Тепловой насос для отопления дома принцип работы: Принцип действия теплового насоса | Viessmann

Содержание

Принцип действия теплового насоса | Viessmann

Принцип работы теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника, тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Тепловой насос может забирать тепловую энергию как из воздуха внутри помещения или снаружи, так и из грунтовых вод и почвы. И поскольку температура полученного тепла, как правило, не достаточна для того, чтобы отапливать здание или обеспечивать его горячей водой, в дело вступает термодинамический процесс.

Процесс охлаждения в подробностях


В независимости от того, какой тип теплового насоса используется для отопления, в функционал теплового насоса также входит процесс охлаждения, который происходит в четыре этапа.

1. Испарение

Для того, чтобы начать процесс испарения жидкости, необходима энергия.

Этот процесс можно наблюдать на примере с водой. Если емкость с водой нагревается до 100 градусов Цельсия (тепловая энергия подается) вода начинает испаряться. При дальнейшем подаче тепловой энергии температура воды не повышается. Вместо этого вода полностью преобразуется в пар.

2. Сжатие газа

При сжатии газа, например воздуха (давление увеличивается), также повышается температура. Вы можете наблюдать это например, если вы придержите отверстие в велосипедном воздушном насосе и начнете процесс “накачки” воздуха, вы почувствуете тепло.

3. Конденсация


Согласно закону сохранения энергии при конденсации водяного пара, высвобождается тепловая энергия, которая ранее использовалась для испарения.

4. Расширение

При резком снижении давления в жидкости, находящейся под давлением, температура снижается в несколько раз. Это можно наблюдать на примере баллона с сжиженным газом для кемпинговой горелки. Открытие клапана может привести к образованию льда на клапане баллона с жидким газом даже летом.

(Здесь давление снижается с 30 бар до 1 бар.)

Постоянное повторение процесса


Эти процессы происходят внутри теплового насоса в замкнутом контуре. Для транспортировки тепла используется жидкость (хладагент), которая испаряется при очень низких температурах. Чтобы испарить эту жидкость, используется тепловая энергия из земли или наружного воздуха. Для этого достаточно даже температуры в минус 20 градусов по Цельсию. Холодные пары хладагента затем очень сильно сжимаются компрессором. При этом их температура возрастает до 100 градусов Цельсия. Эти пары хладагента конденсируются и отдают тепло в систему отопления. Затем давление жидкого хладагента на расширительном клапане сильно снижается. При этом температура жидкости снижается до исходного уровня. Процесс может начинаться заново.

Процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса


Проще всего объяснить этот процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса: тепловой насос “воздух-вода” может состоять из одной или двух составляющих.

В обоих случаях встроенный вентилятор активно  направляет  окружающий воздух в теплообменник. Через теплообменник проходит хладагент, который переходит из одного состояния в другое при очень низких температурах. Внутри теплообменника хладагент нагревается воздухом из окружающей среды  и постепенно переходит в газообразное состояние. Для повышения температуры, возникающих при этом паров, используется компрессор. Он сжимает пары хладагента и увеличивает как давление, так и их температуру до требуемого значения.

Другой теплообменник (конденсатор) затем передает тепло от нагретых паров хладагента на отопление (теплые полы, радиаторы, буферная емкость или водонагреватель). Хладагент, находящийся под давлением отдает тепло, его температура падает и он снова переходит в жидкое состояние. Перед тем, как поступить обратно в контур, хладагент сначала расширяется в расширительном клапане. После того, как он достигнет своего исходного состояния, процесс процесс в холодильном контуре может начинаться с самого начала.


Принцип работы теплового насоса

Постоянный рост цен на энергетические ресурсы заставляет владельцев загородных домов задумываться об использовании альтернативных систем. Сегодня уже очевидно каждому, что таким традиционным видам топлива для отопления, как природный газ, солярка, мазут, уголь, дрова, торфобрикеты или пеллеты нужно искать замену среди альтернативных источников. Одним из таких достаточно эффективных способов получения тепла является тепловой насос, принцип работы которого основан на отборе тепла от естественных низкопотенциальных источников возобновляемой энергии окружающей среды: грунт, термальные и артезианские грунтовые воды, водоёмы, наружный воздух.


Принцип работы теплового насоса

Живое общение

5 минут общения даст больше эффекта чем изучение всего сайта
Бесплатная консультация: +7 (495) 229-85-86

Схема тепловых насосов

В общем, система отопления с использованием такого альтернативного агрегата в своём составе имеет:

  • зонд, представляющий собой, по сути, систему трубопроводов, которая находится в грунте или другой среде и служит для сбора и передачи тепла;
  • собственно сам насос, состоящий из четырёх основных конструктивных элементов: испаритель, компрессор, конденсатор и дроссельный вентиль, объединённых трубопроводами в замкнутую систему;
  • контур отопления.

На первый взгляд может показаться, что схема тепловых насосов довольно сложная, а принцип работы теплового насоса доступен для понимания только специалисту. Однако на самом деле всё гораздо проще. Чтобы понять принцип теплового насоса достаточно посмотреть на обычный холодильник, который забирает тепло от продуктов, лежащих внутри, и отводит его через решётку на задней стенке. Только схема тепловых насосов работает с точностью до наоборот – получает тепло из внешнего источника и передаёт его внутрь.

Работа теплового насоса

Итак, замкнутая система с циркулирующим хладагентом, например, фреоном, температура кипения которого всего порядка 4°С. Как осуществляется работа теплового насоса?

1. Холодный фреон начинает нагреваться в результате получаемого тепла от первичного контура в виде зонда, который в зависимости от используемого источника низкопотенциального тепла помещён в грунт, воду или находится на улице. Если говорить о грунте, то, как правило, его температура в течение года колеблется в пределах 8°С. Естественно, что при растущей температуре фреон начинает закипать и переходит в газообразное состояние.

2. На втором этапе фреон всасывается компрессором, где происходит его резкое сжатие с выделением большого количества тепла – температура фреона может достигать 90°С.

3. Далее перегретый газ подаётся в конденсатор. Этой температуры вполне достаточно для организации отопления и горячего водоснабжения загородного дома тепловым насосом. В конденсаторе температура хладагента падает, при этом выделяемое тепло передаётся системе отопления. Фреон конденсируется, превращаясь газожидкостную смесь.

4. В этом состоянии смесь поступает на дроссельный вентиль – специальный клапан, где происходит резкое снижение давления и температуры фреона, которая достигает 0°С, после чего превращённый в жидкость хладагент снова поступает с испаритель для получения тепла от возобновляемого природного источника – цикл замыкается.

Управление работой теплового насоса осуществляется терморегулятором.

При достижении в помещении заранее заданной температуры он прекращает подачу электроэнергии на компрессор, останавливая работу системы, а при понижении температуры, включает его.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили геотермальные агрегаты, принцип работы которых основан на получения тепла от грунта. Они наиболее эффективны, надёжны, долговечны и обеспечивают стабильные характеристики независимо от погодных условий и времени года.

Что такое тепловой насос. Принцип работы и стоимость теплового насоса

  Тепловой насос – это альтернатива газовому или электрическому котлу, принцип работы, которых основывается на произведении тепла. Тепловой насос в свою очередь не производит тепло – он берет энергию воздуха с улицы, воды или же грунта, и переносит в помещение. Таким образом, тепловой насос может работать на отопление, кондиционирование воздуха и даже на нагрев воды.


 

  Тепловые насосы способны обеспечивать отопление даже при наружной температуре воздуха в -25°C. Тем самым, достигается высокий показатель КПД тепловых насосов – 3-5кВт тепла (или же холода) на 1 кВт электричества, в то время когда у газовых и электрических котлов уровень КПД меньше 1 кВт! Откуда тепловой насос берет тепло, если на улице -25°C? Ответ прост. Из того же воздуха. На самом деле абсолютный 0, это -273 градуса по Цельсию. Все что до этой отметки – тепло. И это тепло можно доставать, накапливать и направлять на нагрев.

 

  Работу воздушного теплового насоса можно сравнить с работой всем знакомого бытового кондиционера. У него так же есть наружный и внутренний блок, только вот воздушный тепловой насос греет не воздух в доме, а воду, которая потом бежит в теплый пол, в радиаторы или же фанкойлы. Так мы и получаем эффективное отопление в нашем доме.

 

Конструкция теплового насоса на примере модели Mitsubishi Electric 

      


Типы тепловых насосов 

  Тепловые насосы бывают разных типов:
 

  Все вышеуказанные виды тепловых насосов в качестве источника энергии для тепла, холода, используют:

  • воздух, окружающий нас;
  • воду из водоемов, или же подземные воды;
  • грунт.  

  Устройства тепловых насосов разных типов очень схожи между собой, но есть и некоторые отличия. Например, у воздушного теплового насоса во внешнем блоке будут вентиляторы, которые прогоняют уличный воздух через систему. У грунтового теплового насоса будут трубы, схожие со скважиной, которые вкапываются в грунт, и забирают из него тепло для отопления или кондиционирования в доме. У водяного насоса так же будет скважина, через которую вода забирается в тепловой насос и прогоняется через систему для отопления.

  Более детально об особенностях разных видов тепловых насосов читайте в статье ‘Виды тепловых насосов для отопления: виды, преимущества и применение’.

 

Правильно подобрать тепловой насос могут специалисты, которые при расчетах и выборе системы учитывают такие факторы:
 

  • Состояние объекта (новое, или же реконструкция)
  • Физическое расположение объекта (для выбора типа теплового насоса – воздушный, водяной или грунтовой)
  Рассматривая различия преимуществ одного вида теплового насоса от других, можно сказать, что воздушный тепловой насос считается более универсальным, так как подойдет для многих типов коттеджей и частных домой. Он так же быстро окупится. 

  Что касается грунтового теплового насоса – он выглядит более эффективным, однако, такая система дольше окупается из-за стоимости земляных работ (бурения под скважину). В случае, если ваш объект находится вдалеке от комплексных построек, и электричество вам обходится очень дорого, то грунтовой тепловой насос является единственным выходом.

  Водяные тепловые насосы применяться в двух случаях: если у вас обилие грунтовых вод (что встречается довольно редко), или же если рядом расположен водоем. Во втором случае, хотим предупредить, что для того чтобы забирать тепло из водоема – нужно использовать специфические теплообменники, которые к тому же довольно часто могут засоряться. Это приведет к уменьшению производительности и дорогому сервисному обслуживанию

Мы хотим проконсультировать Вас

  Компания VENTBAZAR.UA занимается поставкой и монтажем ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ любого типа и мощности.

 

  Помимо этого осуществляем:

 

консультацию по вопросах альтернативного отопления на базе тепловых насосов; 

предварительный аудит теплозатрат обьекта;

проектирование;

сервисное обслуживание установленных нами систем.

   

  Звоните: (044) 50 000 53 или (097) 100 05 33.

