещения, а не к его охлаждению, поскольку его цикл охлаждения отводит тепло в воздух в помещении. Это тепло включает в себя рассеиваемую работу компрессора, а также тепло, отводимое изнутри устройства.
Как работают тепловые насосы
Цель этой страницы — охватить основные концепции, объясняющие, как работают тепловые насосы, и предоставить практическую информацию для всех, кто рассматривает возможность установки теплового насоса.Эта практическая информация включает в себя анализ стоимости установки и эксплуатационных расходов, а также список поставщиков. Тепловые насосы — прекрасное изобретение, весьма увлекательное с точки зрения физики. Вы видите их в повседневных применениях, будь то в системах охлаждения, таких как кондиционеры, или в системах отопления, которые будут объяснены на этой странице.Для начала давайте сначала обсудим основы работы тепловых насосов.
Как работают тепловые насосы — основы
Тепловой насос — это устройство, которое «транспортирует» тепловую энергию из одного места в другое.Это основная особенность работы тепловых насосов. Кондиционер — это разновидность теплового насоса. Он «забирает» тепло из помещения и перекачивает его наружу. Таким образом, в помещении у вас есть холодный воздух, выходящий из вентиляционного отверстия после прохождения через теплообменник. С внешней стороны теплый воздух выходит из другого теплообменника. Теплообменник на внутренней стороне называется испарителем, а теплообменник на внешней стороне называется конденсатором.
В следующем разделе более подробно рассказывается о том, как работают тепловые насосы.
Принципы работы
На рисунке ниже показана схема теплового насоса.
Источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pump. Автор: http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Ilmari_Karonen
Ступень 1 — теплообменник горячей стороны (для кондиционеров это наружная сторона).
Ступень 2 — расширительный клапан.
Ступень 3 — теплообменник холодной стороны (для кондиционеров — на внутренней стороне).
Ступень 4 — компрессор.
Разделение тепловых насосов на эти четыре этапа является основным способом понять, как работают тепловые насосы.
В тепловых насосах используется рабочая жидкость, называемая хладагентом. Этот хладагент выбирается на основе его полезных физических свойств на различных этапах работы внутри теплового насоса. Хладагент циркулирует через тепловой насос с помощью компрессора, который управляет процессом. Хладагент входит в компрессор на стадии 4 в газообразном состоянии (насыщенный пар) при более низком давлении и более низкой температуре и выходит при более высоком давлении и более высокой температуре в перегретом газообразном состоянии.Затем хладагент проходит через теплообменник с горячей стороны и при этом переходит в жидкое состояние (стадия 1). Связанные с этим потери тепла газа и скрытая теплота конденсации (из-за фазового перехода от газа к жидкости) передаются из теплообменника в любую среду, с которой теплообменник контактирует. Для кондиционеров такой средой является наружный воздух. Затем хладагент проходит через расширительный клапан (стадия 2), который заставляет жидкий хладагент мгновенно превращаться в смесь газа и жидкости при давлении и температуре ниже, чем перед входом в клапан.Затем эта смесь проходит через теплообменник холодной стороны на стадии 3, во время которой хладагент полностью превращается в газ. Связанная скрытая теплота парообразования (из-за фазового перехода жидкой части смеси в газ) поглощается теплообменником из любой среды, с которой теплообменник контактирует. Для кондиционеров такой средой является воздух в помещении. С этой стадии хладагент поступает в компрессор в виде насыщенного пара, и цикл повторяется.
Как вы, возможно, видите, полезные свойства хладагента — это в основном свойства фазового перехода, которые возникают спонтанно, когда хладагент подвергается изменениям давления и температуры как в компрессоре, так и в расширительном клапане.Чтобы полностью понять этот процесс, необходимо выполнить термодинамический анализ. Отличный справочник, объясняющий термодинамические детали того, как работают тепловые насосы: Модели тепловых насосов Ок-Ридж: I. Стационарная компьютерная модель для тепловых насосов воздух-воздух , Национальная лаборатория Ок-Ридж, С.К. Фишер, СК Райс, август 1983 года.
