В основе функционирования теплового насоса  лежат принципы цикла Карно, которые были предложены им еще в 1824 году. В соответствии с циклом Карно тепловой насос переносит тепло из одного места в другое. Наиболее известным примером такой передачи тепловой энеригии является работа холодильника, при этом морозильная камера охлаждается, а радиатор на задней стенке нагревается. По такой же схеме работает тепловой насос.

Тепловой насос отличается от других генераторов тепла, например, электрических, дизельных или  газовых котлов тем, что при производстве тепла до 75%-80% энергии извлекается из окружающей среды, остальные 25%-30% приходится на электрическую энергию для работы компрессора ТН. В среднем затрата 1 кВт электроэнергии позволяет произвести 3 кВт тепла.Тепловая энергия окружающей среды, содержащаяся в грунте, воде и воздухе, имеется в неограниченных количествах.

                                               

Схематично тепловой насос можно представить в виде рабочего контура, состоящего из четырех основных элементов, - испарителя, компрессора, конденсатора и сбросного клапана. К рабочему контуру примыкает первичный (внешний) контур, в котором циркулирует рабочее вещество (вода, антифриз или воздух), собирающее тепло окружающей среды, и вторичный – вода в системах отопления и горячего водоснабжения здания.

Испаритель – пластинчатый теплообменник, где с одной стороны циркулирует холодный жидкий хладагент (вещество с низкой температурой кипения, обычно фреон), а с другой стороны на противотоке циркулирует рабочее вещество первичного контура.

Первичный контур – это контур с низкопотенциальной тепловой энергией (энергия, температуры которой недостаточно для непосредственного нагрева отопительного контура). В качестве источника энергии первичного контура может быть использовано тепло грунта (грунтовые зонды с антифризом), грунтовых вод (две скважины: подающая и поглощающая), наружного воздуха и т.п.

В испарителе хладагент забирает тепло первичного контура, закипает и испаряется. Соответственно понижается температура выхода первичного контура.

Компрессор всасывает газообразный хладагент, сжимает его, резко повышая таким образом его температуру. Горячий газообразный хладагент выталкивается в конденсатор.

Конденсатор - по устройству такой же теплообменник, как и испаритель, где со стороны рабочего контура циркулирует горячий хладагент, а со стороны вторичного контура – вода или антифриз.

Горячий хладагент, вступая в тепловой контакт с теплоносителем системы отопления или водой из системы горячего водоснабжения (ГВС), конденсируется, передавая свое тепло системе отопления или ГВС. При этом жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда за счет перепада давлений продавливается через сбросной клапан в испаритель. Температура его при этом резко понижается. После этого рабочий цикл начинается сначала.

                                                      Тепло поверхности грунта.

Летом солнечная энергия накапливается в грунте. Тепло дождя и воздуха впитывают верхние слои почвы. Эту энергию можно целесообразно использовать в целях отопления. Чем водонасыщение грунт, тем выше теплоотдача. Тепло передается из земли через подземные пластиковые трубы. По трубопроводу циркулирует безвредная для окружающей среды незамерзающая жидкость. Место над коллектором ни в коем случае нельзя застраивать, асфальтировать или бетонировать. Для установки земляного коллектора не требуется разрешения. При использовании в качестве источника тепла участка земли трубопровод зарывается в землю на глубину промерзания грунта (выбирается для конкретного региона. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами – 0,8..1,2 м. Специальной подготовки почвы, засыпок и т.п. не требуется. Предпочтения к грунту – желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой – это приводит лишь к увеличению длины контура.
 

Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 20..30 Вт.

Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длинной 500..333 метра. Для укладки такого контура потребуется участок земли площадью около 600-400 кв. метров соответственно. При правильном расчете контур, уложенный в землю, не оказывает влияния на садовые насаждения, и участок может использоваться для выращивания культур точно также, как и при отсутствии внешнего коллектора. 

 Скважина.

Нижний почвенный слой, или так называемый «верхний геотермальный слой» является источником тепла, который можно использовать в любое время года и температура которого является практически постоянной. При помощи такого источника можно отапливать помещения различных размеров и назначений. В зависимости от региона, такую скважину называют- «вертикальная абсорбция или земельный надрез». Для такой скважины не нужно много места - она может быть установлена насовсем небольшом участке земли. Как и в случае земельного коллектора в закрытом трубопроводе циркулирует вода и смесь гликоля. В зависимости от размера теплового насоса, выбирают глубину и количество скважин в которые опускаются пластиковые трубы „U" формы, обеспечивающие хорошую передачу тепла.

             Не обязательно использовать одну глубокую скважину, можно пробурить несколько не глубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину.

Для предварительных расчетов можно использовать следующее соотношение: на 1 метр скважины приходится 50-60 Вт тепловой энергии.

Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной 200-170 метров.

 

                                                                 Грунтовые воды.

Если грунтовые воды легко доступны, их так же можно использовать как источник тепла, т.к. их температура в любое время года колеблется от 7 до 12° С. Для частных домов, где живут одна/две семьи качать грунтовые воды с глубины более 15 м нецелесообразно, так как существенно увеличиваются затраты.

Расстояние между точкой получения тепла и точки возврата должно быть 10-15 метров. Кроме того, желая избежать "короткого замыкания потока" следует обратить внимание на направление движения грунтовых вод. Для установки подобных сооружений нужно разрешение, кроме этого они должны отвечать определенным нормативным требованиям.

 

 

 

 

 

      Озеро или река.

При использовании в качестве источника тепла воды ближайшего водоема, реки контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения: короткий внешний контур, «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом. Главное условие - водоем должен быть проточным и достаточным по размерам.

Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 метр трубопровода 30 Вт.

Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длинной 333 метра.

 Для того, чтобы трубопровод не всплывал, на 1 погонный метр трубопровода устанавливается около 5 кг груза.

 

 

Источник: www.stremyanka.net

Яндекс.Метрика Rambler's Top100
сайт создан компанией