|
Основной закон выбора источника тепла для тепловых насосов: Использование источника тепла с максимально возможным температурным уровнем приводит к достижению максимальных показателей производительности и самых низких эксплутационных расходов.
Грунт
 Грунт, как и подпочвенные воды, имеет одно важное преимущество – относительно стабильную в течение года температуру, обеспечивающую более стабильный коэффициент преобразования СОР.
Грунтовое тепло – это накопленное солнечное тепло, которое переходит в грунт благодаря прямому обогреву солнечными лучами, передаче тепла от воздуха или выпавших атмосферных осадков. Тепло, из более глубоких слоев, ниже 30-50 м (т.н. «нейтральной зоны»), формируется из энергии, поступающей из недр земли, и практически не зависит от сезонных изменений климата.
Тепло отбирается по трубам – грунтовым теплообменникам, уложенным в землю горизонтально (спиралеобразно) или вертикально (так называемые грунтовые зонды).
Здесь могут использоваться:
* системы прямого расширения с хладагентом, который испаряется по мере циркуляции в контуре трубопровода, заглубленного в грунт;
* системы с рассольной жидкостью, прокачиваемой по трубопроводу, заглубленному в грунт.
В горизонтальных грунтовых теплообменниках забор тепла из грунта осуществляется с помощью проложенной в грунте системы пластиковых труб большой площади.
Полезное количество тепла, и, таким образом, площадь необходимой поверхности теплообмена в существенной мере зависят от теплофизических свойств грунта и от климатических условий. Термические свойства, такие как объемная теплоемкость и теплопроводность, очень сильно зависят от состава и состояния грунта. Теплоаккумулирующие свойства и теплопроводность тем выше, чем сильнее грунт насыщен водой, чем выше доля минеральных составляющих и чем меньше содержание в нем пор с воздухом.
На участках с холодным климатом большая часть энергии извлекается в форме латентного тепла, когда грунт промерзает. В летний период, под действием солнца температура грунта вновь поднимается вплоть до первоначальной.
В целом, тепловые насосы рассольного типа имеют более низкую производительность по сравнению с агрегатами первого типа в силу происходящего в них «двойного» теплообмена (грунт - рассол, рассол - хладагент) и энергозатрат на обеспечение работы насоса циркуляции рассола. Хотя, справедливости ради надо заметить, что обслуживать такие системы существенно проще. Температура замерзания рассола (смеси воды и антифриза) должна быть около минус 15°С для исключения его замерзания в процессе эксплуатации.
Недостатком систем использующими тепло грунта – очень большие капиталовложения для прокладки контура, иногда превышающие стоимость самого оборудования а так же в случае с горизонтальным теплообменником – промерзание грунта и как следствие практически полное отсутствие растительности на поверхности земли над зарытым конутром.
ВОЗДУХ
 Для климатических условий Украины, где средняя температура отопительного периода, в зависимости от региона, колеблется от +6 до -8 и редко достигает значений -20…-24 данный источник является наиболее предпочтительным. Тепловые насосы такой конфигурации могут быть как внутреннего так и наружного исполнения. Для варианта с установкой внутри помещения предусматриваются отверстия (штробы) в стене через которые будет забираться и выбрасываться воздух с помощью воздуховодов. При такой модификации желательно устанавливать оборудование в котельном помещении, т.к. вентиляторы и компрессор производят определенные шумовые нагрузки. Установки располагаемые снаружи зданий избавляются от такого рода проблем, но при этом они требуют усиленного внимания к теплоизоляции труб, а так же накладывают ограничения по времени отключению электропитания зданий. Т.к. вода(теплоноситель) при пропадании питания под воздействием низких наружный температур может кристаллизоваться (замерзнуть), что чревато разрывами труб. Существует еще третий вариант установки теплового насоса модификации воздух-вода – широко распространенный и всем известный «сплит» вариант. В такой модификации компрессор с вентилятором и испарителем устанавливаются снаружи зданий, конденсатор находиться внутри помещения. Установки данной типа ограничены по мощности оборудования, т.к. работа мощного оборудования расположенного непосредственно рядом с оконными проемами будет производить определенные шумовые нагрузки внутри помещения. Так же изменится характер монтажа, т.к. монтируется контур не водяной развязки, а непосредственно контур теплового насоса.