Интересным аспектом работы тепловых насосов является то, что вы действительно можете передавать больше тепловой энергии, чем энергия, необходимая для их работы. Например, с помощью кондиционера вы можете транспортировать больше тепловой энергии из здания, чем электроэнергии, необходимой для его питания.Это создает впечатление, что эффективность превышает 100%. Но как это возможно? Как можно получить что-то даром? Ну, на самом деле нет. Как было сказано ранее, тепловой насос просто переносит энергию из одного места в другое. Это не то же самое, что создавать что-то из ничего. Таким образом, в случае теплового насоса для семантики более подходящим становится определение коэффициента производительности (COP), который равен: (переносимая тепловая энергия) / (потребляемая энергия). Таким образом, для «эффективности» 400% COP = 4.
В качестве альтернативы можно использовать тепловой насос вместо охладителя / холодильника. По сути, это означает, что кондиционер нужно переворачивать так, чтобы внешняя часть была обращена внутрь помещения, а внутренняя часть — наружу. С такой настройкой у вас будет обогреватель вместо кондиционера. И еще раз: вы можете получить кажущуюся эффективность более 100%.
Но есть загвоздка.
Чтобы иметь высокий КПД, вы должны работать в определенных диапазонах температур.Поэтому, если вы используете тепловой насос в качестве обогревателя зимой, у вас не может быть чрезмерно низкой температуры наружного воздуха, иначе ваш COP снизится. Фактически, COP будет приближаться к 1 для наружных температур -18 градусов Цельсия или ниже. Это связано с тем, что по мере того, как становится холоднее, становится все труднее извлекать тепло снаружи (перекачивать его в помещении). В конце концов, передаваемая тепловая энергия становится равной потребляемой электрической энергии (COP = 1), и стоимость отопления становится намного дороже.Таким образом, в этом случае тепловой насос, используемый для отопления, лучше всего использовать при умеренных зимних температурах.
Аналогичным образом, если вы используете тепловой насос в качестве охладителя (кондиционера) летом, у вас не может быть чрезмерно высокой температуры наружного воздуха, иначе ваш COP снизится. К счастью, летом никогда не бывает достаточно жарко, чтобы снизить коэффициент полезного действия до 1 — для этого потребуется температура наружного воздуха 50+ градусов по Цельсию!
Это интуитивно понятно — более низкий COP является результатом того, что тепловая энергия в большей степени «подталкивается вверх» и работает против естественного направления теплопередачи — от горячего к холодному.Таким образом, чем больше разница температур, с которой вы работаете, тем больше энергии требуется и тем меньше отдачи вы получаете от затраченных средств.
Таким образом, мы сталкиваемся с практической дилеммой, особенно когда речь идет об обогревателе: чем больше он вам нужен, тем менее эффективным он становится, и чем меньше он вам нужен, тем эффективнее он становится. Но есть способ справиться с этим. Вы можете использовать тепловую энергию земли, чтобы поддерживать высокий КПД. Это обсуждается в следующем разделе.
Тепловой насос наземного источника
Этот раздел особенно полезен для многих людей, которые хотят знать, как работают тепловые насосы, поскольку они имеют в виду геотермальные / наземные источники.
На схеме ниже показан геотермальный тепловой насос. На этом рисунке показана конфигурация теплового насоса и контура заземления.
На этом рисунке показана сеть подземных труб, образующих замкнутый контур. Если вы войдете достаточно глубоко (например, 5-6 м в районе Оттавы) — значительно ниже линии замерзания, температура земли будет примерно постоянной 10 градусов Цельсия в течение всего года с небольшими колебаниями. Это связано с энергией солнца, которое нагревает землю и поддерживает постоянный температурный профиль круглый год на определенной глубине.Именно этот стабильный температурный режим позволяет геотермальному тепловому насосу работать эффективно.
