Проектирование и монтаж тепловых насосов

Проектирование и монтаж тепловых насосов

 Тепловой насос - современный источник энергии, используемой для работы  систем кондиционирования, отопления горячего водоснабжения.

В отличии от  других теплогенераторов  (газовых, дизельных, электрических), тепловой насос "выкачивавает" накопленную за теплое время года энергию из окружающей среды - грунта, воздуха, водоёма (подземных вод).

Теплоноситель нагревается на несколько градусов, проходя по внешнему контуру, уложенному в землю или водоём. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходит через теплообменник (испаритель) и отдает собранное тепло внутреннему контуру теплового насоса.

Проектирование и монтаж тепловых насосов

Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом, имеющим низкую температуру кипения, который, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное при температуре -5°С и низком давлении. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, там он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Затем горячий газ поступает во второй теплообменник - конденсатор, где происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент, отдавая тепло системе отопления, охлаждается и превращается в жидкость, а теплоноситель системы отопления поступает в отопительные приборы.  Давление хладагента, тем не менее, все еще остается высоким. При прохождении хладагента через редукционный клапан давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.

 Насос с открытым циклом - из подземного потока (плывуна) забирается подземная вода, подается в размещенный внутри здания тепловой насос, вода отдает/забирает тепло у теплового насоса, и возвращается в подземный поток на расстоянии от места забора.

Плюсом такого способа является возможность одновременно получить воду для водоснабжения дома. Открытые системы являются очень эффективными, поскольку температура подземной воды является относительно высокой и круглогодично стабильной. Использование воды из скважины не наносит ущерба грунтовым водам, не изменяет уровень грунтовых вод в водном горизонте, поскольку открытую систему можно рассматривать как соединённые сосуды, где вода, забираемая из одного колодца, направляется обратно под землю через второй колодец, не изменяя общий уровень воды. Корректно, в соответствии с нормативами сооружённые скважины обеспечивают безопасную для окружающей природы стабильную работу системы отопления. 

Насос с закрытым циклом и водоразмещенным теплообменником - специальная жидкость (теплоноситель) прокачивается по коллекторам (трубкам), находящимся в водоеме, и отдает/забирает тепло у воды. Здания целесообразно отапливать тепловой энергией открытого водоёма в том случае, если здание находится от водоёма ближе 100 метров, и глубина водоёма, а также береговая линия соответствуют условиям, требуемым для прокладки коллектора. Плюсом такого способа является его относительная дешевизна. 
Насос с закрытым циклом и горизонтальным теплообменником, размещенным в земле - трубки (коллекторы), в которых прокачивается теплоноситель, размещены горизонтально на глубине не менее метра от поверхности земли. Такой теплообменник обычно называют поверхностным коллектором. Основной опасностью является неосмотрительность при проведении землекопных работ в зоне нахождения поверхностного коллектора. Для современно жилого дома с отапливаемой площадью в 200 м2 под основание коллектора требуется около 500 м2 поверхности грунта. При прокладке коллектора вблизи деревьев трубу коллектора не следует укладывать ближе, чем 1,5 метра от кроны.
 Правильно выбранный по размерам и правильно уложенный почвенный коллектор не влияет негативно ни на рост растений, ни на экологические условия. 
Насос с закрытым циклом и вертикальным теплообменником - трубки, в которых прокачивается теплоноситель, размещены вертикально в земле и уходят в глубину земли до водоносного горизонта. Такой теплообменник обычно называют зондом.
Как известно, на глубине 15-20 метров от поверхности земля имеет стабильную температуру 10-12 градусов Цельсия независимо от поры года. С увеличением глубины температура земли повышается. Этот способ обеспечивает самую высокую эффективность работы теплонасоса, малый расход электроэнергии и дешевое тепло - на 1 кВт электроэнергии получают до 5 кВт тепловой энергии, но требует больших первоначальных капиталовложений. 
 Преимущества геотермального отопления:
  • оборудование занимает немного пространства, нет необходимости создавать отдельное помещение для установки;
  • абсолютная безопасность в эксплуатации;
  • полностью автоматизированное оборудование, что делает его очень удобным в эксплуатации;
  • низкие эксплуатационные расходы, если соблюдаются все необходимые условия;
  • экологично, т.к. исключает применение источника отопления бензин или газ;
  • Недостатки геотермального отопления:
  • применение геотермального отопления оправдывает себя с экономичной точки зрения только в хорошо теплоизолированных зданиях;
  • инвестиционные затраты выше, чем другие системы отопления. Необходим технико-экономический сравнительный расчет.
  • для подготовки горячей воды высокой температуры выгодно использовать дополнительную систему подогрева воды, т.к. коэффициент преобразования теплоты теплового насоса существенно снижается, если подготавливать горячую воду высокой температуры;
  • занимает большие пространства на участке в случае горизонтального коллектора. В случае применения вертикального коллектора возникают высокие денежные затраты на бурение скважины для установки оборудования;
  • максимальная возможная температура теплоносителя ограничена (около 60 ° С). При радиаторном отоплении зданий и плохо теплоизолированных зданий, температуры может быть недостаточно.