Повітряні теплові насоси

2

Повітряні теплові насоси

На даний момент ми прагнемо до підвищення енергоефективності та оптимізації витрат на опалення, або охолодження. Фахівці вважають, що найбільша ефективність характерна застосуванню теплових насосів. Розглянемо цей вид устаткування більш детально.

Принцип дії

Теплові насоси (далі – ТН) – обладнання, що дозволяє відбирати тепло у інших джерел і передавати його в необхідний простір. Тобто, насос вилучає тепло із зовнішнього середовища та передає його в опалювальний простір. Це відбувається завдяки стисненню і віддачі високопотенційного тепла в необхідну точку простору.

Вперше подібну систему було описано в 1852 році. У. Томсон запропонував ідею “помножувача тепла”. По суті, це і є сучасний вид теплового насоса. У минулому столітті система була дещо модернізована. Зокрема, було запропоновано використовувати для відбору тепла грунтові і водні теплові обмінники.

Цей вид насоса може використовуватися в якості охолоджувача. Для здійснення охолодження простору, насос включається в зворотну сторону. Тобто, він відбирає тепло в необхідному просторі і виводить за його межі.

З моменту створення цього обладнання інженери прагнули до підвищення енергоефективності. Даний показник обчислюється видом “коефіцієнта перетворення”. Він нам показує, скільки необхідно затратити енергії на збір певної кількості тепла. Відповідно, можна зіставити ці показники і визначити ефективність обладнання. Наприклад, якщо цей показник дорівнює чотирьом, тоді виходить, що обладнання віддає тепла в 4 рази більше, ніж витрачає енергії.

ТН, як вид відновлюваної енергії

01.11.2016 р ВР внесла зміни в законопроект, який стосується альтернативних джерел енергії. На даний момент ТН відносять до обладнання, яке працює на основі застосування відновлюваних джерел енергії (надалі: ВДЕ). До цих джерел можна віднести: аеротермальну, гідротермальну та геотермальну енергію. У законі прописано, що теплова енергія, витягнута ТН із зовнішнього середовища може вважатися створеною з ВДЕ тільки в тому випадку, якщо загальний обсяг за рік, виробництва зазначеної енергії, подібним обладнанням, перевищує показники енергії, що витрачається, для створення потрібної кількості електрики, необхідної для роботи ТН. Український законопроект співвідноситься з особливостями директиви ЄС 2009/2028, яка стосується заохочення тих держав, де прагнуть впроваджувати зазначені технології.

13.06.2016 р ЕП була прийнята резолюція, яка вважає безперспективним застосування обладнання, що вимагає повного спалювання палива, для опалювальних і охолоджувальних цілей. У Європі прагнуть до створення комбінованих систем. Зокрема, разом з ТН рекомендується використовувати сонячні батареї.

ТН володіє однією характерною особливістю. Ефективність насоса вища в тому випадку, якщо спостерігається мінімальна різниця між температурами джерела і споживача. Відповідно, областю їх застосування є низькотемпературні опалювальні системи. Наприклад, вони будуть працювати набагато краще в тих випадках якщо на виході температура теплоносія від +35 до 55 градусів. В даному випадку використовуються системи, типу “Теплої підлоги”. Крім цього, їх можна застосовувати в повітряних системах, які функціонують завдяки використанню фанкойлів. Але, цими системами область застосування не обмежена. З усього вищесказаного можна зробити висновок, що при високій температурі теплоносія ефективність насоса мінімальна. При цьому, при низькій температурі теплоносія, ККД насоса найбільш високий.

Види ТН

Основна класифікація відповідає типу середовища, звідки береться тепло. Тобто, існують грунтові, водяні і повітряні види. Крім цього, їх можна розділити на 7 основних класів за типом теплового носія, використовуваного на вході і виході. Наприклад, земля-земля, земля-повітря, земля вода, вода-вода, повітря-повітря, повітря-вода і повітря-земля.

Найбільш ефективними вважаються грунтові і водні варіанти. Але, вони є найбільш дорогими. Крім цього, їх область застосування дещо обмежена. Зокрема, велику кількість варіантів неможливо застосувати для опалення приміщень в міських умовах. Ще одним недоліком є складність монтажу.

Оптимальними варіантами можна вважати повітряні теплові насоси. Тобто, в даному випадку мова йде про насоси, які на вході працюють з повітрям, а на виході взаємодіють з водою: повітря-вода. До речі, відзначимо, що цей варіант вважається найбільш поширеним.

В яких режимах рекомендується використовувати системи повітря-вода

У зв’язку з тим, що для роботи цей вид насосів використовує зовнішнє повітря та воду внутрішньої опалювальної системи, на його працездатність має прямий вплив перепад температури. Зокрема, якщо повітря має низьку температуру, тоді ефективність використання цього обладнання буде дуже невисокою. Це пов’язано з тим, що зовнішнє повітря не здатне дати необхідну кількість тепла.

У разі застосування для опалювальної системи тільки ТН, при зниженій температурі, рекомендується віддати перевагу тим, у кого передбачений надлишковий обсяг потужності.

У зв’язку з тим, що ми живемо в кліматичній зоні, де можливе зниження температури зовнішнього середовища до -20 – 25 градусів, рекомендується користуватися не тільки ТН, а й додатковими опалювальними системами. Важливо пам’ятати, що основне навантаження ляже на ТН. Допоміжні системи будуть включатися тільки тоді, коли температура зовнішнього середовища досягне пікових значень.

