принципы работы тепловых насосов и даже больше ....

принцип работы теплового насоса......

Нас окружает много неиссякаемых источников энергии.

Вопрос в том, как можно получить эту энергию и использовать?

Тепловой насос - это устройство, в котором энергия тепла"перекачивается" от места, где она доступна, к месту, где это действительно необходимо.Это устройство, которое состоит из нескольких компонентов: компрессора, испарителя, конденсатора, дроссельного клапана и фреона.Эти компоненты в совокупности обеспечивают возможность теплу попасть из одного  места в другое. Работа теплового насоса аналогична работе холодильника.

типы тепловых насосов

 

Закрытый контур с теплоносителем.

Наиболее распространенная в России система, сочетающая в себе оптимальное соотношение «цена-качество», больше всего подходит для суровых погодных условий.

Применение: отопление или система пассивного охлаждения одного или нескольких зданий, общей мощностью до 60 кВт.

Источником энергии для теплового насоса является  (вертикальная или горизонтальная трубная система) в почве. Альтернативный источник энергии для такой системы: коллектор в поверхности воды, с постоянным и хорошим протоком. Система с коллектором в поверхности водоема  в России редко применяется, потому что сделать такую систему технически сложно из-за суровых зим.

Открытый контур.

Применение: отопление или система пассивного охлаждения одного или нескольких зданий при требуемой мощности более 60 кВт. Энергией для него является вода, которая поднимается из скважины, охлаждается в теплообменнике и сливается в другую скважину.

Альтернативные источники энергии для такой системы: термальные источники, сброс промышленной теплой воды.

Воздушный тепловой насос.

Применение: отопление или система пассивного охлаждения.

 

методы установки тепловых насосов

  • моновалентная система

    Это система где используется только тепловой насос. Поэтому очень важно, чтобы насос был правильно подобран по тепловой  мощности. Слишком большая мощность ведет к перерасходу энергии и увеличению затрат на оборудование. При подборе должны быть учтены потребности в горячей воде.

  • бивалентная параллельная система

    Тепловой насос используется в связке с другим теплогенератором, например, газовым котлом.

    В такой системе рассчитывается мощность теплового насоса для работы при среднегодовой наружной температуре. В период когда наиболее холодно автоматически подключается 2-ой теплогенератор.

    Это наиболее экономичная система позволяющая в разы снизить первоначальные затраты на оборудование.

  • бивалентная альтернативная система

    Тепловой насос используется в межсезонье, а зимой переходит на другой теплогенератор  (дизельный котел, твердотопливный котел и т.д). Например, при температуре -10 °C дизельный котел тратит меньше энергии, чем тепловой насос воздух-вода. При температуре воздуха на улице выше -5 °C  отопление тепловым насосом воздух-вода будет выгодней, чем дизельным котлом. Это особенно актуальная система для тех, у кого уже установлены котлы потребляющие дорогое топливо. При небольших капитальных затратах можно модернизировать систему, сделать ее очень экономичной.

 

моновалентная система

бивалентная моноэнергетическая

система

бивалентная альтернативная

система

 

устройство теплового насоса

насос системы отопления

теплообменник системы отопления (конденсатор)

фильтр осушитель

электромагнитный клапан

терморегулирующий клапан

теплообменник наружнего контура (испаритель)

насос наружнего контура

запорный клапан

компрессор

антикислотный фильтр

 

СОР (КОП)=эффективность теплового насоса

Важно запомнить, что эффективность работы теплового насоса зависит от разницы температуры во внутреннем и наружном контурах. Чем она меньше, тем больше эффективность. По этой причине почти всегда используется система низкотемпературного отопления и она должна проектироваться для установки теплового насоса. Нельзя просто взять и поменять обычный котел на тепловой насос, такая система может работать с нулевой эффективностью.

Эффективность теплового насоса выражается в термине СОР (чем выше число, тем лучше).