В зимнее время жидкий раствор незамерзания, такой как пропиленгликоль (смешанный с водой), который служит в качестве теплоносителя, прокачивается по трубам и по мере продвижения по ним нагревается примерно до (окружающей) земли. температура, которая для области Оттавы составляет 10 градусов по Цельсию. По мере того, как антифриз возвращается вверх (в нагретом состоянии), он попадает в теплообменник, который позволяет передавать тепловую энергию (полученную от земли) тепловому насосу, который затем передает энергию в помещении, чтобы обогреть здание.Охлажденный в этот момент раствор антифриза возвращается под землю, чтобы снова получить тепло от земли, и цикл повторяется. Длина трубы, идущей под землей, пропорциональна желаемой тепловой нагрузке.
В летнее время тепловой насос может работать в обратном направлении, как охладитель (кондиционер). Таким образом, операция аналогична, за исключением того, что вместо получения тепла от земли, раствор незамерзания (который теперь действует как охлаждающая среда) «отдает» тепло земле.По мере того, как антифриз возвращается вверх (в охлажденном состоянии), он попадает в теплообменник, который позволяет передавать тепловую энергию изнутри здания посредством теплового насоса. Это позволяет зданию охладиться внутри. Раствор антифриза, который нагревается в этот момент, возвращается под землю, чтобы снова терять тепло на землю, и цикл повторяется. Длина трубы, идущей под землей, пропорциональна желаемой охлаждающей нагрузке.
Что делает этот метод настолько привлекательным, так это то, что у вас есть бесплатный, легко доступный в изобилии «радиатор» или «источник тепла», доступный из-под земли, который можно использовать для высокоэффективных тепловых насосов.Зимой вы используете тепловой насос в качестве источника тепла, а летом вы включаете тепловой насос в обратном направлении и используете его в качестве источника охлаждения. Поскольку на определенной глубине под землей температура относительно постоянна круглый год, COP остается высоким круглый год.
Основным преимуществом этого метода является нагревание, поскольку именно там достигается большая часть экономии. Это может быть усовершенствование других методов отопления, которые могут использовать природный газ, мазут или электрическое отопление.Кстати, электрическое отопление — один из наименее эффективных способов обогрева здания, так как его коэффициент полезного действия равен 1.
Основным недостатком наземных тепловых насосов является первоначальная первоначальная стоимость, которая в США и Канаде может составлять около 2500 долларов (или больше) за тонну мощности. Обратите внимание, что одна тонна равна 12 000 БТЕ / час или 3,5 кВт.
Но поскольку годовые эксплуатационные расходы могут быть значительно меньше, чем у обычных систем отопления, эта система окупается за несколько лет.
На рисунке ниже показано изображение подземной трубопроводной сети, типичной для такой установки.
Источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Ground_source_heat_pump. Автор: Marktj
Трубы можно укладывать вертикально под землей в глубокую яму глубиной в сотни футов или в большие неглубокие траншеи глубиной несколько метров. Глубокая яма может быть лучшим вариантом, если у вас небольшая территория или вы не хотите копать большие площади, хотя такая установка будет стоить больше, чем система с горизонтальной петлей. Длина используемой трубы обычно составляет сотни футов. Как правило, требуется 500-600 футов трубы в траншеях 250-300 футов на тонну пропускной способности системы, в зависимости от влажности почвы (ссылка: http: // www.earthheat.ca).
Трубы обычно изготавливаются из пластика, который требует большей длины для достижения температуры земли, чем металлические трубы, но они легче, гибче и очень долговечны.
Краткая информация
Вот несколько фактов о геотермальных тепловых насосах:
• Общее снижение затрат на электроэнергию в здании может составить 60%.
• Срок окупаемости 6-8 лет.
• Типичный КПД геотермального теплового насоса для отопления и охлаждения составляет 3-4
В следующем разделе мы проведем анализ стоимости замещения.
