2. Тепловой насос как инновационная технология обогрева гостиницы

Что такое тепловой насос?

Т епловой насос - это современный и высокотехнологичный прибор для отопления и кондиционирования воздуха. Тепловой насос собирает тепло с улицы или из земли и направляет в дом.

Для того, чтобы представить, как работают тепловые насосы предлагаем посмотреть анимационный ролик (требуется звук) о принципе работы тепловых насосов рахных типов:

тепловой насос грунт-вода (или рассол-вода, использование грунтового зонда);

тепловой насос вода-вода (открытая систма, использование водяной скважины);

тепловой насос вода-воздух; (использование зондов или скважины + воздушная система отопления)

тепловой насос воздух-воздух.

Также вашему вниманию предлагается видео о тепловых насосах.

Принцип работы теплового насоса. Общие даные.

Принцип работы теплового насоса достаточно прост. Его суть сводится к работе наиболее важной детали — компрессора. Тепловой насос сжимает рассеяное тепло ( т.н. низкопотенциальное) с помощью компрессора. Таким образом тепловая энергия прохладной воды или воздуха за счет более компактного объема имеет более высокую концентрацию и, следовательно, температуру.

Рассмотрим пример: один литр воды с температурой в 1 °С — это приблизительно 4.192 кДж тепла. Эту же тепловую энергию, 4.192 кДж тепла, имеет 100 грам воды с температурой 10 °С.

Это объясняет высокий КПТ теплового насоса. Если тепловой насос обеспечивает горячую воду с температурой °С60, то это не значит что он просто нагрел ее электричеством на 50 °С. Тепловой насос тратит электроэнергию только на сжатие и перенос тепла, а само по себе тепло — бесплатное. Таким образом тепловые насосы дают 10 кВт тепла, затратив 2-3 кВт/час электроэнергии.

А на практике это выглядит так: под землей есть грунтовые воды. Температура такой воды стабильно высокая — около 10 °С. После того, как тепловой насос сделает свою работу (сжатие), температура воды на выходе в отопительном контуре будет уже 60 °С. Следует заметить, что непосредственно сама вода не поддается сжатию. Сжимается посредник — фреон, который чувствителен к температуре. Он легко заберет тепло у грунтовой воды через испаритель (из 10 °С через фреоновый контур будет отобрано около 4 °С) и также хорошо отдает полученное тепло отопительному контуру через конденсатор.

То есть принцип работы теплового насоса - это обратный цикл Карно, а когда тепловой насос работает на кондиционирование — сам цикл Карно.

Из чего состоит и как работает тепловой насос

Итак, внутренний контур тепловых насосов состоит из следующих компонентов:

Конденсатор;

Капилляр;

Испаритель;

Компрессор, работающий от электрической сети.

Помимо этого, во внутреннем контуре теплового насоса есть:

Терморегулятор, который управляет устройством;

Хладагент, циркулирующий в системе газ с определёнными физическими свойствами и характеристиками.

Хладагент под высоким давлением через капиллярное отверстие попадает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит процесс испарения. При этом хладагент отбирает тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель в свою очередь отнимает тепло у земляного или водяного контура, за счёт чего он постоянно охлаждается. Компрессор вбирает хладагент из испарителя, сжимает его, за счёт чего температура хладагента резко повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме этого, в конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент отдает тепло (температура порядка 85-125 градусов Цельсия) отопительному контуру и переходит в жидкое состояние. Процесс повторяется постоянно. Когда температура в доме достигает необходимого уровня, электрическая цепь разрывается терморегулятором и тепловой насос перестает работать. Когда температура в отопительном контуре падает, терморегулятор вновь запускает тепловой насос. Таким образом хладагент в тепловом насосе совершает обратный цикл Карно.

Как мы видим, тепловые насосы перекачивают рассеяную тепловую энергию земли, воды или даже воздуха в относительно высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 75% отопительной энергии можно собрать бесплатно из природы: грунта, воды, воздуха и только 25% энергии необходимо затратить для работы самого теплового насоса. Другими словами, владелецы тепловых насосов экономят 3/4 средств, которые он бы регулярно тратил на дизтопливо, газ или электроэнергию для традиционного отопления. Попросту говоря, тепловой насос с помощью теплообменников собирает тепловую энергию из земли (воды, воздуха) и «переносит» ее в помещение.

Тепловые насосы способны не только отапливать помещения, но и обеспечивать горячее водоснабжение, а также осуществлять кондиционирование воздуха. Но при этом в тепловых насосах должен быть реверсивный клапан, именно он позволяет тепловому насосу работать в обратном режиме.

Достоинства тепловых насосов

Экономичность. Тепловой насос использует электрическую энергию на много эффективнее любых котлов, которые сжигают топливо. Коэффициент эффективности тепловых насосов на много больше единицы. Между собой тепловые насосы сравнивают по условоной величине - коэффициенту преобразования тепла (КПТ), также это понятие называется коэффициентом трансформации тепла, мощности, преобразования температур. Он показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. К примеру, КПТ = 4,5 означает, что номинальная (потребляемая) мощность теплового насоса составляет 1 кВт, на выходе мы получим 4,5 кВт тепловой мощности, то есть 3,5 кВт тепла мы получаем из природы;

Повсеместность применения. На нашей планете существует множество рассеянного тепла. Земля и воздух есть везде, также большенство людей не имеют проблем с водой. Именно они местят в себе тепловую энергию, полученную от солнца. Тепловые насосы вне зависимости от погодных условий, падения давления в газовой трубе соберут это тепло для вас. Все что нужно для этого - электрическая энергия. Но если ее нет, это тоже не проблема - некоторые модели теплоых насосов могут использовать дизельное топливо или бензин для своей работы;

Экологичность. Тепловой насос не только сэкономит деньги, но и бережет здоровье хозяевам дома и их детям. Прибор не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, СO2, NOх, SO2 , PbO2. Поэтому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Да и для нашей планеты применение тепловых насосов несомненно благо. Ведь на ТЭЦ сокращается расход газа или угля на производство электричества. Применяемые же в тепловых насосах хладоны не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны;

Универсальность. Тепловые насосы, оборудованные реверсивным клапаном, работают как на отопление, так и на охлаждение. Теплонасос может отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его. Летом избыточное тепло можно использовать для подогрева бытовой воды или для бассейна;

Безопасность. Тепловые насосы «Атмосистемы» взрыво- и пожаробезопасны. В процессе отопления отсутствуют опасные газы, открытый огонь или вредоносные смеси. Детали теплонасоса не нагреваются до высоких температур, способных стать причиной пожара. Остановка теплового насоса не приведет к его поломке, им можно смело пользоваться после длительного простоя. Также исключено замерзание жидкостей в компрессоре или других составляющих частей.

Стоит отметить, что все тепловые насосы имеют ряд особенностей, которые характерны для всех их типов:

Во-первых, тепловые насосы оправдывают себя только в хорошо зданиях с теплопотерями не более 100 Вт/м². Чем теплее дом, тем больше выгода. Этот принцип относится к любым видам отопления;

Во-вторых, чем меньше разница температуры теплоносителя в контуре теплового насоса и отопительном контуре, тем больше коэффициент преобразования тепла (КПТ). Поэтому выгоднее отапливать помещение низкотемпературными системами отопления: системой «теплый пол» или воздушным отоплением, так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям и строительным нормам не должен быть выше 35°С