Що таке тепловий насос

Більшість населення України поки не знайомі з поняттям «тепловий насос», але постійно використовують теплові насоси працюють у звичних холодильниках і кондиціонерах.

Холодильники і кондиціонери стали настільки надійними, зручними і звичними, що ми навіть не звертаємо увагу на їх роботу.

Таким же звичним, як для нас кондиціонери, для наприклад швейцарців, є опалення будинків геотермальними тепловими насосами. Геотермальний тепловий насос за принципом роботи схожий на звичайний кондиціонер реверсивного типу (здатні опалювати і охолоджувати), але має розширені функції. На відміну від кондиціонерів, геотермальний тепловий насос адаптований для роботи при будь-яких погодних умовах і мінусових температурах. Головна проблема кондиціонерів - зменшення ефективності та зупинка кондиціонерів при мінусових температурах, коли опалення особливо потрібно - вирішена в геотермальних теплових насосах.

Теплові насоси не являють собою якихось чарівних пристроїв, діяльність яких розуміють тільки продавці та установники теплових насосів. Тепловий насос слід розглядати як будь-який інший опалювальний пристрій, яке використовується для виробництва тепла, і у відношенні якого діють усі закони, що стосуються енергії. Як і у кожного способу опалення, у теплового насосу є свої особливості, сильні та слабкі сторони. Теплотехнічні розрахунки у всіх способів отримання тепла однакові. Правила термодинаміки діють як при дров`яному пічному опаленні, так і при керованої через Інтернет геотермальної кліматичної установці.

Принцип роботи теплового насоса

Відповідно до зображеного принципу дії, тепловий насос бере теплову енергію з одного місця, переносить (перекачує) її, і віддає в інше місце.

Наприклад, в звичайному холодильнику тепло відбирається морозильною камерою з холодильника і викидається в кухню. При цьому продукти в морозилці охолоджуються, а задня стінка холодильника стає гарячою.

Принцип опалення геотермальним тепловим насосом заснований на зборі тепла з природи, що оточує будівлю, і викиді зібраного тепла в систему опалення (або гарячого водопостачання) будівлі. При опаленні геотермальними теплонасосом, просто кажучи, зовнішній блок закопується в землю або занурюється в озеро поряд з будівлею. При цьому, незалежно від температури повітря у дворі, морозилка залишається вільною від льоду, ефективність теплопередачі залишається високою. Для збору тепла незамерзаюча рідина тече по трубі, розташованій в грунті або водоймі біля будівлі, до теплового насосу. Тепловий насос, подібно холодильнику, відбирає тепло і, відповідно, охолоджує рідину приблизно на 5 ° С. Відібрані тепловим насосом градуси передаються системі опалення та / або на підігрів гарячої води. Рідина знову тече по трубі в зовнішньому грунті або воді, відновлює свою температуру, і знову надходить до теплового насосу.

Теплова енергія є у будь-якого предмета з температурою вище мінус двісті сімдесят три градуси Цельсія - так званий «абсолютний нуль». Тобто тепловий насос може відібрати тепло у будь-якого предмета - землі, водойми, льоду, підземної скали, води і т.д.

У кліматичних умовах України для опалення будинку енергія береться з ґрунту (або водойми) і віддається в систему опалення будівлі. Якщо ж будинок, наприклад влітку, потрібно охолоджувати (кондиціонувати), то відбувається зворотний процес - тепло забирається з будинку та скидається в землю (водойму). Той же тепловий насос може працювати взимку на опалення, а влітку на охолодження будинку. Очевидно, що тепловий насос одночасно може виконувати витікаючи функції - гріти воду для гарячого побутового водопостачання, кондиціонувати через гріти басейн, охолоджувати наприклад льодовий каток, підігрівати дахи і доріжки від льоду. Тобто єдиний пристрій може виконати всі функції по тепло-холодопостачання будівлі.

Обмін теплом із навколишнім середовищем геотермальні теплові насоси здійснюють такими основними способами:

насос з відкритим циклом - з підземного потоку (пливуна) забирається підземна вода, подається до розташованого в будинку теплового насосу, вода віддає / забирає тепло у теплового насоса, і повертається до підземного потоку на відстані від місця забору. Плюсом такого способу є можливість одночасного використання підземної води для водопостачання будинку. Такі системи є дуже ефективними, оскільки температура підземної води є відносно високою і цілорічно стабільною. Використання підземної води не шкодить ґрунтовим водам, не змінює рівень грунтових вод у водному горизонті, оскільки відкриту систему можна розглядати як сполучені судини, де вода, що забирається з одного колодязя, повертається на своє місце через другу свердловину змінюючи загальний рівень води. Коректно, відповідно до нормативів споруджені свердловини забезпечують безпечну для оточуючої природи стабільну роботу системи опалення.
насос з закритим циклом і водорозташованим теплообмінником - спеціальна рідина (теплоносій) прокачується по колекторам (трубкам), що знаходяться у водоймі, і віддає / забирає тепло у води. Будинки доцільно опалювати тепловою енергією відкритої водойми в тому випадку, якщо будинок знаходиться від водойми ближче 100 метрів, і глибина водойми, а також берегова лінія відповідають умовам, необхідним для прокладки колектора. Плюсом такого способу є його відносна дешевизна.

Розподілені на поверхні озера колектори (трубки) перед заповненням теплоносієм та зануренням їх на дно. насос з закритим циклом і вертикальним теплообмінником - трубки, в яких прокачується теплоносій, розташовані вертикально в ґрунті та спрямовані в глибину землі до 200 метрів (зазвичай 50 - 100 метрів). такий

теплообмінник зазвичай називають зондом. Як відомо, на глибині 15-20 метрів від поверхні земля має стабільну температуру 10-12 градусів Цельсія незалежно від пори року. Зі збільшенням глибини температура землі підвищується. Цей спосіб забезпечує найвищу ефективність роботи теплонасоса, мала витрата електроенергії і дешеве тепло - на 1 кВт електроенергії забезпечує до 5 кВт теплової енергії, але вимагає великих початкових капіталовкладень.

Теплові насоси, що забирають / віддають тепло з землі або води, в Європі зазвичай звуть «геотермальні теплові насоси». або по-англійськи «geothermal heat pumps» - «GHP». Всі зображені вище методи застосовують GHP. У деяких країнах, наприклад у Великобританії до GHP відносять лише теплові насоси з вертикальним теплообмінником, а інші способи називають «землерозташованими», «грунтовими» або «сонячними» теплонасосами. У Західній Україні "теплові насоси» іноді називають «теплові помпи». Різниця в назвах не змінює суті роботи теплових насосів / помп.

Звертаємо увагу на недоцільність використання в Україні систем опалення на так званих «повітряних теплових насосах», по суті звичайних кондиціонерах, в яких тепло для опалення будівлі забирається із зовнішнього повітря. Ці системи розроблені і успішно використовуються в більш теплих, ніж Україна, країнах, де не буває значних морозів - південних штатах США, Греції, Японії і т.д. Проблема в тому, що розміщений зовні теплообмінник при температурі на вулиці близько плюс 5 градусів Цельсія починає покриватися льодом через замерзаючого конденсату, різко знижується теплопередача, ефективність теплового насоса зменшаться. При подальшому зниженні температури зовнішнього повітря ефективність теплового насоса стає близькою нулю, повітряний тепловий насос переходить на звичайне електроопалення.

Що таке тепловий насос

Принцип роботи теплового насоса

Схожі статті