  Также можете указать свои контактные данные, и наш менеджер свяжется с Вами  для подбора решения для Вашей квартиры/дома или офиса.

Схема подключения к тепловому насосу различных видов агрегатов для отопления:

 
 

Сколько стоит тепловой насос, и какие производители существуют


 

  Стоимость оборудования для коммерческих и частных помещений:

  • Для помещений площадью  100-150 м2 –  составляет от 2700 до 4500 EUR. 
  • Для помещений площадью  170-280 м2 – составляет от  4700 до 15000 EUR.  
  • Для помещений 400 м2 и выше  – ИНДИВИДУАЛЬНО.


  К премиум сегменту можно отнести следующих производителей: Hitachi Yutaki, Mitsubishi Electric, Daikin Altherma, Viessmann, Vaillant.

  К средне-ценовому сегменту: MyCond, Gree Versati, Cooper&Hunter.

  Подводя итоги
, можно сказать, что идеальным вариантом является использование теплового насоса ‘воздух-вода’. Он прост в монтаже, эксплуатации и довольно быстро окупается. Если не верите нам, то посчитайте, сколько вы сможете сэкономить на отоплении квартиры или дома, если установите тепловой насос. Все необходимые формулы мы опубликовали здесь.

  Для чего вам нужен тепловой насос? Прежде всего, чтобы экономить на отоплении. А как бонус вы получаете систему кондиционирования всего дома в жаркий период года и наличие горячей воды в доме круглый год. 

 

Преимущества и недостатки тепловых насосов:

 

   Произвести грамотные расчеты, подобрать и купить тепловой насос Вам помогут наши технические специалисты. Звоните по номеру (044) 50 000 53, или же закажите Обратный звонок в шапке сайта и получите бесплатную консультацию!
 
 

Похожие статьи:


Отопление частного дома

Отопление без газа: решения, цены, с чего лучше начать?

Подбираем тепловой насос ‘воздух-вода’ правильно

Тепловой насос для отопления дома – виды систем, принцип работы, эффективность

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос (ТН) – теплотехническое устройство с нулевым энергопотреблением на нагрев или охлаждение теплоносителя. Внешняя энергия используется для реализации термодинамического цикла и теплообмена. Самый известный прибор такого типа – холодильник, где низкая температура поддерживается за счет перехода жидкого хладагента в газообразное состояние внутри испарителя. Избыточное тепло переносится и рассеивается за пределами холодильной камеры.

Зеркальный цикл используется в тепловом насосе для отопления дома. Внешний блок с испарителем размещается вне помещения. Низкотемпературный газообразный хладагент аккумулирует тепло из окружающего воздуха и переносит его внутрь здания. После сжатия компрессором температура жидкого теплоносителя в теплообменнике внутреннего блока повышается до 35–60 ºC

Виды и особенности тепловых насосов

Первостепенное условие эффективности теплового насоса – стабильный источник низкопотенциального тепла и достаточная разница температур с хладагентом. По типу источника энергии различают несколько разновидностей тепловых насосов:

  • Воздушный тепловой насос – прост в монтаже, не требует значительных первоначальных вложений. Внешний блок устанавливается на наружной стене или в вентиляционном канале. Работает при температурах до – 30 ºC.
  • Грунтовый ТН – наиболее эффективен благодаря постоянной плюсовой температуре и высокой теплоотдаче порядка 50-60 Вт/м. Требует бурения скважин в прочных породах или устройства траншей для горизонтальной укладки циркуляционных трубопроводов ниже уровня промерзания.
  • Водяной ТН – не зависящий от изменений погоды, со стабильной тепловой отдачей до 30 Вт/м. Предполагает размещения труб наружного контура на дне водоема или в предварительно пробуренных скважинах.

Энергоэффективность и надежность

Если у вас нет магистрального газа, вы пользуетесь твердым топливом для обогрева дома? Тогда воздушный тепловой насос вам идеально подойдет для обогрева. Новые технологии снижают на 70-80% затраты на отопление коттеджа в сравнении с традиционными котлами. Надежность, совершенство, энергоэффективность теплонасосной системы зависит от качества изготовления, типа хладагента, минимизации потерь энергии в двигателе, компрессоре, соединительных трубопроводах.

В интернет-магазине «Свой Климат» представлены тепловые насосы Mitsubishi Electric, Fujitsu, Cooper&Hunter, которые разработаны для стран с суровым климатом и обеспечивают:

  • работу при температурах до -30 градусов; 
  • отопление помещений площадью до 80 квадратных метров; 
  • низкий уровень шума при эксплуатации; 
  • антибактерицидную и противоаллергенную фильтрацию воздуха. 

Что такое тепловой насос типа «воздух-воздух»?

Тепловой насос воздух-воздух – это привычный всем кондиционер, у которого функция отопления является не второстепенной, а основной. Он так же состоит из наружного (уличного) и внутреннего блока. Если описывать процесс простым языком, то получается, что уличный блок аккумулирует тепло из наружного воздуха и передает его через теплообменник внутреннего блока в дом. 

Значит можно использовать кондиционер в качестве теплового прибора?

Нет, кондиционеры можно использовать для отопления в очень ограниченном диапазоне температур. Обычные (без инвертора) примерно до 0 oС, инверторные до -15 oС. При этом в пограничных температурных режимах эффективность сильно падает.
Только тепловые насосы можно использовать в качестве основного источника отопления , т.к. они спроектированы именно для работы на обогрев. В жаркое время обогреватель работает как кондиционер.

Основные отличия тепловых насосов от кондиционеров:

  • Увеличенный теплообменник
  • Специально адаптированный компрессор
  • Увеличенный компрессорный блок
  • Мощный нагреватель дренажного поддона
  • Автоматика, настроенная на работу при низких температурах

Сократите затраты до 5-ти раз, используйте для отопления дома тепловые насосы воздух-воздух! Актуальные модели смотрите по ссылке в нашем каталоге

Тепловой насос для отопления дома

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос — это электрическое устройство, предназначенное извлекать тепло из одного источника и передавать его в другое. Тепловой насос не новая технология, она применяется во всем мире на протяжении десятилетий. Принцип работы теплового насоса известен нам по таким устройствам как кондиционер и холодильник. Тепловой насос широко применяется для отопления помещений и способен значительно экономить средства по сравнению с традиционными источниками тепла. 

Принцип работы теплового насоса

Тепловой насос использует тот же принцип работы что и известные нам традиционные кондиционеры. И способен работать как в режиме обогрева, так и на охлаждение.

Благодаря так называемому реверсивному клапану, поток хладагента перенаправляется. Тепловая энергия поглощается в наружном блоке, превращая хладагент в холодный газ, затем перемещаясь во внутренний блок с помощью давления, газ нагревается. Во внутреннем блоке газ охлаждается с помощью обдува или прохождения воды, отдавая тепло в помещение. Давление снижается и жидкость уходит в наружный блок, повторяя цикл снова.

Низкие затраты на отопление

Применение теплового насоса для отопления, благодаря своему принципу переноса тепла, а не его генерации, как в традиционных отопителях, значительно экономит средства. В сравнении с электронагревательными отопителями разница может составить более чем в половину. Лидером по дешевизне является отопление на природном газе. Но в случае его отсутствия и необходимости его подведения, затраты на организацию такого отопления очень высокие. Это и стоимость проведения трассы, время и средства на разрешительные документы. Во многих случаях, провести газ просто нет возможности. В таком случае присмотритесь к тепловому насосу. На него не требуется ни времени на разрешения, не специального монтажа, а стоимость оборудования и установки значительно ниже, прокладывания новой трассы газа. 

Ранее применение тепловых насосов было возможным только в районах без длительных низкий температур. Но современные технологии тепловых насосов позволяют использование и в более холодных районах с температурой ниже -30° С.

Выгода становится более очевидной, когда в доме есть потребность установки кондиционеров. Ведь тепловые насосы используют также в режиме охлаждения.  

Где купить тепловой насос Cooper & Hunter ?

По всем вопросам приобретения и установки тепловых насосов в Санкт-Петербурге обращайтесь в нашу компанию Близар. Правильно подберем и рассчитаем необходимое оборудование для вашего помещения. Мы являемся сертифицированными партнерами Cooper & Hunter. Грамотно установим тепловой насос в любом помещении вашего дома. Цены приятные, от производителя. Гарантия на технику и монтаж

Звоните по телефону  +7 981 898 78 98 или закажите обратный звонок ниже


ПОЗВОНИТЬ

Тепловой насос для отопления дома – применение, технические характеристики, виды, установка

Компания – Geopumps предлагает в 2 – 3 раза снизить затраты на обогрев вашего жилища, перейдя на отопление тепловым насосом. Мы, представляя известных производителей, продаем на условиях, выгодных для покупателя климатическую технику высокого класса. Ее можно использовать для отопления дома, квартиры, офиса, используя различные отопительные системы: теплый пол, радиаторное отопление, воздушное отопление. При необходимости, тепловой насос может работать в реверсивном режиме, полноценно кондиционируя ваше помещение, создавая комфортные условия для круглогодичного пребывания. Вы можете выбрать вариант получения экономии, используя возобновляемую тепловую энергию из окружающей среды круглогодично, не нарушая при этом экологический баланс.

Источниками тепла могут быть грунт, вода из наземных и подземных водоемов и окружающий воздух, а также различные сбросные воды от процессов производства и жизнедеятельности.

Источник — Вода

Источник — Воздух

Источник — Земля

Тепловой насос в 3-4 раза сэкономит ваш семейный бюджет по сравнению с обычным электрообогревом.

Мы можем спроектировать всю систему отопления и горячего водоснабжения, подобрать нужное оборудование для отопительной системы, провести его закупку, доставку, монтаж и пуско-наладку. Все это можно сделать не только для коттеджа, но и для предприятия, большого офиса, торгового центра и даже многоэтажного дома.

Техническое или нормативное определение

Техническое определение дано в ГОСТ Р 54671-2011 (т. е. модифицированный региональный евростандарт EN 14511-1:2011). Тепловой насос (далее ТН), используемый для обогрева воздуха в помещении – это устройство, которое размещено в корпусе, спроектировано и изготовлено как установка, обеспечивающая подачу тепла. В ней для нагрева используется холодильная система с электроприводом. Кроме того, ТН может иметь средства для охлаждения, очистки, вентиляции и снижения относительной влажности воздуха в помещении.

Физические принципы работы теплового насоса

Тепло переходит от нагретого тела к холодному. Но человек научился делать наоборот – отбирать тепловую энергию холодного тела и передавать его теплому. В XIX веке этот процесс объяснил инженер и ученый-физик из Франции С. Карно.

В основу работы теплового насоса положен обратный цикл Карно. По прямому циклу Карно работают тепловые машины – паровые и двигатели внутреннего сгорания, по обратному циклу – холодильники и тепловые насосы.