Энергия источника + энергия компрессора  = получаемая энергия

пример:

Ваш тепловой насос с СОР = 5,

0 °C -  температура источника энергии,  

35°С - температура теплоносителя в системе отопления,

тепловая мощность насоса 10 кВт

Сколько энергии он будет потреблять из сети?

Ответ:

10 кВт : 5 = 2 кВт питание от сети

10 кВт - 2 кВт = 8 кВт мощность источника бесплатной энергии.

Чем выше СОР, тем больше экономия на энергии.

Но будьте осторожны! СОР теплового насоса  полностью зависит от температур наружного и внутреннего контура, правильно спроектированной системы  и множества  других факторов.

 

Паспортный СОР тепловых насосов указывают при следующих условиях:

 воздух/вода тепловой насос:

температура наружного воздуха 7 °C, температура греющего контура - 35 °C

 

Даже идеальный тепловой насос, с плохо изготовленным  источником энергии и системой отопления, сведет на нет всю эффективность применения теплового насоса.

Эти три вещи: "контур - тепловой насос - отопительная система" сильно взаимосвязаны.

 

SCOP сезонный коэфициент производительности

СОР - это отношение полученной энергии к потребленной при определенной температуре.

SPF - сезонный коэффициент производительности,  выражается в SCOP.  Добавленная S расшифровывается как сезонный.
Для более реалистичного измерения эффективности теплового насоса нужно учитывать время работы при определенных температурах наружного воздуха. Многие производители оборудования стали указывать на своих изделиях данный параметр. Он указывается для трех климатических зон Южная Европа, Центральная Европа и Северная Европа. 
Зная этот параметр, вы можете с большей точностью рассчитать окупаемость приобретаемого оборудования.

 

Модулирование теплового насоса, инверторная технология

Модуляция в тепловых насосах воздух\вода это стандартная функция которая используется повсеместно.

Объяснение этому простое: температура наружного воздуха меняется в течение года, примерно от -20 °C до + 30 °C в нашем регионе. 


Если учесть, что мощность машины рассчитана на работу при максимально низкой температуре наружного воздуха мы понимаем что в межсезонье ее слишком много. По этой причине в тепловых насосах применяют модуляцию (регулирование) мощности.

Модуляция это, изменение производительности компрессора в зависимости от температурных условий, обычно путем регулирования скорости вращения двигателя.  Это происходит в основном за счет автоматики с помощью инверторной технологии.

В регионах, где температура имеет малые колебания между летней и зимней эксплуатацией, переплачивать за возможность модуляции нет смысла.

Метод модуляции за последние годы усовершенствовался, тепловые насосы могут обеспечить лучший SCOP (сезонный КПД). Значительно увеличился срок службы компрессора, но надо понимать что тепловые насосы с инверторной технологией стоят дороже обычных, это нужно рассчитывать при выборе оборудования.

В инверторных тепловых насосах экономия энергии обеспечивается за счет плавной модуляции мощности. Это можно сравнить с ездой на автомобиле. Езда по трассе с плавным торможением - ускорением намного экономичней, чем езда по городу с резкими частыми остановками - ускорениями. 

 

В тепловых насосах вода-вода использование инверторной технологии имеет смысл только когда система отопления имеет низкую инерцию.

  •  В инверторных тепловых насосах нагревание системы происходит за счет плавного изменения мощности компрессора.

  • В тепловых насосах без инвертора нагрев происходит за счет включения выключения компрессора.

 

тепловой насос встроенный в систему вентиляции 

Существуют тепловые насосы, которые используют энергию уходящего тепла вентиляции. Тепло отработанного воздуха  с помощью теплового насоса используется прежде, чем будет выброшено. 

 

Хорошее решение для данного типа теплового насоса использовать его для нагрева воды. В таких устройствах вы можете использовать энергию уходящего воздуха от любого источника. Этим воздухом обдувается теплообменник наружного контура теплового насоса, нагревая его, тем самым значительно увеличивая эффективность СОР.