Анализ затрат на замену
Если у вас есть система отопления, которую вы планируете заменить на систему с геотермальным тепловым насосом, разумно сначала оценить потребление энергии, чтобы узнать, сколько вы сэкономите, если вообще сэкономите. Попросите кого-нибудь прийти к вам домой или на работу и провести оценку. Но вы также можете попробовать свои силы в приблизительном подсчете, посмотрев на свои счета за электроэнергию. Если вы используете электричество для обогрева помещений и / или воды, то выясните, сколько затрат на электроэнергию связано с этими конкретными видами использования в течение одного года.Назовите эту сумму X . Таким образом, ваша годовая экономия будет равна AS = X (1 — 1 / COP).
Если вместо этого вы используете топливо, расчет становится более сложным. Сначала необходимо подсчитать, сколько топлива для отопления вы потребляете ежегодно. Ваши счета за электроэнергию должны содержать эту информацию. Давайте использовать природный газ в примерном расчете.
Для природного газа единицей измерения является объем, м 3 (кубических метров). Из ваших счетов за электроэнергию сложите общий объем (в м 3 ) природного газа, использованного в течение одного года, на основе показаний вашего счетчика.Назовите этот том V .
Плотность энергии природного газа составляет около 35 000 БТЕ / м 3 .
Сейчас,
35000 БТЕ = 10,26 кВтч
Для производства 10,26 кВтч тепловой энергии количество потребляемой тепловой энергии электроэнергии, необходимой тепловому насосу, составляет 10,26 / COP (например, для COP = 3, потребляемая энергия составляет 10,26 / 3 = 3,4 кВтч).
Тогда соответствующие затраты на электроэнергию составляют EC = (10,26 / COP) × (стоимость за кВтч электроэнергии в вашем районе). Обратите внимание, что стоимость электроэнергии на кВтч должна равняться общей стоимости , которая составляет: (общая сумма, подлежащая оплате по счету за электроэнергию) / (общее количество потребленных кВтч на основе показаний вашего счетчика).В моем районе тариф на электроэнергию составляет 15 центов / кВтч.
Итак, годовые затраты на электроэнергию с использованием геотермального теплового насоса составляют EC × V .
Теперь, исходя из ваших счетов за электроэнергию, рассчитайте общих затрат на использование природного газа в размере в течение одного года, включая налоги. Назовите это NGC .
Таким образом, ваша экономия затрат в год составит AS = NGC — EC × V . В некоторых случаях это число может быть отрицательным, и в этом случае вы заплатите больше за геотермальную систему с тепловым насосом, чем за вашу текущую систему.
Теперь можно посмотреть срок окупаемости.
Учитывая, что затраты на техническое обслуживание, вероятно, минимальны, приблизительный срок окупаемости в годах = (стоимость установки теплового насоса) / AS
Тот же базовый расчет применяется к другим видам топлива для отопления, таким как пропан. Просто отслеживайте используемые единицы и используйте правильную плотность энергии на единицу объема (онлайн-поиск предоставит вам эту информацию). В некоторых случаях вы можете использовать галлоны вместо кубических метров.
Геотермальный тепловой насос прямого обмена
Разновидностью геотермального теплового насоса является Геотермальный тепловой насос с прямым обменом .В этой системе медный змеевик теплового насоса помещается непосредственно в землю и в результате обменивается теплом напрямую с землей. Это обеспечивает более эффективный теплообмен с почвой, поскольку не происходит промежуточного теплообмена с контуром заземления до того, как произойдет теплообмен с змеевиком теплового насоса. Есть более прямой путь теплообмена. Эта более простая конструкция позволяет использовать более короткие трубки и снизить стоимость установки. Однако недостатком этой конструкции является то, что компрессор нельзя размещать на большом расстоянии от катушек заземления.Это может быть ограничительным в зависимости от приложения. Кроме того, стоимость хладагента может быть высокой из-за большого объема, необходимого для длинного медного змеевика.