В основе теплового насоса лежит фреоновый контур с компрессором и теплообменниками внешнего и внутреннего контуров. Внешний контур является источником низкопотенциального тепла в котором происходит отбор тепла из окружающей среды.

Из внешнего контура незамерзающий теплоноситель на основе гликоля или спиртосодержащих растворов в жидком виде подается на теплообменник-испаритель теплового насоса. В объеме его камеры, где давление снижено, фреон полностью испаряется. Парообразный фреон подается по трубопроводу в компрессор. В нем с помощью приводного электродвигателя пары фреона сжимаются, при этом повышается их температура. Горячий пар фреона подается на другой теплообменник-конденсатор внутреннего контура, где этим теплом обогревается помещение.

Виды тепловых насосов

Тепловые насосы (ТН) можно классифицировать по разным признакам.

По принципу работы.

Тепловые насосы бывают абсорбционные и компрессионные. В абсорбционных тепловых насосах при низком давлении в испарителе хладагент превращается в парообразное состояние и затем перетекает в конденсатор. В конденсаторе пар взаимодействует с абсорбирующим веществом, и в результате этого процесса высвобождается тепло в больших количествах.

В компрессионных тепловых насосах используется электроэнергия. В компрессоре, с помощью приводного электродвигателя, парообразный теплоноситель откачивается из внешнего контура и сжимается, давление повышается и снова выделяется тепло

По источнику тепла.

В этом виде классификации тепловой насос можно характеризовать по признакам откуда они берут тепло и куда отдают:

A. Тепловые насосы типа вода-вода.

В эту группу входят ТН, у которых контур теплосъема помещается в открытых водоемах – реках или прудах. Нередко в качестве первичного контура используется вода из скважин из которой забирается тепло и отдается либо в традиционную систему отопления: радиаторы, фанкойлы, теплый пол. Либо в воздушные приточные установки.

B. Насосы отопления тепловые воздушные.

  1. «Воздух-воздух». Такой вид агрегатов «отбирает» тепловую энергию из воздуха окружающей среды и обогревает воздух внутри помещения.
  2. «Воздух-вода» – также использует тепловую энергию воздуха и отдает ее в водяной контур отопления
  3. «Вода-воздух» – тепловая энергия воды посредством теплового насоса передается в воздушную систему отопления здания

C. Геотермальные. Аналогичные ТН «вода-вода». Использует тепло земли и передает тепло в систему отопления.

Специалисты нашей компании проконсультируют по всем видам тепловых насосов, их работе особенностях использования и выгодах приобретения и применения.

Установка теплового насоса для отопления в Geopumps

Обзор тепловых насосов для отопления

Тепловой насос — хорошая альтернатива традиционному отоплению частного дома. Прибор, используемый в течение 30 лет в странах Запада, в России еще является новинкой. Препятствием для его широкого использования являются два фактора: высокая стоимость и недостаток сведений о тепловых насосах, их преимуществах и принципах работы. Показателем практичности геотермальной системы отопления служит ее популярность на Западе. Так, тепловыми насосами в Швеции и Норвегии отапливаются около 95% домов. Предлагаем вам подробнее ознакомиться с устройством и принципами работы этого теплового оборудования, за которым, непременно, будущее.

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос — прибор, поглощающий из окружающей среды (вода, земля, воздух) низко потенциальную тепловую энергию и передающий ее в системы теплоснабжения с более высокой температурой.

Природа вокруг нас пропитана энергией. Даже мороз обладает теплом. Энергию невозможно извлечь из окружающей среды только при температуре -273 °С. Поэтому даже в самую лютую зиму загородный дом может отапливаться за счет энергии, полученной от природы.

В зависимости от источника энергии (вода, земля, воздух), происходит модификация тепловых насосов. Однако наиболее практичным и испытанным является геотермальный тепловой насос, применяющий энергию грунта. Он идеально подходит для российских условий.

Геотермальное отопление работает по одному из трех направлений:

  1. Сквозь специальную трубу, установленную в скважине, грунтовые воды извлекаются на поверхность земли. Они имеют определенную температуру. Проходя через теплообменник, вода передает свое тепло, за счет которого совершается прогрев дома. Затем вода возвращается в грунт, ниже по течению.
  2. В скважину глубиной примерно 75 — 100 метров опускается резервуар с антифризом, температура которого может повышаться от окружающего грунта. Тепловой насос разгоняет антифриз и пропускает его через теплообменник. За счет этого совершается отдача тепла.
  3. В данном случае бурение скважины не предусматривается, однако дом должен находиться рядом с крупным водоемом. Специальная магистраль в виде зондов прокладывается по дну водоема. Таким образом происходит перекачивание воды и извлечение из нее тепла. Важный нюанс — достаточная глубина водоема, которая даже зимой под толщей льда позволит сохранять до 150 сантиметров свободной воды.

Использование геотермального отопления, как и любой системы теплоснабжения, позволит не только обогреть дом, но и обеспечить горячей водой, обогреть автостоянку или теплицу, нагреть воду в бассейне

Преимущества использования теплового насоса

  • Экономичность. Благодаря высокому КПД системы достигается низкое энергопотребление. Из 1 кВт затраченной электроэнергии получается от 3 до 7 кВт тепловой энергии. Это больше, чем при работе любых котлов, использующих топливо.
  • Автономность. Работа насоса не нуждается в подаче органического топлива, поэтому нет необходимости прокладывать тепловые коммуникации.
  • Универсальность. В одном устройстве сочетаются одновременно системы нагрева воды, отопления и охлаждения.
  • Безопасность. В отличие от котлов, которые могут воспламениться или взорваться, тепловой насос является абсолютно безопасным. Он не содержит деталей, температура которых может привести к пожару. Не выделяет угарный ядовитый газ. Остановка работы не приведет к поломке или замораживанию жидкости.
  • Надежность. Работой насоса управляет автоматика. Обслуживание не требует специального обучения.
  • Долговечность. Прибор может прослужить от 20 до 50 лет. Это на порядок больше, чем у стандартных систем отопления.
  • Комфорт. Функционирование насоса не сопровождается колебанием температуры и влажности. Работает практически бесшумно.
  • Минимум площади требуется под скважину. Так как зонд находится под землей, повредить его невозможно.
  • Экологичность. Окружающая среда не загрязняется вредными выбросами.
  • Отсутствие бумажной волокиты. При монтаже не нужны согласования, как, например, при установке газового отопления.

Принцип работы теплового насоса

Работу теплового насоса можно сравнить с работой обычного холодильника. Только вместо холода аппарат вырабатывает тепло. Веществом, передающим энергию, является фреон — газ или жидкость с низкой температурой кипения. При испарении он поглощает тепло, а при конденсации — отдает его.

Тепловой насос — главный элемент системы. Его размеры не превышают габаритов средней стиральной машины, что облегчает установку прибора. Сам насос включается в два контура: внутренний и внешний.

Внутренний контур состоит из системы теплоснабжения дома (трубы и радиаторы).Внешний контур находится в воде или под землей. Он включает в себя коллектор-теплообменник и трубы, связывающие коллектор с насосом.

Тепловые насосы комплектуются различными дополнительными устройствами. Это могут быть:

  • коммуникационное устройство для управления системой через персональный компьютер или мобильный телефон;
  • блок охлаждения для локальной или центральной системы охлаждения;
  • дополнительный насосный блок может потребоваться для отопления полов;
  • циркуляционный насос необходим для циркуляции горячей воды;

Процесс работы насоса состоит из нескольких этапов:

  1. Незамерзающая смесь подается в коллектор. Происходит поглощение тепловой энергии и транспортировка ее к насосу.
  2. В испарителе энергия передается фреону, где он нагревается до 8 °C, закипает и превращению в пар.
  3. При увеличении давления в компрессоре повышается температура. Она может достигать 70 °C.
  4. Внутридомовая система отопления получает тепловую энергию через конденсатор. Фреон мгновенно охлаждается и переходит в жидкое состояние, отдавая при этом оставшееся тепло. Затем он идет обратно в коллектор. Так завершается цикл.
  5. Далее работа повторяется по тому же принципу.

Наиболее эффективно тепловой насос функционирует при наличии в доме теплых полов. Тепло распределяется по всей площади пола равномерно. При этом отсутствуют зоны перегрева. Теплоноситель в системе редко нагревается больше 35 °C, а отопление путем нагрева полов считается наиболее комфортным при 33 °C. Это меньше на 2 °C чем при отоплении радиаторами. Отсюда возникает экономия до 18% в год от всего отопительного бюджета. Кроме того, считается, что отопление на уровне пола наиболее комфортно для проживания человека.

Система отопления может быть моновалентной и бивалентной. У моновалентных систем один источник отопления. Он полностью отвечает круглогодичной потребности в тепле. У бивалентных, соответственно, — два источника.

Отопление дома в зимний период

На территории с более суровыми климатическими условиями актуально использование бивалентной системы отопления. За счет второго источника тепла расширяется диапазон температур. Работы одного теплового насоса достаточно только до уровня температуры -20 °С. При большем ее понижении подключаются электрообогреватель, камин, жидкотопливный или газовый котел. При этом мощность теплового насоса ограничивается от максимальной зимней потребности до 70 — 80%. Недостающие 20 — 30% дает дополнительный источник тепла. Это снижает общую эффективность работы системы. Однако снижение является незначительным.

При полном переходе на отопление здания геотермальной системой (в случае, когда не планируется устанавливать дополнительно котел или электроприбор) тепловой насос применяется совместно с внутренним модулем, содержащим небольшой встроенный электронагреватель. Он поддержит прибор, когда температура окружающей среды будет ниже -20 °С.

В каких случаях использование теплового насоса является обоснованным?

Вопрос отопления загородного дома предполагает рассмотрение нескольких вариантов:

  • Газ. При отсутствии рядом с домом газопровода это становится невозможным. В ряде регионов купить газ можно только в баллонах.
  • Уголь или дрова. С ними отопление превращается в трудоемкий и малоэффективный процесс.
  • Жидкотопливный котел требует больших расходов на топливо и специального помещения. Особое хранение необходимо и самому топливу, что неудобно в небольшом доме.
  • Отопление электричеством обходится очень дорого.

В таком случае на помощь приходит геотермальная система отопления. Ее используют даже там, где доступен газ. Установка теплового насоса дороже установки оборудования для отопления газом. Однако, газ в дальнейшем придется оплачивать постоянно, в отличие от энергии, взятой из окружающей среды.

Окупаемость теплового насоса сложно выразить в усредненном числовом значении. Все зависит от его начальной стоимости. Суть установки такого отопления сводится к перспективе. Хотя количество потребляемой электроэнергии — в 3−5 раз меньше, чем у других систем отопления, все же необходимо подсчитать в денежном эквиваленте все энергозатраты за год и сравнить их со стоимостью системы, ее монтажа и эксплуатации.

