Все о тепловом насосе

Termocasa

Тепловой насос датируется началом века. XX, с изобретением холодильника.

Ряд явлений и законов физики конкурируют в основе работы теплового насоса: XNUMX-й принцип термодинамики: «Тепло никогда не может перейти само по себе от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой». (утверждение Клаузиуса), а также открытие физика Уатта: сжатый газ выделяет тепло и наоборот, расширенный - поглощает тепло.

Почему нас интересует тепловой насос?

В постоянном поиске лучших решений для производства энергии в этой статье мы анализируем тепловой насос во всех его вариантах.

Все усилия специалистов по поиску экологически чистых или хотя бы мало загрязняющих тепловых ресурсов и переходу к их массовому использованию, для обогрева домов, привлекли внимание к осуществлению теплопередачи и появлению все более известного теплового насоса. Тепловой насос, благодаря своей эффективности и использованию менее загрязняющих ресурсов, чем другие системы отопления или охлаждения, является одним из предпочтительных решений в качестве альтернативной системы установки для проектов, домов или зданий с почти нулевым потреблением и в зависимости от ситуации местоположения. используется для активного дома.

Что такое тепловой насос?

В двух словах можно сказать, что тепловой насос притягивает и передает тепло от одного из источников, для которых он предназначен (будь то речь идет о земле, воде или воздухе) и с помощью компрессора, именно по принципу холодильника, повышает температуру хладагента с очень низкой температурой кипения (где-то около -2°С), передавая температуру теплоносителя, циркулирующего по отопительной установке независимо от системы, на используемые статические тела (нагреватели, пол, вентиляция и др.). Тепловой насос характеризуется очень просто своим режимом работы, очень близким к холодильникам с компрессором: сжатый газ отдает тепло, а в обратном направлении расширяющийся поглощает тепло.

Как работает тепловой насос

Тепловой насос нуждается в постоянном источнике электроэнергии. Обязательно подключение к постоянному источнику, если возможно, к сети общего пользования, если нет, предпочтительно, из-за низкого потребления, к системе солнечных фотоэлектрических панелей или, почему бы и нет, к ветряным турбинам, альтернативным системам и т. д. Источник электроэнергии будет питать компрессор, который сжимает охлаждающую жидкость до температуры, используемой для отопления и приготовления горячей воды для бытовых нужд. Когда пар хладагента достигает конденсатора в тепловом насосе, он будет окружен теплом. Температура теплоносителя ниже температуры хладагента в парообразном состоянии, поэтому пар охлаждается и конденсируется. В этот момент испаритель принимает на себя тепло, в том числе выделяющееся в процессе сжатия тепло, значительное количество которого выделяется в конденсаторе и передается теплоносителю в виде полезной энергии для нагрева. Агент переноса затем возвращается в испаритель с помощью расширительного клапана большую часть времени. Таким образом, хладагент переходит из зоны высокого давления конденсатора в зону низкого давления испарителя. При входе в испаритель здесь снова достигаются значения, найденные в начале процесса, и цепь замыкается.

Холодильники, как и кондиционеры, являются классическими примерами тепловых насосов, уже существующих в домашних хозяйствах и работающих только в режиме охлаждения. Холодильник — это просто хорошо изолированная коробка с подключенной к ней системой теплового насоса. Змеевик испарителя расположен внутри и обычно находится в отсеке, используемом для заморозки. Тепло поглощается из морозильной камеры и направляется наружу, обычно позади или ниже блока, где расположен змеевик конденсатора. Кондиционер, который передает тепло изнутри дома наружу, работает почти так же. Таким образом, в наших домах уже некоторое время есть система теплового насоса, но она не используется в обоих направлениях.

Тепловой насос можно использовать без наличия или поддержки других источников тепла.

По критерию работы мы встречаем тепловые насосы с режимом

Моновалентный: тепловой насос является единственным источником тепла – он использует электроэнергию из сети общего пользования или других источников для работы компрессора.
Бивалентно-параллельный: его можно монтировать и использовать параллельно с тепловым насосом и другим источником тепла; когда параллельным источником тепла является электричество, система называется бивалентно-моноэнергетической параллельной
Бивалентно-альтернативный: тепловой насос работает попеременно с другим источником тепла;
Бивалентно-частично-параллельно: тепловой насос работает параллельно или альтернативно с другим источником тепла.