Вернуться на страницу Engineering
Вернуться на домашнюю страницу Real World Physics Problems
пожаловаться на это объявление
Как работают тепловые насосы | HowStuffWorks
Если вы регулярно пользуетесь тепловым насосом, вам следует менять фильтр примерно раз в месяц. Возможно, вам удастся заменить фильтр только один раз в три месяца, если вы будете запускать устройство только периодически.Следите, чтобы вентиляторы и змеевики были чистыми и свободными от мусора, а ваш тепловой насос должен проверять профессионал раз в год или два.
Общие проблемы с тепловыми насосами включают слабый воздушный поток, негерметичные или шумные воздуховоды, проблемы с температурой, использование неправильной заправки хладагента, дребезжание, скрип и скрежет. Если можете, попытайтесь определить место возникновения проблемы. Слабый воздушный поток выходит из одного регистра или все регистры имеют низкий воздушный поток? Неприятный шум исходит из воздуховодов или внутри самого теплового насоса?
Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы определить и, возможно, устранить проблему теплового насоса, прежде чем обращаться за профессиональной помощью.Во-первых, если устройство не работает, попробуйте перезагрузить его двигатель. Проверьте систему зажигания насоса на наличие проблем и убедитесь, что у вас нет сработавшего прерывателя цепи или перегоревшего предохранителя. Проверьте термостат, чтобы убедиться, что он работает правильно. Замените фильтр, если он грязный, и убедитесь, что нет препятствий для воздушного потока. Если воздуховоды издают шум при расширении и сжатии, вы можете попробовать сделать вмятину сбоку воздуховода, чтобы сделать поверхность более жесткой. Погремушки можно устранить, закрепив незакрепленные детали, и если вы слышите скрип внутри устройства, вам может потребоваться заменить или отрегулировать ремень вентилятора, соединяющий двигатель и вентилятор.Скрежетание может указывать на износ подшипников двигателя, для устранения которого потребуется помощь профессионала.
Имейте в виду, что если у вас нет склонности к механике, вам, вероятно, не стоит пытаться выполнять такого рода ремонтные работы. А поскольку тепловые насосы могут содержать опасные материалы, это еще одна веская причина для получения профессиональной помощи. Утечка химического вещества — плохая новость, и вы можете легко пораниться, взяв сломанное устройство.
Тепловой насос должен прослужить от 10 до 30 лет, а геотермальные установки — лидеры по долговечности.Фактически, некоторые компоненты геотермальных тепловых насосов могут служить даже дольше. Имейте в виду, что технология может измениться до того, как ваш тепловой насос выйдет из строя, поэтому вы можете обнаружить, что срок службы теплового насоса превышает возможности технического специалиста по его обслуживанию. Новые технологии могут сделать тепловые насосы более безопасными или более эффективными, поэтому вы можете следить за новыми видами тепловых насосов.
Чтобы узнать больше о тепловых насосах, перейдите по ссылкам на следующей странице для получения дополнительной информации.
Первоначально опубликовано: 13 мая 2009 г.
Как работает тепловой насос?
Существует множество описаний того, как работает тепловой насос, иногда это может показаться запутанным.На самом деле это простая и фантастическая технология, которая производит больше энергии для вашего дома, чем использует.
По сути, тепловой насос похож на холодильник, работающий в обратном направлении. Он поглощает естественное тепло из воздуха, земли или воды снаружи для обогрева вашего дома и воды. Тепловые насосы являются одним из наиболее эффективных способов обогрева вашего дома, поскольку они передают тепло, а не генерируют его.
Наука, лежащая в основе тепловых насосов
Тепло естественным образом перемещается из более горячего места в более холодное.Тепловой насос работает, обращая этот процесс, используя для этого небольшое количество электроэнергии. Это достигается за счет цикла сжатия и испарения.
Цикл испарения и сжатия теплового насоса состоит из четырех стадий, по которым циркулирует хладагент. Этот хладагент действует как среда, которая передает тепло от одной ступени к другой.
1: Испаритель
Тепло подводится к теплообменнику, известному как испаритель, извне. В зависимости от типа теплового насоса это низкопотенциальное тепло может поступать из любого количества источников. Например, земные тепловые насосы поглощают тепло от земли, воздушные источники — из воздуха, а водные источники — из близлежащего озера или пруда.