Достигнуть максимальной эффективности применения теплового насоса можно при соблюдении двух важных условий:

  • Отапливаемое здание должно быть утепленным, а показатель теплопотерь не должен превышать 100 Вт/м2. Существует прямая связь между тем, как утеплен дом и тем, насколько выгодно будет установка теплонасоса.
  • Подключение теплового насоса к низкотемпературным источникам обогрева (конвекторам, теплым полам), температурный режим которых колеблется между 30 — 40 °C.

Итак, тепловой насос станет неплохой альтернативой традиционным способам отопления. Прибор гарантирует экономичность и полную безопасность. Владельцу, после установки геотермальной системы отопления, не придется зависеть от различных внешних факторов, как, например, перебои с газоснабжением или вызовом сервисной службы. Энергия, взятая из окружающей среды, не требует оплаты и не исчерпывается.

В соответствии с прогнозами Мирового комитета по энергетике в 2020 г. геотермальные насосы составят три четверти всего отопительного оборудования.

Практика применения тепловых насосов: видео

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Принцип работы Тепловые насосы

Шум

Для геотермального теплового насоса нет необходимости в наружном блоке с движущимися механическими компонентами: внешний шум не создается.

Для теплового насоса с воздушным источником требуется наружный блок, содержащий движущиеся механические компоненты, включая вентиляторы, которые производят шум. В 2013 году CEN начал работу над стандартами защиты от шумового загрязнения, создаваемого наружными блоками тепловых насосов.

В США допустимый уровень шума в ночное время был определен в 1974 году как «средний 24-часовой предел воздействия в 55 децибел по шкале А (дБА) для защиты населения от всех неблагоприятных воздействий на здоровье и благополучие в жилых районах ( U.S. EPA 1974). Этот предел представляет собой 24-часовой средний уровень шума (LDN) днем ​​и ночью, со штрафом в 10 дБА, применяемым к ночным уровням между 22:00 и 07:00 часами, чтобы учесть нарушение сна, и без штрафа к дневным уровням.

Еще одной особенностью внешних теплообменников АШП является необходимость остановки вентилятора время от времени на несколько минут, чтобы избавиться от мороза.

Рекомендации по производительности

При сравнении производительности тепловых насосов лучше избегать слова «эффективность», которое имеет очень конкретное термодинамическое определение.Термин «коэффициент полезного действия» (COP) используется для описания отношения полезного теплового движения к затраченной работе. В большинстве парокомпрессионных тепловых насосов для работы используются двигатели с электрическим приводом.

По данным Агентства по охране окружающей среды США, геотермальные тепловые насосы могут снизить потребление энергии до 44% по сравнению с тепловыми насосами с воздушным источником тепла и до 72% по сравнению с электрическим нагревом сопротивлением.

При использовании для отопления здания с наружной температурой, например, 10 ° C, типичный тепловой насос с воздушным источником (ASHP) имеет КПД от 3 до 4, тогда как электрический резистивный нагреватель имеет КПД 1.0. То есть один джоуль электрической энергии заставит резистивный нагреватель производить только один джоуль полезного тепла, в то время как в идеальных условиях один джоуль электрической энергии может заставить тепловой насос перемещать три или четыре джоуля тепла от охладителя. место в более теплое место. Обратите внимание, что тепловой насос с воздушным источником более эффективен в более жарком климате, чем в более прохладном, поэтому, когда погода намного теплее, агрегат будет работать с более высоким COP (поскольку он имеет меньший температурный интервал, который необходимо перекрыть). При большой разнице температур между горячим и холодным резервуарами КПД ниже (хуже).В очень холодную погоду КС снизится до 1,0.

С другой стороны, хорошо спроектированные системы с тепловым насосом на основе грунта (GSHP) выигрывают от умеренной температуры под землей, поскольку земля естественным образом действует как накопитель тепловой энергии.

При большом перепаде температур (например, когда тепловой насос с воздушным источником тепла используется для обогрева дома с наружной температурой, скажем, 0 ° C (32 ° F)), требуется больше работы для перемещения такое же количество тепла в помещении, чем в более мягкий день.В конечном итоге из-за пределов эффективности Карно производительность теплового насоса будет снижаться по мере увеличения разницы температур между наружным и внутренним воздухом (наружная температура становится ниже), достигая теоретического предела 1,0 при -273 ° C. На практике коэффициент полезного действия 1,0 обычно достигается при температуре наружного воздуха около -18 ° C (0 ° F) для тепловых насосов с воздушным источником.

Кроме того, поскольку тепловой насос забирает тепло из воздуха, некоторая влага в наружном воздухе может конденсироваться и, возможно, замерзать на наружном теплообменнике.Система должна периодически растапливать этот лед; это размораживание приводит к дополнительным расходам энергии (электричества). Когда на улице очень холодно, проще нагревать с помощью альтернативного источника тепла (например, электрического нагревателя сопротивления, масляной печи или газовой печи), чем запускать тепловой насос с воздушным источником тепла. Кроме того, отказ от использования теплового насоса в очень холодную погоду означает меньший износ компрессора машины.

Конструкция теплообменников испарителя и конденсатора также очень важна для общей эффективности теплового насоса.Площадь поверхности теплообмена и соответствующий перепад температур (между хладагентом и воздушным потоком) напрямую влияют на рабочее давление и, следовательно, на работу, которую должен выполнять компрессор, чтобы обеспечить такой же эффект нагрева или охлаждения. Как правило, чем больше теплообменник, тем ниже перепад температур и тем эффективнее становится система.

Теплообменники дороги, требуют сверления некоторых типов тепловых насосов или больших пространств, чтобы быть эффективными, а промышленность тепловых насосов обычно конкурирует по цене, а не по эффективности.Тепловые насосы уже находятся в более низком ценовом диапазоне, когда речь идет о начальных инвестициях (а не о долгосрочной экономии) по сравнению с традиционными решениями в области отопления, такими как бойлеры, поэтому стремление к более эффективным тепловым насосам и кондиционерам воздуха часто обусловлено законодательными мерами по минимальным стандартам эффективности. . Тарифы на электроэнергию также будут влиять на привлекательность тепловых насосов.

В режиме охлаждения рабочие характеристики теплового насоса описываются в США как его коэффициент энергоэффективности (EER) или сезонный коэффициент энергоэффективности (SEER), и оба показателя имеют единицы БТЕ / (ч · Вт) (1 БТЕ / (h · W) = 0.293 Вт / Вт). Большее число EER указывает на лучшую производительность. В документации производителя должны быть указаны как COP для описания производительности в режиме нагрева, так и EER или SEER для описания производительности в режиме охлаждения. Однако фактическая производительность варьируется и зависит от многих факторов, таких как детали установки, разница температур, высота площадки и техническое обслуживание.

Как и в случае с любым другим оборудованием, в котором теплообменники используются для передачи тепла между воздухом и жидкостью, важно, чтобы змеевики конденсатора и испарителя содержались в чистоте.Если на змеевиках будут скапливаться отложения пыли и другого мусора, снизится эффективность устройства (как в режиме нагрева, так и в режиме охлаждения).

Тепловые насосы эффективнее для обогрева, чем для охлаждения внутреннего пространства, если поддерживается одинаковый перепад температур. Это связано с тем, что входная энергия компрессора также преобразуется в полезное тепло в режиме нагрева и выводится вместе с переносимым теплом через конденсатор во внутреннее пространство. Но для охлаждения конденсатор обычно находится на открытом воздухе, и рассеиваемая работа компрессора (отработанное тепло) также должна переноситься на улицу с использованием большего количества входящей энергии, а не использоваться для полезной цели.

По той же причине открытие холодильника или морозильника для пищевых продуктов приводит к нагреву помещения, а не к его охлаждению, поскольку его цикл охлаждения отводит тепло в воздух в помещении. Это тепло включает в себя рассеиваемую работу компрессора, а также тепло, отводимое изнутри устройства.

Как работают тепловые насосы | HowStuffWorks

Если вы регулярно используете тепловой насос, вам следует менять фильтр примерно раз в месяц. Возможно, вам удастся заменить фильтр только один раз в три месяца, если вы будете запускать устройство только периодически.Содержите вентиляторы и змеевики в чистоте и без мусора, а ваш тепловой насос должен проверять профессионал раз в год или два.

Общие проблемы с тепловыми насосами включают слабый воздушный поток, негерметичные или шумные воздуховоды, проблемы с температурой, использование неправильной заправки хладагента, дребезжание, скрип и скрежет. Если можете, попытайтесь определить место возникновения проблемы. Слабый воздушный поток выходит из одного регистра или все регистры имеют низкий воздушный поток? Неприятный шум исходит из воздуховодов или внутри самого теплового насоса?

Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы выявить и, возможно, устранить проблему теплового насоса, прежде чем обращаться за профессиональной помощью.Во-первых, если устройство не работает, попробуйте перезагрузить его двигатель. Проверьте систему зажигания насоса на наличие проблем и убедитесь, что у вас нет сработавшего прерывателя цепи или перегоревшего предохранителя. Проверьте термостат, чтобы убедиться, что он работает правильно. Замените фильтр, если он грязный, и убедитесь, что нет препятствий для воздушного потока. Если воздуховоды издают шум при расширении и сжатии, вы можете попробовать сделать вмятину на боковой стороне воздуховода, чтобы сделать поверхность более жесткой. Погремушки можно устранить, закрепив незакрепленные детали, и если вы слышите скрип внутри устройства, вам может потребоваться заменить или отрегулировать ремень вентилятора, соединяющий двигатель и вентилятор.Скрежетание может указывать на износ подшипников двигателя, для устранения которого потребуется помощь профессионала.

Имейте в виду, что если у вас нет склонности к механике, вам, вероятно, не стоит пытаться выполнять такого рода ремонтные работы. А поскольку тепловые насосы могут содержать опасные материалы, это еще одна веская причина для получения профессиональной помощи. Утечка химического вещества – плохая новость, и вы можете легко пораниться, взяв сломанное устройство.

Тепловой насос должен прослужить от 10 до 30 лет, а геотермальные установки – лидеры по долговечности.Фактически, некоторые компоненты геотермальных тепловых насосов могут служить даже дольше. Имейте в виду, что технология может измениться до того, как ваш тепловой насос выйдет из строя, поэтому вы можете обнаружить, что срок службы вашего теплового насоса превышает возможности технического специалиста по его обслуживанию. Новые технологии могут сделать тепловые насосы более безопасными или более эффективными, поэтому вы можете следить за новыми видами тепловых насосов.

Чтобы узнать больше о тепловых насосах, воспользуйтесь ссылками на следующей странице для получения дополнительной информации.

Первоначально опубликовано: 13 мая 2009 г.