 

рекомендации по использованию

 

Наиболее важные моменты при использовании теплового насоса:

1.    Напольное отопление с низкой температурой, наиболее подходит для энергетической системы с тепловым насосом. Напольное отопление обеспечивает более здоровый и комфортный микроклимат в помещениях. Дополнительным преимуществом является то, что отпадает необходимость в использовании радиаторов. Это экономит много пространства и визуально привлекательно. Однако если необходимо, возможна установка низкотемпературных радиаторов и конвекторов.

2.    При выборе отделки пола есть ограничения материалов, нельзя использовать ковролин.

3.    Стандартная температура в помещениях днем и ночью 20°C. в санузлах 23°C в спальнях 18°C. Для большей экономии можно применять ночное снижение температуры, но не более 2 °C.

4.    Тепловой насос всегда предусматривает его установку в отдельном помещении, с большой емкостью для нагрева горячей воды.

5.    При наличии теплового насоса подключение газа не требуется (если Вы не используете газ, чтобы готовить).

6.    Тепловой насос имеет высокую энергетическую эффективность и имеет большой срок службы, превышающий срок службы традиционных отопительных котлов.

 

время работы теплового насоса

Данные в таблице привидены для Санкт-Петербурга, для других регионов по запросу

время работы теплового насоса дя поддержания комфортной температуры в часах

нагрев воды

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В таблице вы можете увидеть теоретическое время работы компрессора при полной нагрузке в различных бета-факторах.

Что означает бета-коэффициент?
Обычно выбирают мощность теплового насоса  меньшую нужной для того чтобы прогреть дом (в других статьях на нашем сайте вы можете прочитать, почему так нужно делать). Каждый выбирает сам, но, как правило, это 80% от требуемой мощности.
Итак, предположим, что теплопотери дома 10 кВт, тепловой насос мощностью 8 кВт имеет бета-фактор 0.8. Если вы выберете  7 кВт для этого примера, то бета-коэффициент равен 0.7
Статистика и расчеты показали что в климате Санкт-Петербурга, компрессор теплового насоса с бета-фактором 0.8 при полной нагрузке работает 2 000 часов в год на отоплении и таким образом покрывает 97% потребности в тепле.

горячая вода

 

Горячая вода нагревается как обычно бойлером косвенного нагрева. Постоянная температура воды 55 °C, раз в неделю нагревается до 65 °C с целью предотвращения роста бактерий.

Надо учесть, что тепловой насос работает при низкой температуре, поэтому ему требуется больше времени для нагрева воды в бойлере, чем обычному котлу. Чтобы воды хватало для комфортного повседневного использования, нужен бойлер большего объема.

Бойлер со спиральным теплообменником или «бочка в бочке» должен быть разработан для использования в комбинации с тепловым насосом. У него площадь теплообменника должна быть больше, для сокращения времени нагрева.

Существуют комбинированные тепловые насосы с встроенным бойлером.

Примечание: во время нагрева горячей воды (55°C), эффективность (COP) теплового насоса, будет значительно хуже, чем при отоплении дома (35°C). Затраты на нагрев воды будут незначительно меньше чем нагрев обычным электрическим котлом.

расчет теплопотерь

 

Чтобы правильно выполнить расчет теплопотерь здания нужно знать:

  •  Из какого материала сделаны: крыша, пол, стены их размеры и толщину.

  • Какое количество, размеры и тип окон и дверей.

  • Как устроена вентиляция, и как расположены фасады здания относительно розы ветров.

  • Необходимы данные по климату.

На основе комплексного расчета, получаются данные указывающие на то, сколько энергии теряет здание. Из этого следует, что нужно эти потери на 100% компенсировать нагревом. 

Приблизительный расчет теплопотерь вы можете сделать в нашем калькуляторе, но лучше этот ответственный момент доверить специалистам

экология

 

Система отопления от теплового насоса мощностью 3-5 кВт выделяет на 10-50% меньше СО2 чем система с конденсационным газовым котлом.