Это тепло вызывает испарение хладагента. Внутри испарителя хладагент низкого давления и низкой температуры может поглощать тепло даже в очень холодных условиях (до -20 o C).
2: Компрессор
Испаренный хладагент сжимается, что увеличивает температуру. С технической точки зрения низкопотенциальное тепло превращается в приемлемо высокую температуру.
3: Конденсатор
Газообразный хладагент передает тепло в систему центрального отопления. Это заставляет хладагент снова конденсироваться в жидкость. Это происходит в конденсаторе, втором теплообменнике, где более холодная вода из системы центрального отопления поглощает тепло. Это тепло затем циркулирует вокруг эмиттерной системы (радиаторы или полы с подогревом) или используется для нагрева воды.
4: Расширительный клапан
Охлажденный хладагент проходит через расширительный клапан, который снижает давление. Это дополнительно снижает температуру перед тем, как хладагент возвращается в испаритель, чтобы цикл мог начаться снова.
Принцип работы здесь основан на концепции «скрытой теплоты конденсации и испарения». Короче говоря, изменяя давление, мы можем контролировать точку кипения жидкой среды и, следовательно, управлять движением тепла.
Типы тепловых насосов
Есть два основных типа тепловых насосов: воздух-земля-источник. Хотя оба они используют один и тот же метод передачи тепла, упомянутый выше, то, как они вносят низкопотенциальное тепло в цикл испарения-сжатия, немного отличается.
Тепловые насосы с воздушным источником
Воздушный тепловой насос — самый популярный тип систем. Находящийся вне вашего дома тепловой насос очень похож на стандартный кондиционер. Фактически, способ передачи тепла для кондиционеров очень похож на тот, что описан выше, только в обратном порядке.
Солнечное тепло нагревает воздух вокруг нас, который затем втягивается вентилятором в тепловой насос. Это тепло отбирается из воздуха в змеевик теплообменника — испаритель — и цикл начинается. Вентилятор предназначен для поддержания постоянного потока теплого воздуха, контактирующего с теплообменником.
Земляные тепловые насосы
Земной тепловой насос использует солнечную энергию, накопленную в земле, в качестве источника тепла для испарителя. Он собирает тепло через проложенные под землей трубы, известные как контур заземления или массив заземления.Затем смесь воды и специального антифриза прокачивается через эту сеть труб под землей, поглощая естественное тепло ниже линии замерзания. Затем смесь антифриза и воды передает тепло испарителю в тепловом насосе, и начинается тот же процесс испарения-сжатия, как показано на диаграмме ниже.
Самая распространенная установка для геотермального теплового насоса — горизонтальная прокладка теплопоглощающих труб. Для такой прокладки труб вам понадобится большая площадь снаружи, или, если у вас мало места, вы можете выбрать систему с вертикальной петлей, которая включает бурение глубоких скважин под землей.
Здесь вы можете узнать о различиях между воздушными и наземными тепловыми насосами.
Геотермальный тепловой насос или геотермальный тепловой насос?
Хотя термин «геотермальный тепловой насос» используется как взаимозаменяемые с термином «геотермальный тепловой насос», он может вводить в заблуждение. Земные тепловые насосы не используют геотермальное тепло, то есть тепло ядра Земли. Тепло, используемое геотермальным тепловым насосом, на самом деле исходит от солнца, которое поглощается и накапливается в земле.
Примеры геотермального отопления можно найти в таких областях, как Исландия, где тепло от ядра Земли поднимается вверх между континентальными плитами Европы и Северной Америки.
Тепловые насосы — это чрезвычайно энергоэффективный способ обогрева вашего дома, поскольку для их работы требуется небольшое количество электроэнергии. Хотя они имеют более высокую первоначальную стоимость, чем другие типы систем отопления, они имеют большое количество преимуществ, которые более чем компенсируют это. Чтобы назвать некоторые из них, они чрезвычайно эффективны, они не выделяют вредных выбросов на местном уровне, и, вложив средства в тепловой насос, вы могли бы окупить большую часть — если не все — денег, возвращенных в рамках программы вознаграждения за возобновляемое тепло (при условии соблюдения представление).