Тепловой насос имеет полностью обратимый цикл и может обеспечивать управление микроклиматом в помещении для обогрева зимой и охлаждения или осушения, при необходимости, летом. Поскольку земля или воздух снаружи всегда содержат тепло, почему бы не использовать тепловой насос для обогрева и охлаждения дома? Один из принципов, используемых в тепловом насосе, заключается в том, что воздух при температуре -18°C содержит примерно 85% энергии, которую он содержит при 21°C.

Какие бывают виды тепловых насосов?

Существует два основных типа тепловых насосов, названных в соответствии с используемой системой.

Компрессионный тепловой насос, который всегда работает с использованием механической энергии через электрическую энергию.
Абсорбционный тепловой насос, который также может работать на тепле в качестве источника энергии (через электричество или топливо).

Ряд источников использовался в качестве источников тепла для отопления.

Воздушный тепловой насос (извлекает тепло из наружного воздуха)

тепловой насос воздух-воздух (переносит тепловую энергию воздуха в помещении)
тепловой насос воздух-вода (передает тепловую энергию в резервуар с водой)

Геотермальный тепловой насос (извлекает тепло из земли или подобных источников)

геотермально-воздушный тепловой насос (передает тепловую энергию воздуху в помещении)
тепловой насос «земля-воздух» (земля является источником тепла)
тепловой насос «камень-воздух» (источник тепла – камень)
тепловой насос вода-воздух (вода как источник тепла)

Геотермальный тепловой насос (передает тепло в бак с водой)

тепловой насос грунтовые воды (земля является источником тепла)
тепловой насос вода-камень (источник тепла – камень)
тепловой насос вода-вода (водоем как источник тепла)

Тепловые насосы «грунт-вода»

Раствор антифриза, называемый гликолем, циркулирует по контуру труб, закопанных в землю источника тепла, и забирает тепло земли с помощью горизонтального или вертикального теплообменника. Это тепло передается в систему отопления дома с помощью компрессора и транспортируется в конденсатор. В конденсаторе вода системы теплопередачи поглощает тепло, поглощаемое в испарителе, и подается с энергией на компрессор.

В зависимости от расположения коллекторов различают несколько типов тепловых насосов с коллекторами:

плоские: имеют систему коллекторов различной формы (U или спирали), заглубленных на среднюю глубину 1-2 м. Это экономическая система высокой эффективности, но ее нельзя закопать ни в какую почву, и она нуждается в расширении почти вдвое по сравнению с жилой площадью.
глубины: состоят из зондов, установленных на глубине 50-100м и имеют очень высокую эффективность. Затраты на установку значительны из-за того, что стоимость бурения варьируется от 100 до 300 леев/метр. Их можно использовать только в том случае, если это позволяет почва.
с прямым испарением: помимо плоских имеют специальную схему улавливания и по этой причине более эффективны или могут занимать меньше места.

Тепловые насосы вода-вода

Тепло от перекачиваемых грунтовых или поверхностных вод используется для теплопередачи, транспортируется через компрессор к конденсатору. Оказавшись там, используется насосная система почвы и воды. Это наиболее эффективное использование тепла геотермальных источников с температурой выше 8 градусов по Цельсию, но и наиболее сложное в использовании как из-за доступности ресурса, так и из-за правовых норм его добычи. Тепловой насос вода-вода играет особенно важную роль в промышленности или в максимальном использовании геотермальных источников. Сточные воды или геотермальная вода с темп. максимумы 28-30ºC могут быть успешно использованы. В случае геотермальных вод источник может быть увеличен за счет каскадного использования нескольких PDC. Очевидно, что качество воды будет учитываться, этого препятствия можно избежать, используя подходящие теплообменники (антикоррозийные).

Тепловой насос типа «вода-вода» также может использоваться при использовании воды из озер, рек, туннельных вод, плотин (температура которых превышает 8ºC). Систему «вода-вода» еще называют разомкнутой системой улавливания. Скорость потока воды через испаритель не должна превышать 0,8 м/с. Этот тип теплового насоса может достичь самого высокого КПД из всех типов, о которых мы говорим. Такая система вода-вода может легко достичь КПД = 5 и даже превысить его, если она хорошо сделана и имеет правильные размеры. Он также может обеспечить впечатляющую мощность, достигающую тысяч кВт, на одном блоке или при подключении нескольких блоков меньшей мощности. Однако до сих пор, по крайней мере в Европе, это не самый распространенный тепловой насос. Причин несколько: качество воды должно практически соответствовать качеству питьевой воды; вода, извлеченная из грунтовых слоев, должна быть закачана обратно в грунт (нагнетательная скважина должна быть расположена не менее чем в 15 м ниже по течению от направления движения воды в подземных водах) на каждую установленную тепловую кВт, минимальный объем воды 160 литров/ требуется час, т.е. 0,16 м8/ч (при мин. XNUMXºC), поток должен постоянно обеспечиваться извлекающей скважиной; в ЕС очень строгие правила в отношении этого типа бурения.