Бівалентна робота довела свою ефективність. На даний момент існує обладнання, яке здатне регулювати роботу ТН і додаткових систем. Тобто включення і виключення регулюються автоматично. Відповідно, кількість споживаної енергії набагато нижча, а ККД вищий. При розрахунках враховуються особливості тих чи інших регіонів нашої країни, і вартість енергоносіїв.

Як влаштовано ТН

Як приклад візьмемо – тепловий насос від Mitsubishi Electric – Zubadan, який на ринку еко-технологій здійснив справжню революцію.

Спрощено тепловий насос Mitsubishi Zubadan – це парокомпресійний холодильний агрегат, який складається з наступних елементів:

  • Компресор. На сам перед на вхід компресора подається холодоагент, що має газоподібний стан. Далі газ стискається, що призводить до збільшення його тиску і температури в компресорі.
  • Конденсатор. Саме сюди подається гарячий газ. Тут же він і охолоджується, передаючи свою теплову енергію повітрю або воді і, тим самим, нагріваючи їх. Охолоджуючись, газ переходить в рідкий стан (конденсується).
  • Розширювальний вентиль. Конденсат холодоагенту під все ще високим тиском потрапляє в розширювальний вентиль, який, в свою чергу, тиск знижує. Це призводить до випаровування частини конденсату і ще більшого зниження його температури.
  • Замикає контур теплового насоса Mitsubishi Zubadan випарник. Тут при низькому тиску залишилася рідина холодоагенту знову перетворюється в газ. Так як випарник завжди пов’язаний із зовнішнім середовищем, частина теплової енергії зовнішнього повітря, переходячи в енергію холодоагенту, потрапляє в контур теплового насоса.

Таким чином, компресор теплових насосів Zubadan працює на переміщення, а не на виробництво тепла. Як наслідок, енергоефективність теплових насосів неймовірно висока. При створенні системи опалення на основі теплового насоса Zubadan, на 1кВт енергії електричної в середньому ми отримуємо 5кВт енергії теплової!

Ще однією особливістю є те, що в будинок вводяться тільки труби з теплоізоляцією, які інтегруються в водяну опалювальну систему.

Незважаючи на досить низький поріг шуму, фахівці рекомендують встановлювати насос на певному віддаленні від стін будівлі.

Ефективність і практичність

Незважаючи на те, що цей вид ТН має нижчі показники ніж інші варіанти, все ж він починає користуватися більшою популярністю на території нашої країни, ніж конкуруючі види насосів. Не варто забувати про те, що грунтові і водні варіанти мають обмежену сферу застосування. Далеко не скрізь можна побудувати поля для теплообміну, або викопати колодязі. Крім цього, в межах міста, особливо в історичних зонах, заборонено проводити подібні роботи. Та й не завжди є водойма, яка знаходиться на відносно невеликій відстані. У той же час повітряні теплові насоси можуть використовуватися в найрізноманітніших областях. У тому числі і в тих регіонах, де заборонено використовувати вищезгадані варіанти. Тобто, теплові насоси повітря-вода можна використовувати навіть в багатоповерхових будинках.

Як ми вже говорили, при монтажі ТН, який працює тільки з повітрям і водою, необхідно встановлювати додаткові опалювальні системи. При комбінованому методі ви можете розраховувати на те, що рівень витрат на опалення буде набагато нижче, ніж при використанні стандартних варіантів опалення. Тобто, практично постійно у вас буде працювати тільки ТН. Додаткове обладнання буде включатися автоматично тільки в тому випадку, якщо потужності насоса буде недостатньо. Тобто, при максимально від’ємних температурних показників зовнішнього середовища.

Перспективи вибору

Використання ТН в сукупності з додатковими опалювальними системами набирає особливої популярності в Європі і на території решти світу. В першу чергу це пов’язано з тим, що застосування подібного обладнання є найбільш вигідним. Не варто забувати про те, що стандартні енергоносії з кожним днем стають все дорожчими. Відповідно, фінансова сторона стає більш невигідною.

Крім цього, варто відзначити, що сучасні виробники подібного обладнання поступово накопичують необхідні знання, навички та досвід. Відповідно, з кожним днем ми будемо отримувати все більш вдосконалене обладнання. Багато виробників тісно співпрацюють з будівельними компаніями. У зв’язку з цим, монтажники можуть розраховувати на консультативну допомогу співробітників компанії виробника. Не варто забувати про те, що професійна компанія готова запропонувати повний комплект опалювальної системи. В комбіновані варіанти входять різні види опалювального обладнання.

Сучасні системи дозволяють економити на монтажі. Особливо, це стосується варіантів повітря-вода. Це пов’язано з тим, що в багатьох будинках є вже готові водяні опалювальні системи. Не варто забувати про те, що цей вид можна використовувати в найрізноманітніших умовах. Це можуть бути як багатоквартирні будинки, так і приватні володіння. Особливою популярністю ТН користуються серед власників великих котеджів. Комбіновані варіанти дозволяють економити значну кількість коштів. Зокрема, багато хто вказує, що витрати зменшуються мінімум в два з половиною – три рази.

Таким чином, фахівці рекомендують придивитися до комбінованих систем опалення. Зокрема рекомендується використовувати ТН, додаткове опалювальне обладнання і сонячні батареї. В даному випадку енергоефективність буде набагато вищою, ніж при використанні стандартних енергоносіїв. Крім цього, ви зможете заощадити значну кількість коштів на опалення, або охолодження свого приміщення. Окремо відзначимо, що уряд нашої країни віддає перевагу використанню ВДЕ. Відповідно, цей вид опалювального обладнання дозволяє користуватися тільки ВДЕ. Вартість обладнання з кожним роком стає все нижчою. На даний момент це обладнання вже зарекомендувало себе тільки з хорошого боку.

/ Без категорії