Тепловой насос — обзор
Отопление и охлаждение помещений с помощью тепловых насосов
Тепловые насосы в зданиях используются для отопления, охлаждения, вентиляции и производства горячей воды. PCM в сочетании с HP может снизить пиковую нагрузку, что приведет к уменьшению номинального размера теплового насоса и повышению общей эффективности систем. Это также позволяет разделить производство и использование тепловой энергии, что дает возможности для экономичного использования энергии и хорошо обслуживает периодически возобновляемые источники.Колебания нагрузки во время работы также можно смягчить, поддерживая более стабильную комфортную температуру (Nie et al., 2017).
Самый простой способ нагрева заключается в хранении тепла, выделяемого конденсатором высокого давления. Эта система может использоваться для производства тепла всякий раз, когда внешняя температура высока (в случае ТД воздух-воздух) или когда электричество дешево или легко доступно. Основным барьером остается в целом низкая теплопроводность ПКМ, влияющая на скорость теплопередачи во время зарядки / разрядки и требующая значительной разницы температур для передачи тепла между HTF и ПКМ.Агьеним и Хьюитт (2010) оценили такую систему для диссоциированного производства и потребления и обнаружили, что резервуара для хранения PCM на 1116 л достаточно для удовлетворения потребности в тепле обычного британского домашнего хозяйства при эксплуатации HP в течение 7-часового периода низкой стоимости. Только. Однако этот объем можно уменьшить на 30% за счет увеличения теплопроводности ПКМ за счет усовершенствования теплообменника.
Active LHS также может использоваться для подачи тепловой энергии в испаритель ВД в холодные периоды для поддержания высокого COP.Солнечная энергия может использоваться для подачи необходимого тепла в испаритель, поддерживаясь системой LHS в ночное время или в периоды без солнечного света.
Для целей переменного тока PCM может использоваться для хранения холода, либо непосредственно для охлаждения помещения, либо для снижения охлаждающей нагрузки HP в часы пик. Чайят (2015) оценил эффективность и экономичность использования кровати из ПКМ для хранения холодной энергии в ночное время с высоким коэффициентом полезного действия (COP) и доставки этого холода в течение дня для обеспечения высокого давления, см.рис.3. Было установлено, что система сэкономила 9% электроэнергии и имела срок окупаемости 4,15 года. Подобные исследования смещения пиков доступны в литературе (Fang et al., 2010; Moreno et al., 2014a).
Рис. 3. Пример включения ПКМ в систему кондиционирования.
Чайят Н. (2015) Энергетический и экономический анализ строительного кондиционера с материалом с фазовым переходом (ПКМ). Преобразование энергии и управление 94: 150–158. https://doi.org/10.1016/j.enconman.2015.01.068Real et al.(2014) предложили систему с двумя баками PCM для поддержания высокого COP в течение дня. Когда температура окружающей среды низкая, холод можно хранить в холодном резервуаре PCM с высоким COP и выпускать, когда охлаждение необходимо в дневное время. Другой резервуар PCM (с более высокой температурой плавления) используется в качестве буфера для горячего резервуара, где тепло может отводиться при постоянной более низкой температуре в дневное время, когда температура окружающей среды высока. Энергия, накопленная в горячем резервуаре PCM, затем рассеивается в течение ночи.Они сообщили о повышении эффективности этой системы с двумя баками PCM на 19%.
В Бергене (Норвегия) крупномасштабная система водяного охлаждения была внедрена в средней школе с использованием системы LHS в контуре распределения охлажденной воды (Jokiel et al., 2017). Четыре больших контейнера (общий объем 288 м 3 ) заполнены сложенными друг на друга пластиковыми коробками, в которых заключен PCM, с общей вместимостью ок. 11 МВтч. Система LHS накапливает холодную энергию в периоды низкой потребности и подает ее в чиллер в периоды высокой потребности в охлаждении, тем самым снижая требуемую номинальную мощность чиллера.