Мы отвечаем на 8 самых распространенных вопросов о тепловых насосах

Тепловой насос Mitsubishi сохраняет на кухне прохладу летом и тепло зимой.

Тепловые насосы – это круто – все так говорят? Но они еще в некотором роде… волшебные? Не совсем, конечно. Но технология, которая приводит в действие тепловые насосы, загадочна, если вы не являетесь экспертом в физике, а также в области отопления и охлаждения. И большая часть литературы в Интернете либо хочет, чтобы вы купили тепловой насос, либо не хочет, чтобы вы купили тепловой насос и использовали масло или пропан для тепла. Поэтому мы решили демистифицировать тепловые насосы для всех и прямо ответить на вопросы, чтобы вы могли принимать собственные обоснованные решения о покупке.Вы готовы учиться? Поехали:

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос – это автономное двухкомпонентное устройство, в котором используются холодильная техника и электричество для обогрева и охлаждения домов, предприятий и других приложений. Тепловой насос состоит из двух компонентов: конденсатора, который чаще всего находится вне дома, который производит обогрев или охлаждение, и внутреннего блока, который обычно устанавливается на стене и пропускает горячий или холодный воздух в дом; поскольку конденсатор и воздухообрабатывающий агрегат разделены или «разделены» линией хладагента, тепловые насосы иногда могут называться «мини-разветвителями».”Тепловые насосы обеспечивают исключительно высокий КПД, а также возможность обеспечивать обогрев и охлаждение без необходимости прокладки воздуховодов в доме; поскольку использование воздуховодов не требуется, вы можете услышать, что тепловые насосы называют «бесканальными».

Вот пример обычного типа теплового насоса:

Настенная кассета Mitsubishi с тепловым насосом (внутренний блок) вверху и конденсатор (наружный блок) и пульт дистанционного управления внизу. Обратите внимание, что эти изображения непропорциональны, и конденсаторы обычно составляют два или более футов в поперечнике.

Как работает тепловой насос?

Как работает тепловой насос – на этой диаграмме показан процесс охлаждения.

Проще говоря, тепловой насос использует электричество и хладагент для перемещения тепла из одного места в другое.

Для обеспечения тепла тепловой насос работает, отбирая тепло из воздуха за пределами вашего дома и передавая его охлаждающему хладагенту – затем хладагент сжимается, что значительно увеличивает температуру; затем хладагент перемещается во внутренний блок теплового насоса, который затем пропускает воздух над горячим хладагентом, повышая его температуру, чтобы приспособиться к термостатическому запросу тепла внутри дома.

Тепловой насос состоит из двух основных частей – «настенной кассеты», которая устанавливается внутри вашего дома, и конденсаторного блока, который остается снаружи вашего дома. Настенные кассетные и конденсаторные блоки теплового насоса соединены линией хладагента.

Внутренняя настенная кассета с термостатическим управлением обеспечивает как обогрев, так и охлаждение. Когда требуется тепло, тепловой насос включает вентилятор в наружном блоке, чтобы начать процесс отвода тепла из воздуха за пределами вашего дома.Линия хладагента передает это тепло к внутреннему блоку, который затем передает тепло воздуху внутри вашего дома через вентилятор внутри настенной кассеты. В режиме охлаждения процесс обратный: тепло выводится из дома, а холодный воздух возвращается внутрь.

В чем преимущество теплового насоса?

Тепловые насосы действительно экономят ваши деньги на расходах на электроэнергию.

Поскольку тепловой насос использует электричество только для выработки энергии, а не для выработки тепла, он обеспечивает исключительно высокий КПД.При использовании традиционного резистивного электрического нагрева – например, электрического плинтуса или обогревателей – количество выделяемого тепла пропорционально количеству используемой электроэнергии: одна единица тепла на единицу электроэнергии для 100% эффективности.

При использовании теплового насоса коэффициент полезного действия резко возрастает, поскольку потребляемая электроэнергия используется только для питания двух вентиляторов (испарителя и конденсатора), компрессора и насоса, чтобы сконцентрировать тепло снаружи и передать его в ваш дом. Благодаря этому тепловые насосы способны обеспечивать более 3 единиц тепла на каждую единицу электроэнергии, используемой при КПД более 300%.Средняя зимняя температура в штате Мэн составляет 37 градусов, поэтому сезонная эффективность Mitsubishi Hyper Heat составляет около 285%

Это означает более низкие счета за электроэнергию для комфортного дома – тепловые насосы очень недороги в эксплуатации, увеличивая ваши счета за электроэнергию в среднем на 75 долларов в месяц за тепловой насос, который постоянно работает в доме. Если вы используете тепловой насос вместе с основной системой отопления, такой как масляная, газовая или электрическая, вы получите дополнительную экономию, используя тепловой насос для компенсации расхода основного топлива: один тепловой насос может компенсировать до 300 галлонов масла. в обычном доме, экономя деньги на дорогих ископаемых видах топлива.Кроме того, тепловые насосы помогут снизить углеродный след вашего дома.

Как тепловой насос влияет на мои счета за отопление и электричество?

Heat Pumps повысит ваши счета за электроэнергию, но снизит ваши затраты на другие виды топлива для отопления.

Каждый отдельный тепловой насос (часто называемый индивидуальным), который используется ежедневно, увеличивает ваш счет за электроэнергию на 50–100 долларов в месяц. Однако тепловой насос соответственно сократит ваши счета на отопительное топливо – для типичного домашнего хозяйства, которое использует 800 галлонов масла в год, тепловой насос может уменьшить количество используемого масла на 300 галлонов.Если нефть стоит 2,75 доллара за галлон, цена за миллион британских тепловых единиц (британских тепловых единиц, стандартная мера тепла в США) составит 28,06 доллара. Чтобы получить такое же количество тепла, 1 миллион БТЕ, от теплового насоса с текущим стандартным тарифом на электроэнергию 14,5 цента за киловатт-час, вам потребуется 14,71 доллара. Другими словами, отопление дома с помощью теплового насоса эквивалентно отоплению дома маслом по цене 1,44 доллара за галлон, или на 48% меньше.

Каковы преимущества теплового насоса при использовании солнечной энергии?

Дом с солнечной панелью на крыше

Преимущество солнечных панелей в том, что днем, когда светит солнце, панели на крыше собирают солнечную энергию и преобразуют ее для использования в вашем доме в качестве электричества.Во многих домах электроэнергия, вырабатываемая массивом, которая не используется в доме, возвращается вам вашей электроэнергетической компанией и используется для компенсации вашего счета за электричество в конце каждого месяца. В большинстве домов по-прежнему будет выставляться счет за электроэнергию, использованную в ночное время, во время штормов или в периоды интенсивного использования, такие как очень жаркие периоды лета.

Однако ваш тепловой насос питается от электричества – и когда вы соединяете солнечные панели для электричества с тепловыми насосами для тепла (которые используют электричество для выработки энергии), вы отапливаете свой дом в среднем примерно за 9 центов за кВтч по сравнению с14,5 цента за кВтч без солнечной энергии, что эффективно снижает ваши затраты на эксплуатацию теплового насоса почти на 40% в год.

Правда ли, что тепловые насосы перестают работать, когда становится очень холодно?

Сервисный техник True North с конденсаторным агрегатом теплового насоса

Да, но для того, чтобы тепловой насос полностью перестал работать, должно стать очень и очень холодно.

Различные модели тепловых насосов имеют разные характеристики того, насколько холодно может быть, прежде чем они перестанут быть эффективными.Для этого примера мы будем использовать рейтинг теплового насоса Mitsubishi Hyper Heat ™, который рассчитан на обеспечение достаточной тепловой мощности до -13 градусов по Фаренгейту.

Тепловые насосы рассчитаны на «мощность». В этом примере, когда температура составляет 30 градусов, тепловой насос легко будет производить 100% своей мощности с максимальной эффективностью. Однако, когда температура начинает падать, начинает падать и мощность, а когда мощность начинает падать, тепловой насос будет «усерднее» поддерживать температуру в доме.Это похоже на то, как вам приходится нажимать на педаль газа, чтобы поднять машину на крутой холм, именно здесь эффективность тепловых насосов начинает падать – больше энергии используется, чтобы производить меньшую мощность.

При использовании теплового насоса Mitsubishi Hyper Heat ™ КПД начинает падать примерно при 2 градусах по Фаренгейту. При -2 градусах вы получите около 87% мощности устройства. А при -13 градусах вы получите около 76% мощности устройства. Неясно, при какой температуре устройство полностью перестанет работать – у нас еще не было достаточно холодного дня, чтобы продемонстрировать это с тепловыми насосами Hyper Heat ™, хотя в некоторых документах Mitsubishi указывается, что точка остановки составляет -18 градусов.

В старых домах с меньшей теплоизоляцией, большими потерями тепла или сквозняками тепловому насосу также потребуется больше работать, чтобы компенсировать быструю потерю тепла из-за этих проблем. Однако новые дома часто имеют отличную изоляцию и построены для предотвращения потерь тепла – в этих случаях тепло, создаваемое тепловым насосом, сохраняется внутри дома и помогает тепловому насосу работать с большей эффективностью.

Могу ли я отапливать дом с помощью тепловых насосов без других источников тепла?

В некоторых регионах с более теплым климатом тепловые насосы могут быть единственным источником тепла зимой.Однако здесь, в штате Мэн, мы рекомендуем, чтобы в большинстве домов был либо основной, либо резервный источник тепла на очень холодные дни или длительные периоды низких температур, в течение которых тепловые насосы будут иметь проблемы с восстановлением после потери тепла. Этими другими источниками могут быть нефть, газ, пропан, электричество или биомасса. True North предлагает тепло из древесных гранул из биомассы или тепло природного газа для снижения затрат на топливо для отопления и снижения выбросов углерода, которые способствуют изменению климата.

Что такое водонагреватель с тепловым насосом?

Этот гибридный водонагреватель с электрическим тепловым насосом Geospring Pro был установлен в подвале штата Мэн для максимальной эффективности

Водонагреватель с тепловым насосом использует ту же технологию теплового насоса, которая описана выше, для нагрева горячей воды в доме.Водонагреватели с тепловым насосом очень хорошо изолированы, и вода может очень хорошо удерживать тепло – поэтому водонагреватели с тепловым насосом могут обеспечить горячей водой типичную семью из четырех человек при очень низких эксплуатационных расходах, чаще всего 15 долларов или меньше в месяц.

Есть вопросы? Хотите узнать, подходит ли для вашего дома тепловой насос или водонагреватель с тепловым насосом? Позвоните нам в любое время по телефону 207-221-5677 или напишите нам по адресу in[email protected]!

Страница 1 из 11

Как работает тепловой насос?

Существует множество описаний того, как работает тепловой насос, иногда это может показаться запутанным.На самом деле это простая и фантастическая технология, которая производит больше энергии для вашего дома, чем использует.