Благодаря специальной конструкции наших тепловых насосов модификации воздух-вода – они могут эффективно, с коэффициентом преобразования свыше 2,2 для радиаторной системы отопления и 2,6 для систем с теплыми полами при температуре наружного воздуха -20.
Стоимость теплового насоса для конфигурации воздух-вода выше стоимости любой другой конфигурации, но благодаря отсутствию стоимости прокладки контуров грунтового теплообменника или стоимости оборудования по водоподготовке данный тип теплового насоса является наиболее приемлемым в плане технико-экономической выгоды.
Еще один источник тепла в жилых и торгово-административных сооружениях – отводимый вентиляционный воздух. Тепловой насос регенерирует тепло из отводимого воздуха и обеспечивает приготовление горячей воды или теплого воздуха для отопления помещений. В этом случае, однако, требуется постоянное вентилирование помещения в течение всего отопительного сезона или даже целого года, если предусмотрено кондиционирование помещений в летний период.
ВОДА
 Тепловые насосы «вода - вода» используют тепло подпочвенных (грунтовых) вод, открытых водоемов или технологической охлаждающей воды. Грунтовые воды есть во многих местах, они имеют достаточно стабильную температуру в диапазоне от 7 до 12°C в течение всего года. По сравнению с другими низко-потенциальными источниками тепла, вода обеспечивает наименьшую разность температур (между потребителем и источником тепла) и, соответственно, наиболее высокий коэффициент преобразования СОР. Для ее использования применяются главным образом искусственно создаваемые колодцы и грунтовые скважины: водозаборные и водоприемные (т.н. нагнетательные).
В водозаборных колодцах и скважинах размещаются одноступенчатые либо многоступенчатые водяные насосы, подающие воду в испарители тепловых насосов. Охлажденная вода из испарителей возвращается через водоприемные колодцы и скважины снова под землю.
Большим недостатком тепловых насосов, работающих на грунтовых водах, является высокая стоимость работ по обустройству скважин или колодцев, а так же подводу и отводу воды. Кроме того, в зависимости от качества грунтовой воды, требуется принять меры по защите системы от коррозии и отложений, особенно от окислов железа, ила. Необходимо учесть требования, порой весьма жесткие, местных администраций в вопросах организации сточных вод. По нашему опыту именно последний аскпект при использовании тепловых насосов вода-вода делает их использование невозможными на Украине.
Речная и озерная вода с теоретической точки зрения представляется весьма привлекательным источником тепла, но имеет один существенный недостаток – чрезвычайно низкую температуру в зимний период (она может опускаться до уровня чуть выше или практически вплотную к 0°C). Морская вода представляется в некоторых случаях отличным источником тепла и может использоваться главным образом в средних и крупных системах. На глубине от 25 до 50 м морская вода имеет постоянную температуру в диапазоне от 5 до 8°C, и, как правило, проблем с образованием льда не возникает, поскольку точка замерзания здесь от 10 до 2°C. Но стоимость таких систем увеличивается из-за дороговизны оборудования по забору воды и ее фильтрации, а так же увеличивается стоимость самого теплового насоса, т.к. необходимо использоваться титановые теплообменники не подверженные коррозии при контакте с морской водой.
Примерами возможных источников тепла водных сред можно так же считать канализационные очищенные и неочищенные сточные воды, промышленные водостоки, воды оборотных систем охлаждения промышленных предприятий, конденсаторов водяного пара, применяемых при производстве электроэнергии. Данные источники тепла интересны благодаря высокой температуре среды, но для таких систем необходимо проектирование индивидуальных теплообменных поверхностей (в зависимости от применения). Не маловажным фактором является чрезмерная загрязненность источника, что приводит к загрязнению теплообменников и как следствие уменьшению их эффективности, поэтому необходимо предусматривать плановые мероприятия по их очистке. |