В Тронхейме (Норвегия) система LHS мощностью 194 кВтч, использующая пластинчатый теплообменник, была внедрена в здании 2 площадью 2000 м (Sevault et al., 2019). Система LHS интегрирована в низкотемпературную централизованную систему отопления помещений, подробности см. В разделе Пример применения: LHS в лаборатории ZEB, Тронхейм (Норвегия) .
Системы тепловых насосов | Департамент энергетики
Для климата с умеренными потребностями в отоплении и охлаждении тепловые насосы являются энергоэффективной альтернативой печам и кондиционерам.Как и ваш холодильник, тепловые насосы используют электричество для передачи тепла из прохладного помещения в теплое, делая прохладное пространство более прохладным, а теплое — теплее. Во время отопительного сезона тепловые насосы перемещают тепло из прохладного помещения в ваш теплый дом, а во время сезона охлаждения тепловые насосы перемещают тепло из прохладного дома в теплое помещение. Поскольку они перемещают тепло, а не генерируют тепло, тепловые насосы могут обеспечить эквивалентное кондиционирование помещения всего за четверть стоимости эксплуатации обычных нагревательных или охлаждающих приборов.
Есть три типа тепловых насосов: воздух-воздух, водоисточник и геотермальный. Они собирают тепло из воздуха, воды или земли за пределами вашего дома и концентрируют его для использования внутри.
Самым распространенным типом теплового насоса является тепловой насос с воздушным источником тепла, который передает тепло между вашим домом и наружным воздухом. Сегодняшний тепловой насос может сократить потребление электроэнергии для отопления примерно на 50% по сравнению с электрическим нагревом сопротивлением, таким как печи и обогреватели плинтусов. Высокоэффективные тепловые насосы также осушают лучше, чем стандартные центральные кондиционеры, что приводит к меньшему потреблению энергии и большему комфорту охлаждения в летние месяцы.Тепловые насосы с воздушным источником тепла использовались в течение многих лет почти во всех частях Соединенных Штатов, но до недавнего времени они не использовались в регионах, которые испытывали длительные периоды отрицательных температур. Однако в последние годы технология тепловых насосов с воздушным источником тепла претерпела значительные изменения, и теперь они предлагают законную альтернативу обогреву помещений в более холодных регионах.
Для домов без воздуховодов тепловые насосы с воздушным источником также доступны в бесканальной версии, называемой мини-сплит-тепловым насосом. Кроме того, особый тип воздушного теплового насоса, называемый «чиллер с обратным циклом», генерирует горячую и холодную воду, а не воздух, что позволяет использовать его с системами лучистого теплого пола в режиме обогрева.
Геотермальные (грунтовые или водные) тепловые насосы достигают более высокой эффективности за счет передачи тепла между вашим домом и землей или ближайшим источником воды. Хотя их установка и стоит дороже, геотермальные тепловые насосы имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку они используют преимущества относительно постоянной температуры земли или воды. Геотермальные (или наземные) тепловые насосы имеют несколько основных преимуществ. Они могут снизить потребление энергии на 30-60%, контролировать влажность, прочные и надежные, и подходят для самых разных домов.Подходит ли вам геотермальный тепловой насос, будет зависеть от размера вашего участка, грунта и ландшафта. Тепловые насосы, работающие на грунте или воде, могут использоваться в более суровых климатических условиях, чем тепловые насосы, работающие на воздухе, и удовлетворенность клиентов системами очень высока.
Новым типом теплового насоса для бытовых систем является абсорбционный тепловой насос, также называемый газовым тепловым насосом. Абсорбционные тепловые насосы используют тепло в качестве источника энергии и могут работать от самых разных источников тепла.
Для получения дополнительной информации об этих конкретных типах тепловых насосов перейдите по адресу:
.