По сути, тепловой насос похож на холодильник, работающий в обратном направлении. Он поглощает естественное тепло из воздуха, земли или воды снаружи для обогрева вашего дома и воды. Тепловые насосы являются одним из наиболее эффективных способов обогрева вашего дома, поскольку они передают тепло, а не генерируют его.

Наука, лежащая в основе тепловых насосов

Тепло естественным образом перемещается из более горячего места в более холодное.Тепловой насос работает, обращая этот процесс, используя для этого небольшое количество электроэнергии. Это достигается за счет цикла сжатия и испарения.

Цикл испарения и сжатия теплового насоса состоит из четырех стадий, по которым циркулирует хладагент. Этот хладагент действует как среда, которая передает тепло от одной ступени к другой.

1: Испаритель

Тепло подводится к теплообменнику, известному как испаритель, извне. В зависимости от типа теплового насоса это низкопотенциальное тепло может поступать из любого количества источников. Например, земные тепловые насосы поглощают тепло от земли, воздушные источники – из воздуха, а водные источники – из близлежащего озера или пруда.

Это тепло вызывает испарение хладагента. Внутри испарителя хладагент низкого давления и низкой температуры может поглощать тепло даже в очень холодных условиях (до -20 o C).

2: Компрессор

Испаренный хладагент сжимается, что увеличивает температуру. Говоря техническим языком, низкопотенциальное тепло превращается в приемлемо высокую температуру.

3: Конденсатор

Газообразный хладагент передает тепло в систему центрального отопления. Это заставляет хладагент снова конденсироваться в жидкость. Это происходит в конденсаторе, втором теплообменнике, где более холодная вода из системы центрального отопления поглощает тепло. Это тепло затем циркулирует вокруг эмиттерной системы (радиаторы или полы с подогревом) или используется для нагрева воды.

4: Расширительный клапан

Охлажденный хладагент проходит через расширительный клапан, который снижает давление. Это дополнительно снижает температуру до того, как хладагент возвращается в испаритель, чтобы цикл мог начаться снова.

Принцип работы здесь основан на концепции «скрытой теплоты конденсации и испарения». Короче говоря, изменяя давление, мы можем контролировать точку кипения жидкой среды и, следовательно, управлять движением тепла.

Типы тепловых насосов

Есть два основных типа тепловых насосов: воздух-земля-источник. Хотя оба они используют один и тот же метод передачи тепла, упомянутый выше, то, как они вносят низкопотенциальное тепло в цикл испарения-сжатия, немного отличается.

Воздушные тепловые насосы

Воздушный тепловой насос – самый популярный тип систем. Находящийся вне вашего дома тепловой насос очень похож на стандартный кондиционер. На самом деле способ передачи тепла для кондиционеров очень похож на тот, что описан выше, только наоборот.

Солнечное тепло нагревает воздух вокруг нас, который затем втягивается вентилятором в тепловой насос. Это тепло отбирается из воздуха в змеевик теплообменника – испаритель – и цикл начинается. Вентилятор предназначен для поддержания постоянного потока теплого воздуха, контактирующего с теплообменником.

Земляные тепловые насосы

Земной тепловой насос использует солнечную энергию, хранящуюся в земле, в качестве источника тепла для испарителя. Он собирает тепло через проложенные под землей трубы, известные как контур заземления или массив заземления.Смесь воды и специального антифриза затем прокачивается через эту сеть труб под землей, поглощая естественное тепло ниже линии замерзания. Затем смесь антифриза и воды передает тепло испарителю в тепловом насосе, и начинается тот же процесс испарения-сжатия, как показано на диаграмме ниже.

Самая распространенная установка для геотермального теплового насоса – горизонтальная прокладка теплопоглощающих труб. Для такой прокладки труб вам понадобится большая площадь снаружи, или, если у вас мало места, вы можете выбрать систему с вертикальной петлей, которая включает бурение глубоких скважин под землей.

Здесь вы можете узнать о различиях между воздушными и наземными тепловыми насосами.

Геотермальный тепловой насос или геотермальный тепловой насос?

Хотя термин «геотермальный тепловой насос» используется как взаимозаменяемые с термином «геотермальный тепловой насос», он может вводить в заблуждение. Земные тепловые насосы не используют геотермальное тепло, то есть тепло ядра Земли. Тепло, используемое геотермальным тепловым насосом, на самом деле исходит от солнца, которое поглощается и накапливается в земле.

Примеры геотермального отопления можно найти в таких областях, как Исландия, где тепло от ядра Земли поднимается вверх между континентальными плитами Европы и Северной Америки.

Тепловые насосы – это чрезвычайно энергоэффективный способ обогрева вашего дома, поскольку для их работы требуется небольшое количество электроэнергии. Хотя они имеют более высокую первоначальную стоимость, чем другие типы систем отопления, они имеют большое количество преимуществ, которые более чем компенсируют это. Чтобы назвать несколько, они чрезвычайно эффективны, они не выделяют вредных выбросов на местном уровне, и, вложив средства в тепловой насос, вы могли бы окупить большую часть – если не все – денег обратно из программы вознаграждения за возобновляемое тепло (при условии соблюдения представление).

Геотермальный тепловой насос: как это работает

Учитывая, что в наши дни солнечной энергии уделяется все внимание, вы можете быть удивлены, узнав, что одно из самых многообещающих решений по снижению высоких затрат на энергию находится не в небе, а глубоко под вашей лужайкой.

Прочтите, чтобы понять, как работают геотермальные тепловые насосы, сколько они стоят и являются ли они разумным вложением средств.

Геотермальные тепловые насосы стоят денег?

Сверхэффективные геотермальные тепловые насосы обеспечивают чистое и бесшумное отопление и охлаждение, сокращая при этом счета за коммунальные услуги до 70 процентов.«С этой технологией каждый мог бы получать больше энергии на весь срок службы», – говорит эксперт TOH по сантехнике и отоплению Ричард Третви.

Геотермальная система с тепловым насосом

В принципе, геотермальный тепловой насос работает так же, как обычный тепловой насос, за счет использования хладагента под высоким давлением для улавливания и перемещения тепла из помещения в помещение. Разница в том, что обычные системы собирают тепло – и избавляются от него – с помощью наружного воздуха. Геотермальные системы, напротив, передают тепло через длинные петли заполненных жидкостью труб, закопанных в землю.

Геотермальное отопление и охлаждение

Как давно обнаружили наши пещерные предки, если вы уйдете достаточно далеко под землю, температура земли будет оставаться постоянной 50 градусов или около того, независимо от того, насколько жарко или холодно на улице. Таким образом, в то время как обычный тепловой насос с «воздушным источником» изо всех сил пытается улавливать тепло от замерзающего зимнего воздуха или сбрасывать его в летний зной, его «наземный» аналог выполняет сравнительно легкую работу по отбору и отведению тепла через 50-градусную жидкость, циркулирующая в его контуре заземления.

КПД

Вот почему геотермальному тепловому насосу требуется всего один киловатт-час электроэнергии для производства почти 12 000 британских тепловых единиц для охлаждения или обогрева. (Чтобы произвести такое же количество Btus, стандартный тепловой насос при температуре 95 градусов в день потребляет 2,2 киловатт-часа.) Геотермальные системы вдвое эффективнее лучших кондиционеров и почти на 50 процентов эффективнее лучших газовых печей. , круглый год.

Еще одно преимущество заключается в том, что нет необходимости в шумном наружном вентиляторе для перемещения воздуха через змеевики компрессора.Геотермальные установки просто перекачивают жидкость, поэтому их можно парковать в закрытом помещении, защищенном от непогоды. На большинство из них предоставляется 10-летняя гарантия, но она может длиться намного дольше. За 29 лет, прошедших с тех пор, как Джим Партин, один из первых приверженцев этой технологии, установил один в своем доме в Стиллуотере, штат Оклахома, он заменил только два контактных переключателя.

Детали теплового насоса: Как и в обычных тепловых насосах, хладагент в геотермальном тепловом насосе проходит по контуру через компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель, собирая тепло на одном конце и отдавая его на другом.Направление потока хладагента, которое регулируется реверсивным клапаном, определяет, подается ли тепло в дом зимой (показано) или отводится от него летом. С добавлением пароохладителя остаточное тепло от системы также может дополнять обычный водонагреватель, что еще больше снижает счета за электроэнергию.

Расходы и налоговые льготы

Несмотря на эти преимущества, в прошлом году в США было установлено только 47000 геотермальных установок. Это лишь крошечный промах по сравнению с примерно одним миллионом обычных тепловых насосов, проданных за тот же период, даже несмотря на то, что наземные тепловые насосы стоят примерно столько же.

Вот в чем загвоздка: вам нужно закопать много труб – от 1500 до 1800 футов для типичного дома площадью 2000 квадратных футов. (Фактическая длина должна быть рассчитана специалистом на основе оптимальных нагрузок на отопление и охлаждение для дома.) Установка такого размера может стоить до 20 000 долларов, в зависимости от почвенных условий и объема рытья и бурения.

Например, для дома на большом участке можно использовать трубы, проложенные горизонтально в длинных траншеях глубиной 4 фута.Дома на небольших участках или на скалистых уступах могут потребовать трех или четырех отверстий, просверленных на глубине около 300 футов, что намного дороже.

Даже при таких значительных начальных инвестициях геотермальные системы настолько энергозатратны, что срок окупаемости чрезвычайно короткий. Исследование, проведенное Технологическим институтом ВВС США, подсчитало, что в среднем требуется всего семь-восемь лет, чтобы окупить затраты.

Ваша фактическая точка безубыточности зависит от местных тарифов на коммунальные услуги, затрат на раскопки / бурение, того, насколько хорошо ваш дом изолирован, эффективности выбранной вами модели и того, какие стимулы предоставляют ваше государство или коммунальные службы.Хороший установщик, разбирающийся в вопросах отопления и охлаждения, а также в вашей местной геологии, сможет произвести эти расчеты за вас.

Текущие федеральные льготы ограничиваются стандартной налоговой льготой в размере 300 долларов для установок Energy Star HVAC. (Канадцы, модифицирующие существующий дом геотермальными источниками, имеют право на федеральный грант в размере 3500 долларов).

Некоторые дальновидные коммунальные предприятия предложили ссуды под низкие проценты домовладельцам, желающим внедрить эту технологию. «Это беспроигрышный вариант», – говорит Стив Розенсток, менеджер по решениям в области энергетики в Edison Electric Institute, ассоциации коммунальных предприятий.«Коммунальные предприятия снижают пиковый спрос на отопление и охлаждение, поскольку их клиенты резко снижают свои счета за электроэнергию».

А поскольку пластиковые контуры заземления должны прослужить 50 или более лет, окупаемость для домовладельцев и для окружающей среды может длиться несколько поколений.

