Источники тепла для тепловых насосов

Для работы любого тепло генератора в том числе и насоса теплового требуется определённый источник тепла, который будет обеспечивать рабочий процесс агрегата, а именно нагревать внутренний теплоноситель передающий тепло от внешнего контура внутреннему контуру отопления.

В большинстве своём различают следующие типы истоков тепла, используемые для работы насосов:

  • геотермальный тип (тепло полученное из почвы или грунтовых вод)
  • воздушный тип (отбор тепла из окружающего воздуха)
  • вторичны тип, переработка остатков тепла после технологического процесса.

Температурные способности источника тепловой энергии имеют огромное значение для продуктивной и эффективной работы геотермального или воздушного насоса. Основываясь на учёте тепловых характеристик источника, температурного режима работы системы отопления, мощности теплового насоса, обязательно осуществляется проектирование всей будущей системы теплоснабжения. Для максимально эффективной работы системы, во-первых, при проектировании должны проводится расчёты тепловых потерь зданий. Во-вторых, по максимуму необходимо использовать низкотемпературные поверхностные системы нагрева (тёплый пол, тёплые стены). В-третьих, необходимо рассчитать дополнительную мощность, которая будет расходоваться для приготовления горячей воды. В-четвертых, детально распланировать надёжную и стабильную работу теплового насоса в рамках оптимальных рабочих нагрузок, на протяжении длительного срока эксплуатации 15-20 лет. При использовании почвы в виде геотермального поля в качестве источника тепла, обязательно провести обследования грунта, для учёта геологических особенностей, которые дадут понимание о его тепловой ёмкости. Если же источником, будет выбрана вода потребуется провести химический анализ на содержание примесей и солей, а также нужно будет заключение буровой компании о дебете скважины. Все вышеперечисленные аспекты должны учитываться при проектировании систем отопления, где в качестве генератора тепла выбран тепловой насос.

Далее рассмотрим некоторые источники тепла их плюсы и минусы

Грунт/почва – считается, одним из лучших аккумуляторов тепла низкой температуры. Это обуславливается, его способностью аккумулировать солнечную энергию, попадающую на поверхность земли. Также грунт подпитывается энергией и теплом талых, грунтовых вод ну и конечно же постоянно прогревается за счёт энергии земного ядра. Стабильная температура на протяжении всего года, делает грунт чуть ли не идеальным источником тепла, так например на глубине всего 7-10 метров, температура земли держится в диапазоне 10-12 oС.

teplov-nasos-1

Тепловые свойства земли зависят от ряда факторов: тип грунта, его структура и геология, влажность. Чем больше влаги в земле, - значит, большое количество тепла можно собрать и наоборот. Влажные суглинки будут иметь больший запас тепла, чем песчаные грунты.
teplov-nasos-2

Грунтовые воды

Практически все теплотехники, считают, что вода заключённая в грунте (они же грунтовые воды), являются самым мощным и стабильным источником тепла. В течении всего года не завися от сезона, температура воды остаётся неизменной и может колебаться в диапазоне 7-12 градусов Цельсия и самое интересное, что очень часто вода в скважине или колодце зимой увеличивает свою температуру на 1-2 градуса по сравнению с летним периодом. Это в свою очередь увеличивает коэффициент преобразования (COP) теплового насоса. Схема работы такого геотермального насоса состоит в использовании тепла воды, которая перекачивается из одной скважины в другую.

Первая и она же должна быть «верхней» скважина обеспечивает необходимый объём воды для подачи тепла на испаритель (1-й теплообменник) насоса. Там происходит отбор тепла у скважинной воды.

Вторая и она же «нижняя» скважина принимает в себя уже охлаждённую воду. Напомним, что абсолютно важным элементом расчёта системы геотермальных насосов вода/вода, является хим. анализ состава воды. Зачастую, состав грунтовых вод не соответствует требованиям производителей и приходиться использовать в системе промежуточный теплообменник, который выносится наружу вне корпуса теплового насоса. Это позволяет защитить дорогостоящее оборудование от агрессивных солей и примесей, содержащихся в воде. При проектировании отопительной системы с использованием тепловых насосов вода-вода, требуется проведение исследования геологии участка. Скважины, которые будут участвовать в процессе перекачивания воды иметь паспорт от буровой компании, который подтвердит их дебет и кредит отдачи и принятия воды. К примеру, для того чтобы получить 1 кВт тепловой энергии нам потребуется перекачивать от 0,25 м³/час, то есть для правильной работы теплового насоса мощностью 20 кВт, придётся перекачивать 5 м м³/час.

teplov-nasos-3

Воздух, как источник тепловой энергии

Воздух, является самым легкодоступным источником тепла, для его использования требуется меньше всего инвестиций. Всё очень просто и понятно, - на улице устанавливается внешний блок теплового насоса (с виду один в один похож на блок кондиционера, только как правило больше). В этом блоке размещаются теплообменник-испаритель и вентилятор.

При помощи вентилятора воздух подаётся на теплообменник, тот в свою очередь отбирает тепло у воздушных потоков (в испарители циркулирует быстро закипающий газ фреон R 407, в современных установках R 410, кипящий даже при минус сорок градусов Цельсия). Современные воздушные тепловые насосы способны работать при температурах до – 25 ° С, для этого их комплектуют дополнительными электрическими нагревателями (ТЭН), а иногда эксплуатируют в бивалентном режиме в паре с газовым или твёрдотопливным котлом. Лучше всего воздушные насосы себя показывают в домах с низкими показателями тепловых потерь, которые хорошо утеплены, имеют качественное остекление и система отопления оснащена поверхностными нагревателями с низкой температурой подачи 30-45 ° С. Как правило средний коэффициент (COP) преобразования тепловых агрегатов воздух-вода на протяжении года составляет 3-3,5.

teplov-nasos-4

При всех положительных сторонах тепловых насосов отбирающих тепло из воздуха, бытует мнение, что они не могут работать в моно режиме даже в хорошо утеплённых домах, так как в Украине очень низкие температуры. Но результаты наблюдений за погодой говорят об обратном, к примеру, за последние 3 года в Киеве прослеживается следующая статистика по отопительным периодам:

  • всего 3 дня была температура ≤ - 15 °С;
  • зафиксировано 32 дня с температурой ≤ - 7 °С;
  • 72 дня была температура в диапазоне - 5 – 0 °С;
  • оставшиеся 259 дней температура была боле 0 °С.

На основании приведённых данных можно смело делать выводы, что при правильно проектировании тепловой насос воздух-вода может закрывать все 100% потребностей дома, как по отоплению так и по горячему водоснабжению, а летом он будет охлаждать ваш дом или квартиру.