Тепловые насосы воздух-вода

Тепло наружного воздуха, подаваемого вентилятором, или воздуха из вентиляционной системы транспортируется через испаритель к теплоносителю и далее через компрессор к конденсатору. Эта система теплопередачи состоит из жидкостного контура, используемого для отопления дома и/или для производства горячей воды для бытовых нужд. Эти системы не очень эффективны, в их текущей версии тепловые насосы вода-вода имеют самый низкий коэффициент полезного действия, поэтому стоимость также ниже. Эти насосы не могут работать моновалентно при температуре ниже 15 градусов Цельсия.

Тепловые насосы воздух-воздух

Тепло от наружного воздуха, подаваемого вентилятором, или воздуха от системы вентиляции через испаритель поступает к теплоносителю и транспортируется через компрессор к конденсатору. Система теплопередачи состоит из системы воздуховодов или специальных устройств, используемых для обогрева здания. Они используются в редких случаях в системах отопления из-за низкой эффективности теплоносителя воздуха (системы, известные в общем как «кондиционирование воздуха», на самом деле являются тепловыми насосами типа «воздух-воздух», и их КПД ниже 3).

Тепловые насосы с теплообменниками Ultraflex

В системе Ultraflex больше нет промежуточного теплообменника, как в большинстве тепловых насосов на рынке, поэтому система имеет очень высокий КПД по сравнению с остальными тепловыми насосами, значительно повышенную надежность и очень длительные сроки эксплуатации и увеличенные гарантийные сроки, и их покупная цена очень привлекательна. Однако он имеет чрезвычайно широкий разброс по мощности (такие системы в настоящее время не ограничены по мощности и предлагают непревзойденную производительность).

размер отапливаемого объекта (жилая и отапливаемая площадь, средняя высота помещений). Доступное (незастроенное) пространство вокруг цели;
географический район, в котором находится цель;
возможности установки других систем отопления (газ, жидкое топливо, сжиженный газ и т.д.);
локальные возможности использования «холодного источника» (вода, воздух, почва);
наличие других источников тепла (установить режим работы теплового насоса);
условия электроснабжения (одно- или трехфазная сеть, максимально допустимая электрическая мощность на электрическом подключении).

Сколько стоит тепловой насос?

Без сомнения, стоимость использования системы отопления с тепловым насосом значительно ниже, чем у классической системы отопления. Разница заключается в том, что при потреблении 1 кВт электроэнергии тепловой насос преобразуется или может производить 3–5 кВт тепловой энергии. Очень хорошее соотношение по сравнению с другими классическими решениями. Энергетическая эффективность теплового насоса определяется КПД и определяется как отношение между количеством тепла, отводимого в конденсаторе, и электрической энергией, потребляемой компрессором. С точки зрения защиты окружающей среды, по сравнению с тепловым насосом, а также с учетом удобства использования, мы можем сказать, что остатки, остающиеся при отоплении твердым топливом, вовсе не незначительны, как и перспектива их постоянного и прогнозируемого роста цены. природного газа, жидкого топлива или электричества.

В рамках различных программ по поощрению ответственного потребления, таких как «Casa Verde», собственники, оборудовавшие свои дома системой на основе теплового насоса, могли получить финансирование от государства, в последний раз оно составляло 8000 леев. Расходы, связанные с установкой или вводом в эксплуатацию системы, а также налог на добавленную стоимость, НДС этих расходов, также подлежали урегулированию.

Цена теплового насоса типа Sol-Air колеблется от 2400 евро за мощность около 7,5 кВт и может достигать 12.000 евро за мощность около 50 кВт. Цена примерно 280 евро / кВт может рассматриваться в зависимости от потребности и поверхности, которую необходимо нагреть.

Цена теплового насоса вода-вода является средней по сравнению с другими тепловыми насосами и составляет от 1900 евро для небольших насосов мощностью 6 кВт и может достигать 15.000 50 евро для насосов мощностью 260 кВт. Цена примерно XNUMX евро / кВт может рассматриваться в зависимости от потребности и поверхности, которую необходимо нагреть.