Основы

Что это такое: Система отопления и охлаждения с электрическим приводом, которая передает тепло между вашим домом и землей с помощью жидкости, циркулирующей по длинным петлям подземных труб.

Как это работает: Внутренний тепловой насос использует базовый цикл охлаждения – испарение, сжатие, конденсацию и расширение – для улавливания и отвода тепла от земли и к земле для обогрева дома зимой и охлаждения летом.

Преимущества: Сокращает счета за отопление и охлаждение дома на 30–70 процентов. Устраняет шум компрессоров и вентиляторов на открытом воздухе. Снижает выбросы парниковых газов за счет посадки 750 деревьев или снятия с дороги двух автомобилей.

На что обращать внимание: Для получения федеральных налоговых льгот насосы должны соответствовать стандартам эффективности Energy Star. Для систем с обратной связью вам потребуется EER, равный 14,1, и COP (коэффициент полезного действия), равный 3,3.

Где это получить: Чтобы найти производителей, посетите веб-сайт Консорциума геотермальных тепловых насосов. Чтобы найти квалифицированных монтажников и проектировщиков, которые знают местную геологию и знают, как рассчитывать системы для достижения максимальной эффективности, посетите веб-сайт Международной ассоциации наземных тепловых насосов.

Сколько это стоит: 15 000–20 000 долларов на установку системы, включая контуры заземления, тепловой насос и средства управления. База данных государственных стимулов для возобновляемых источников энергии предоставляет актуальную информацию о государственных программах стимулирования.

Могу ли я его модернизировать? Модернизация системы заземления не представляет трудностей, если возможно закопать контур заземления. В доме потребуются воздуховоды для распределения прохладного воздуха в жаркие дни. Эти же воздуховоды могут обеспечить теплый воздух зимой.

Некоторые геотермальные тепловые насосы могут быть подключены к существующему устройству обработки воздуха, другие агрегаты поставляются со своим собственным встроенным устройством обработки воздуха. В домах с водяным отоплением также могут использоваться геотермальные системы, хотя могут потребоваться дополнительные радиаторы, поскольку эти системы не достигают более высоких температур, чем топливные котлы. (Это не проблема для теплого пола, который работает при более низких температурах.)

Как работает тепловой насос | HVAC

В тепловом насосе с воздушным источником тепла используются передовые технологии и цикл охлаждения для обогрева и охлаждения вашего дома.Это позволяет тепловому насосу обеспечивать комфорт в помещении круглый год, независимо от времени года.

Тепловой насос в режиме кондиционирования воздуха

При правильной установке и функционировании тепловой насос может поддерживать прохладную комфортную температуру, снижая при этом уровень влажности в вашем доме.

  1. Теплый воздух изнутри вашего дома втягивается в воздуховоды с помощью моторизованного вентилятора.
  2. Компрессор обеспечивает циркуляцию хладагента между внутренним испарителем и наружными конденсаторными блоками.
  3. Теплый воздух в помещении затем направляется к воздухообрабатывающему устройству, в то время как хладагент перекачивается из внешнего змеевика конденсатора во внутренний змеевик испарителя. Хладагент поглощает тепло, проходя через воздух в помещении.
  4. Этот охлажденный и осушенный воздух затем проталкивается через соединительные внутренние воздуховоды к вентиляционным отверстиям по всему дому, снижая внутреннюю температуру.
  5. Цикл охлаждения продолжается снова, обеспечивая постоянный метод охлаждения.


Тепловой насос в тепловом режиме

Тепловые насосы уже много лет используются в регионах с более мягкими зимами. Тем не менее, технология тепловых насосов с воздушным источником энергии претерпела значительные изменения, что позволяет использовать эти системы в районах с длительными периодами отрицательных температур.

  1. Тепловой насос может переключаться из режима кондиционирования воздуха в режим нагрева путем реверсирования цикла охлаждения, в результате чего внешний змеевик работает как испаритель, а внутренний змеевик – как конденсатор.
  2. Хладагент проходит через замкнутую систему холодильных линий между наружным и внутренним блоком.
  3. Хотя наружные температуры низкие, достаточно тепловой энергии поглощается из наружного воздуха змеевиком конденсатора и выделяется внутри змеевиком испарителя.
  4. Воздух изнутри вашего дома втягивается в воздуховоды с помощью моторизованного вентилятора.
  5. Хладагент перекачивается из внутреннего змеевика во внешний змеевик, где он поглощает тепло из воздуха.
  6. Этот нагретый воздух затем проталкивается через соединительные каналы к вентиляционным отверстиям по всему дому, повышая внутреннюю температуру.
  7. Цикл охлаждения продолжается снова, обеспечивая постоянный способ согреться.

Детали теплового насоса


Чтобы лучше понять, как нагревается или охлаждается воздух, полезно немного узнать о деталях, составляющих систему теплового насоса. Типичная система с воздушным тепловым насосом представляет собой раздельную или состоящую из двух частей систему, в которой в качестве источника энергии используется электричество.Система содержит наружный блок, похожий на кондиционер, и комнатный кондиционер. Тепловой насос работает вместе с устройством обработки воздуха, распределяя теплый или холодный воздух по внутренним помещениям. Помимо электрических компонентов и вентилятора, система теплового насоса включает:

Компрессор: Перемещает хладагент по системе. Некоторые тепловые насосы содержат спиральный компрессор. По сравнению с поршневыми компрессорами спиральные компрессоры тише, имеют более длительный срок службы и обеспечивают на 10–15 ° F более теплый воздух в режиме нагрева.

Плата управления: Определяет, должна ли система теплового насоса находиться в режиме охлаждения, обогрева или размораживания.

Змеевики: Конденсатор и испарительный змеевик нагревают или охлаждают воздух в зависимости от направления потока хладагента.

Хладагент: Вещество в холодильных линиях, которое циркулирует через внутренний и внешний блок.

Реверсивные клапаны: Измените поток хладагента, который определяет, охлаждается или нагревается ваше внутреннее пространство.

Термостатические расширительные клапаны: Регулируют поток хладагента так же, как кран крана регулирует поток воды.

Аккумулятор: Резервуар, который регулирует заправку хладагента в зависимости от сезонных потребностей.

Холодильные линии и трубы: Подсоедините внутреннее и внешнее оборудование.

Нагревательные полоски: Электрический нагревательный элемент используется для дополнительного нагрева. Этот добавленный компонент используется для добавления дополнительного тепла в холодные дни или для быстрого восстановления после низких температур.

Воздуховоды: Служат воздушными туннелями в различные помещения внутри вашего дома.

Термостат или система управления: Устанавливает желаемую температуру

Как работают тепловые насосы

Цель этой страницы – охватить основные концепции, объясняющие, как работают тепловые насосы, и предоставить практическую информацию для всех, кто рассматривает возможность установки теплового насоса. Эта практическая информация включает в себя анализ стоимости установки и эксплуатационных расходов, а также список поставщиков.Тепловые насосы – прекрасное изобретение, весьма увлекательное с точки зрения физики. Вы видите их в повседневных применениях, будь то в системах охлаждения, таких как кондиционеры, или в системах отопления, которые будут объяснены на этой странице.

Для начала давайте сначала обсудим основы работы тепловых насосов.

Как работают тепловые насосы – основы

Тепловой насос – это устройство, которое «транспортирует» тепловую энергию из одного места в другое. Это основная особенность работы тепловых насосов.Кондиционер – это разновидность теплового насоса. Он «забирает» тепло из помещения и перекачивает его наружу. Таким образом, в помещении у вас есть холодный воздух, выходящий из вентиляционного отверстия после прохождения через теплообменник. С внешней стороны теплый воздух выходит из другого теплообменника. Теплообменник на внутренней стороне называется испарителем, а теплообменник на внешней стороне называется конденсатором.

В следующем разделе более подробно рассказывается о том, как работают тепловые насосы.

Принципы работы

На рисунке ниже показана схема теплового насоса.

Источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_pump. Автор: http://commons.wikimedia.org/wiki/User:Ilmari_Karonen

Ступень 1 – теплообменник горячей стороны (для кондиционеров это наружная сторона).

Ступень 2 – расширительный клапан.

Ступень 3 – теплообменник холодной стороны (для кондиционеров – на внутренней стороне).

Ступень 4 – компрессор.

Разделение тепловых насосов на эти четыре этапа является основным способом понять, как работают тепловые насосы.

В тепловых насосах используется рабочая жидкость, называемая хладагентом. Этот хладагент выбирается на основе его полезных физических свойств на различных этапах работы внутри теплового насоса. Хладагент циркулирует через тепловой насос с помощью компрессора, который управляет процессом. Хладагент входит в компрессор на стадии 4 в газообразном состоянии (насыщенный пар) при более низком давлении и более низкой температуре и выходит при более высоком давлении и более высокой температуре в перегретом газообразном состоянии.Затем хладагент проходит через теплообменник с горячей стороны и при этом переходит в жидкое состояние (стадия 1). Связанные с этим потери тепла газа и скрытая теплота конденсации (из-за фазового перехода от газа к жидкости) передаются из теплообменника в любую среду, с которой теплообменник контактирует. Для кондиционеров такой средой является наружный воздух. Затем хладагент проходит через расширительный клапан (стадия 2), который заставляет жидкий хладагент превращаться в смесь газа и жидкости при давлении и температуре ниже, чем перед входом в клапан.Затем эта смесь проходит через теплообменник холодной стороны на стадии 3, во время которой хладагент полностью превращается в газ. Связанная скрытая теплота парообразования (из-за фазового перехода жидкой части смеси в газ) поглощается теплообменником из любой среды, с которой теплообменник контактирует. Для кондиционеров такой средой является воздух в помещении. С этой стадии хладагент поступает в компрессор в виде насыщенного пара, и цикл повторяется.

Как вы, возможно, видите, полезные свойства хладагента – это в основном свойства фазового перехода, которые возникают спонтанно, когда хладагент подвергается изменениям давления и температуры как в компрессоре, так и в расширительном клапане.Чтобы полностью понять этот процесс, необходимо выполнить термодинамический анализ. Прекрасный справочник, объясняющий термодинамические детали того, как работают тепловые насосы: Модели тепловых насосов Ок-Ридж: I. Стационарная компьютерная модель для тепловых насосов воздух-воздух , Национальная лаборатория Ок-Ридж, С.К. Фишер, СК Райс, август 1983 года.

Интересным аспектом работы тепловых насосов является то, что вы действительно можете передавать больше тепловой энергии, чем энергия, необходимая для их работы. Например, с помощью кондиционера вы можете транспортировать больше тепловой энергии из здания, чем электроэнергии, необходимой для его питания.Это создает впечатление, что эффективность превышает 100%. Но как это возможно? Как можно получить что-то даром? Ну, на самом деле нет. Как было сказано ранее, тепловой насос просто переносит энергию из одного места в другое. Это не то же самое, что создавать что-то из ничего. Таким образом, в случае теплового насоса для семантики более подходящим становится определение коэффициента производительности (COP), который равен: (переносимая тепловая энергия) / (потребляемая энергия). Таким образом, для «эффективности» 400% COP = 4.

