Тепловые насосы. Общие теоретические сведения

Тепловой насос – это установка для передачи тепловой энергии от источника низкопотенциального тепла к объекту обогрева.

Перенос низкопотенциального тепла и его “преобразование” до “нужного” температурного режима осуществляются по принципу холодильной машины. Средством являются фазовые переходы (переход из одного агрегатного состояния в другое) хладагента, циркулирующего в контуре установки.

Наибольшее применение получили парокомпрессионные тепловые насосы. Менее распространены тепловые насосы на основе абсорбционного холодильного цикла.

Объектами обогрева теплового насоса могут являться как жидкий теплоноситель, так и воздушная среда.

Схема переноса тепловой энергииРисунок 1.1 — Схема переноса тепловой энергии.

На рисунке изображен принцип переноса тепла от окружающей среды к объекту обогрева. Схема показывает наглядно, что основную часть энергии для отопления объекта составляет тепловая энергия окружающей среды. Электроэнергия является одним из средств для трансформации низкопотенциальной тепловой энергии. Электроэнергия, затрачиваемая в процессе цикла, также преобразовывается в тепловую энергию и используется для отопления, однако ее составляющая в несколько раз меньше составляющей природной тепловой энергии.


В соответствии со схемой (рис. 1.1) видно, что по типу источника переноса тепла существуют следующие виды тепловых насосов:

  1. Воздушные – источником отбора тепла является наружный воздух.
  2. Поверхностные воды – море, река, озеро.
  3. Грунтовые и подземные воды. Для использования данного вида источников производят бурение скважин, колодцев.
  4. Поверхностный и глубинный грунт. Грунтовые зонды, а также посредством бурения скважин – геотермальные зонды.
  5. Низкопотенциальная теплота искусственного происхождения. В данном случае используются канализационные и сточные воды, тепло технологических промышленных и бытовых процессов, вытяжной воздух систем вентиляции.

В зависимости от использования среды и объекта обогрева тепловые насосы подразделяются на следующие основные типы:

  1. «воздух — воздух»
  2. «воздух — вода»
  3. «вода — вода»
  4. «вода — воздух»
  5. «грунт — вода»
  6. «грунт — воздух»

Принцип работы теплового насоса. Зимний и летний режимы.

Рисунок 1.2 — Принцип работы теплового насоса. Зимний и летний режимы.

Обозначения на схеме: Зимний режим: ① — отработанный (отдавший тепловую энергию) наружный воздух, ② — воздух на входе в наружный блок установки, ③ — нагретый воздух помещения, ④ — воздух помещения на входе во внутренний блок установки. Летний режим: ⑤ — отработанный (нагретый) наружный воздух, ⑥ — воздух на входе в наружный блок установки, ⑦ — охлажденный воздух помещения, ⑧ — воздух помещения на входе во внутренний блок установки.

Современной промышленностью представлен широкий ряд климатического оборудования (кондиционеры, приточно-вытяжные установки, системы чиллер-фанкоил) позволяющего в зависимости от сезона осуществлять нагрев, либо охлаждение помещений, посредством переключения режимов “кондиционирование” – “тепловой насос”. Это показано на примере схемы работы (рис. 1.2) центрального кондиционера.

По способу использования среды тепловые насосы подразделяются на следующие основные типы:

- открытые;

- закрытые;

-с непосредственным теплообменом.

В установках открытого типа в теплообменный аппарат (испаритель) теплового насоса подается вода непосредственно от природного источника для отбора в нем низкопотенциального тепла. В основном открытый тип теплообмена применяется в геотермальных установках, где используются грунтовые воды. Реже в качестве источников используются, водоемы – река, озеро, пруд и т.д. Данный тип применяется при наличии достаточного количества воды и при условии, что такое использование грунтовых вод разрешено законодательством.

В установках закрытого типа для отбора тепла в источники устанавливают коллекторы, в которых нагревается промежуточный хладоноситель, отбирая низкопотенциальное тепло от воды либо грунта. После того как промежуточный хладоноситель прошел через контур испарителя теплового насоса и отдал свое тепло хладагенту, он возвращается обратно в коллектор. Коллекторы, устанавливаемые в водоемы и грунт, представляют собой систему пластиковых трубопроводов. В случае использования скважин геотермальный зонд является коллектором для сбора низкопотенциального тепла. В качестве промежуточного хладоносителя применяют антифризы растворы этиленгликоля и пропиленгликоля.

В установках с непосредственным теплообменом отбор низкопотенциального тепла происходит между природным источником (грунт, водоем, скважина) и расположенной в нем системой трубопроводов, являющейся испарителем теплового насоса. Т.е. процесс кипения хладагента в испарителе происходит за счет непосредственного отвода тепла от природного источника. В качестве материалов для изготовления испарителя в таких случаях применяют, в основном, медь. В некоторых случаях, в зависимости от состава почвы или воды, используют медно-никелевые сплавы (в частности — МНЖ5-1).

При обозначении прямого теплообмена часто используют аббревиатуру DX (сокр. от англ. direct exchange — “прямой обмен”). Использование прямого теплообмена обеспечивает высокую эффективность и надёжность геотермальных тепловых насосов. Благодаря данной технологии уменьшается общая длина бурения скважин, в сравнении с применением открытого или закрытого типов.

На сайте представлен цикл статей по основным типам и примерам применения тепловых насосов (ссылки в начале статьи).

Поделитесь с друзьями
  • RSS
  • Twitter
  • Facebook
  • Добавить ВКонтакте заметку об этой странице
  • Одноклассники
  • Мой Мир
  • LiveJournal
  • Блог Я.ру
  • Blogger
  • Блог Li.ру
  • Google Buzz
  • В закладки Google
  • Яндекс.Закладки
  • Memori.ru
  • МоёМесто.ru
  • Сто закладок
  • БобрДобр
  • LinkedIn
  • FriendFeed
  • MySpace
  • Orkut

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>