Цена теплового насоса воздух-вода является самой низкой по сравнению с другими системами тепловых насосов и варьируется от 2100 евро/6 кВт до 9000 евро за 35 кВт. Цена примерно 240 евро / кВт может рассматриваться в зависимости от потребности и поверхности, которую необходимо нагреть.

Другие важные наблюдения

Согласно европейским стандартам расчет необходимой тепловой нагрузки относится к квадратному метру поверхности, [Вт/м²], принимая во внимание максимальную высоту помещения H=3 м (стандартная высота большинства помещений – в нетипичных случаях будут внесены необходимые исправления).

Например, если теплопотребление здания составляет 50 Вт/м², а жилая площадь, которую необходимо обогреть, составляет 350 м² (H=3 м), то тепловая мощность тепловой установки (независимо от ее типа) составит 250 м х 50 Вт/м² = 12500 Вт = 12.5 кВт. (Высота указывается только в нетипичных случаях).

Правильный размер насоса имеет важное значение для его срока службы. Крупногабаритный тепловой насос, кроме того, что он дороже, имеет неправильный режим работы с более частыми включениями и остановками. Малогабаритный тепловой насос, работает дольше и с небольшими перерывами. Однако предпочтительнее, если нет альтернативы, уменьшить размер насоса (в определенных пределах), чем увеличить его.

Для дома площадью 200 квадратных метров, где достаточно теплового насоса «грунт-воздух» мощностью 8-10 кВт, общая стоимость составляет около 60.000 XNUMX леев и различается в зависимости от выбранной марки.

Из-за относительно высокой цены тепловых насосов отапливать плохо утепленные помещения, требующие больших тепловых мощностей, неэкономично. Предпочтительнее утеплить здание, чем увеличивать мощность источника отопления. При определении мощности реверсивного теплового насоса учитывается холодопроизводительность (EER). Мощность охлаждения всегда больше мощности нагрева.

Например, нормы DIN 4701, касающиеся условий, которым должны соответствовать отапливаемые здания в Германии, в своем развитии таковы:

45-60 Вт/м2002 новостройки (постановление XNUMX г.)
50-60 Вт/м1995 новостройки (постановление XNUMX г.)
70-90 Вт/м1995 конструкции, изготовленные до XNUMX г.
120 Вт/мXNUMX старые здания, построенные без каких-либо правил

В случае здания с очень плохой теплоизоляцией инвестиции в тепловой насос не выгодны.

Котлы с тепловым насосом

В дополнение к тому, что было указано ранее в этой статье, мы считаем важным рассматривать котлы тепловых насосов отдельно из-за их широкого потенциала охвата. Они работают по принципу тепловых насосов воздух-воздух, при этом нагретая вода накапливается в бойлере, который образует с тепловым насосом общий корпус. Тепловой насос воздух-воздух имеет максимальную производительность при температуре окружающего воздуха выше 15 градусов Цельсия, но может работать и при температуре -5 градусов Цельсия. Если место установки котла с тепловым насосом выбрано правильно, в помещении, где также находится тепловая установка или другое оборудование, вырабатывающее тепло, от холодильника до серверов и т. д., то оптимальная работа этих котлов может быть обеспечивается тепловыми насосами в течение всей зимы с низкими затратами. Котлы также оснащены электрическими сопротивлениями для ситуаций, когда требуется быстрый нагрев воды. Еще одна полезная опция заключается в том, что поток вытяжного воздуха можно использовать для снижения влажности воздуха или для охлаждения помещения, в котором установлен котел с тепловым насосом, на несколько градусов.

Источники, использованные для этой статьи

Ремус Радулет и др. Румынский технический лексикон, Бухарест: Техническое издательство, 1957-1966.
Том Системы и оборудование справочника ASHRAE, ASHRAE, Inc., Атланта, Джорджия, 2004 г.
Основы инженерной термодинамики, Хауэлл и Бакиус, Макгроу-Хилл, Нью-Йорк
Тепловой насос – полная информация

КОНТАКТЫ – РУМЫНИЯ

Str. Zorelelor, Нет. 5, почтовый индекс – 410583, Орадя, Бихор, РУМЫНИЯ, тел.: 0757010000

КОНТАКТЫ - СЕВЕРНАЯ АМЕРИКА

TERMOCASA КОРПОРАЦИЯ, ООО
16113 WINDHAM ROAD, CALIFORNIA 92503 USA, ТЕЛ: 001 951 785 1085 Электронная почта: office@termocasa.ro