В качестве альтернативы можно использовать тепловой насос в качестве обогревателя вместо охладителя / холодильника. По сути, это означает, что кондиционер нужно переворачивать так, чтобы внешняя часть была обращена внутрь помещения, а внутренняя часть – наружу. С такой настройкой у вас будет обогреватель вместо кондиционера. И еще раз: вы можете получить кажущуюся эффективность более 100%.

Но есть загвоздка.

Для достижения высокого КПД необходимо работать в определенных диапазонах температур.Поэтому, если вы используете тепловой насос в качестве обогревателя зимой, у вас не может быть чрезмерно низкой температуры наружного воздуха, иначе ваш COP снизится. Фактически, COP будет приближаться к 1 для наружных температур -18 градусов Цельсия или ниже. Это связано с тем, что по мере того, как становится холоднее, становится все труднее извлекать тепло снаружи (перекачивать его в помещении). В конце концов, передаваемая тепловая энергия становится равной потребляемой электрической энергии (COP = 1), и стоимость отопления становится намного дороже.Таким образом, в этом случае тепловой насос, используемый для отопления, лучше всего использовать при умеренных зимних температурах.

Точно так же, если вы используете тепловой насос в качестве охладителя (кондиционера) летом, у вас не может быть чрезмерно высокой температуры наружного воздуха, иначе ваш COP снизится. К счастью, летом никогда не бывает достаточно жарко, чтобы снизить коэффициент полезного действия до 1 – для этого потребуется температура наружного воздуха 50+ градусов по Цельсию!

Это интуитивно понятно – более низкий COP является результатом того, что тепловая энергия в большей степени «подталкивается вверх» и работает против естественного направления теплопередачи – от горячего к холодному.Таким образом, чем больше разница температур, с которой вы работаете, тем больше энергии требуется и тем меньше отдачи вы получите.

Таким образом, мы сталкиваемся с практической дилеммой, особенно когда речь идет об обогревателе: чем больше он вам нужен, тем менее эффективным он становится, и чем меньше он вам нужен, тем эффективнее он становится. Но есть способ справиться с этим. Вы можете использовать тепловую энергию земли, чтобы поддерживать высокий КПД. Это обсуждается в следующем разделе.

Тепловой насос наземного источника

Этот раздел особенно полезен для многих людей, которые хотят знать, как работают тепловые насосы, поскольку они имеют в виду геотермальные / наземные источники.

На схеме ниже показан геотермальный тепловой насос. На этом рисунке показана конфигурация теплового насоса и контура заземления.

На этом рисунке показана сеть подземных труб, образующих замкнутый контур. Если вы войдете достаточно глубоко (например, 5-6 м в районе Оттавы) – значительно ниже линии замерзания, температура земли будет примерно постоянной 10 градусов Цельсия в течение всего года с небольшими колебаниями. Это связано с энергией солнца, которое нагревает землю и поддерживает постоянный температурный профиль круглый год на определенной глубине.Именно этот стабильный температурный режим позволяет геотермальному тепловому насосу работать эффективно.

В зимнее время жидкий раствор незамерзающей жидкости, такой как пропиленгликоль (смешанный с водой), который служит в качестве теплоносителя, прокачивается по трубам и по мере продвижения по ним нагревается примерно до (окружающей) земли. температура, которая для области Оттавы составляет 10 градусов по Цельсию. По мере того, как раствор незамерзания возвращается вверх (в нагретом состоянии), он попадает в теплообменник, который позволяет передавать тепловую энергию (полученную от земли) тепловому насосу, который затем передает энергию в помещении, чтобы обогреть здание.Охлаждаемый на этом этапе раствор антифриза возвращается под землю, чтобы снова получить тепло от земли, и цикл повторяется. Длина трубы, идущей под землей, пропорциональна желаемой тепловой нагрузке.

В летнее время тепловой насос может работать в обратном направлении, как охладитель (кондиционер). Таким образом, операция аналогична, за исключением того, что вместо получения тепла от земли, раствор незамерзания (который теперь действует как охлаждающая среда) «отдает» тепло земле.По мере того, как антифриз возвращается вверх (в охлажденном состоянии), он попадает в теплообменник, который позволяет передавать тепловую энергию изнутри здания посредством теплового насоса. Это позволяет зданию охладиться внутри. Раствор антифриза, который нагревается в этот момент, возвращается под землю, чтобы снова терять тепло на землю, и цикл повторяется. Длина трубы, идущей под землей, пропорциональна желаемой охлаждающей нагрузке.

Что делает этот метод настолько привлекательным, так это то, что у вас есть бесплатный, легко доступный в изобилии «радиатор» или «источник тепла», доступный из-под земли, который можно использовать для высокоэффективных тепловых насосов.Зимой вы используете тепловой насос в качестве источника тепла, а летом вы включаете тепловой насос в обратном направлении и используете его в качестве источника охлаждения. Поскольку на определенной глубине под землей температура относительно постоянна круглый год, COP остается высоким круглый год.

Основным преимуществом этого метода является нагрев, поскольку именно там достигается большая часть экономии. Это может быть усовершенствование других методов отопления, которые могут использовать природный газ, мазут или электрическое отопление.Кстати, электрическое отопление – один из наименее эффективных способов обогрева здания, так как его коэффициент полезного действия равен 1.

Основным недостатком наземных тепловых насосов является первоначальная первоначальная стоимость, которая в США и Канаде может составлять около 2500 долларов (или больше) за тонну мощности. Обратите внимание, что одна тонна равна 12 000 БТЕ / час или 3,5 кВт.

Но поскольку годовые эксплуатационные расходы могут быть значительно ниже, чем у обычных систем отопления, эта система окупается за несколько лет.

На рисунке ниже показано изображение подземной трубопроводной сети, типичной для такой установки.

Источник: http://en.wikipedia.org/wiki/Ground_source_heat_pump. Автор: Marktj

Трубы можно укладывать вертикально под землей в глубокую яму глубиной в сотни футов или в большие неглубокие траншеи глубиной несколько метров. Глубокая яма может быть лучшим вариантом, если у вас небольшая территория или вы не хотите копать большие площади, хотя такая установка будет стоить больше, чем система с горизонтальной петлей. Длина используемой трубы обычно составляет сотни футов. Как правило, требуется 500-600 футов трубы в траншеях 250-300 футов на тонну пропускной способности системы, в зависимости от влажности почвы (ссылка: http: // www.earthheat.ca).

Трубы обычно изготавливаются из пластика, который требует большей длины для достижения температуры земли, чем металлические трубы, но они легче, гибче и очень долговечны.

Краткая информация

Вот несколько фактов о геотермальных тепловых насосах:

• Общее снижение затрат на электроэнергию в здании может составить 60%.

• Срок окупаемости 6-8 лет.

• Типичный КПД геотермального теплового насоса для отопления и охлаждения составляет 3-4

В следующем разделе мы проведем анализ стоимости замещения.

Анализ затрат на замену

Если у вас есть система отопления, которую вы планируете заменить на систему с геотермальным тепловым насосом, разумно сначала оценить потребление энергии, чтобы узнать, сколько вы сэкономите, если вообще сэкономите. Попросите кого-нибудь прийти к вам домой или на работу и провести оценку. Но вы также можете попробовать свои силы в приблизительном подсчете, посмотрев на свои счета за электроэнергию. Если вы используете электричество для обогрева помещений и / или воды, то выясните, сколько затрат на электроэнергию связано с этими конкретными видами использования в течение одного года.Назовите эту сумму X . Таким образом, ваша годовая экономия будет равна AS = X (1 – 1 / COP).

Если вместо этого вы используете топливо, расчет становится более сложным. Сначала необходимо подсчитать, сколько топлива для отопления вы потребляете ежегодно. Ваши счета за электроэнергию должны содержать эту информацию. Давайте использовать природный газ в примерном расчете.

Для природного газа единицей измерения является объем, м 3 (кубических метров). Из ваших счетов за электроэнергию сложите общий объем (в м 3 ) природного газа, использованного в течение одного года, на основе показаний вашего счетчика.Назовите этот том V .

Плотность энергии природного газа составляет около 35 000 БТЕ / м 3 .

Сейчас,

35000 БТЕ = 10,26 кВтч

Для производства 10,26 кВт / ч тепловой энергии количество потребляемой тепловой энергии электроэнергии, необходимой тепловому насосу, составляет 10,26 / COP (например, для COP = 3 потребляемая энергия составляет 10,26 / 3 = 3,4 кВт / ч).

Тогда соответствующие затраты на электроэнергию равны EC = (10,26 / COP) × (стоимость кВтч электроэнергии в вашем районе). Обратите внимание, что стоимость электроэнергии на кВтч должна составлять общих затрат на , что составляет: (общая сумма, подлежащая оплате по счету за электроэнергию) / (общее количество потребленных кВтч на основе показаний вашего счетчика).В моем районе тариф на электроэнергию составляет 15 центов / кВтч.

Итак, годовые затраты на электроэнергию с использованием геотермального теплового насоса составляют EC × V .

Теперь, исходя из ваших счетов за электроэнергию, рассчитайте общих затрат на использование природного газа в течение одного года в размере , включая налоги. Назовите это NGC .

Таким образом, ваша экономия затрат в год составит AS = NGC EC × V . В некоторых случаях это число может быть отрицательным, и в этом случае вы заплатите больше за геотермальную систему с тепловым насосом, чем за вашу текущую систему.

Теперь можно посмотреть срок окупаемости.

Учитывая, что затраты на техническое обслуживание, вероятно, минимальны, приблизительный срок окупаемости в годах = (стоимость установки теплового насоса) / AS

Тот же базовый расчет применяется к другим видам топлива для отопления, таким как пропан. Просто отслеживайте используемые единицы и используйте правильную плотность энергии на единицу объема (эту информацию вам даст поиск в Интернете). В некоторых случаях вы можете использовать галлоны вместо кубических метров.

Геотермальный тепловой насос прямого обмена

Разновидностью геотермального теплового насоса является Геотермальный тепловой насос с прямым обменом .В этой системе медный змеевик теплового насоса помещается непосредственно в землю и в результате обменивается теплом напрямую с землей. Это обеспечивает более эффективный теплообмен с почвой, поскольку не происходит промежуточного теплообмена с контуром заземления до того, как произойдет теплообмен с змеевиком теплового насоса. Есть более прямой путь теплообмена. Эта более простая конструкция позволяет использовать более короткие трубки и снизить стоимость установки. Однако недостатком этой конструкции является то, что компрессор нельзя размещать на большом расстоянии от катушек заземления.

Вам может понравится

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.