Тепловой насос – реальная энергонезависимость
 Рост цен, как на традиционные энергоносители - газ, уголь, нефть, так и на возобновляемые - торф, дрова, биотопливо, а также беспокойство по поводу экологических проблем, связанных с добычей и сжиганием традиционного топлива, вызвали большой интерес к использованию природных низкотемпературных источников энергии. Это стало возможным благодаря прогрессу в разработке тепловых насосов. В окружающей среде (воздухе, грунте, воде рек и океанов) накоплено огромное количество тепловой энергии, полученной от Солнца. Но все эти источники имеют низкую температуру от +20оС до –20 оС. Непосредственное использование тепловой энергии от такого источника сопряжено с серьезными техническими проблемами. Сравните, температура газов в топке котла достигает 900 оС, это позволяет легко нагреть воду в системе отопления до 90 оС. Горячая вода, проходя по батареям отопления, быстро нагревает воздух в доме до +22 оС. Если же мы попробуем «перехитрить» термодинамику и зимой при -10 оС на улице пропустим через батареи воду с температурой +10 оС непосредственно из реки, то в лучшем случае нагреем дом на несколько плюсовых градусов. Тепловой насос, используя энергию постороннего источника (электрическую, механическую или тепловую) поднимает температуру теплоносителя до 50 оС - 70 оС. Затратив 1 кВт электрической энергии, получим 3-6 кВт тепловой энергии с температурой теплоносителя 40 оС -60 оС. Но откуда берется энергия? Это не противоречит законам физики. Забирая, например, 4 кВт тепловой энергии от воды в реке с температурой воды +4 оС, и затратив дополнительно еще 1 кВт электрической энергии, получим на выходе устройства 5 кВт тепловой мощности с температурой теплоносителя +50 оС. 
Тепловые насосы сравнительно простые, долговечные и достаточно надежные устройства. Как же они работают?
Теперь немного теории. Вкратце рассмотрим принцип действия теплового насоса. Кому неинтересно это можно пропустить.
Тепловой насос не такая уж диковинка – в каждом доме имеется холодильник, а в нем тот самый тепловой насос, который отбирает тепло от положенных внутрь него продуктов и отдает это тепло с тыльной стороны аппарата в помещение. Проверьте – внутри морозильной камеры холодно, а радиатор на задней стенке довольно горячий. Тепловой насос для отопления делает все наоборот – он забирает тепло снаружи, например, от воды в реке и отдает его внутри помещения. В результате река охлаждается, а наша комната нагревается. Тепловой насос можно представить себе как холодильник, морозильная камера которого закопана в землю или находится в озере, а радиатор установлен в доме для обогрева. Включив такое устройство в розетку мы начнем отбирать тепло не у продуктов, а у земли.
Тепловой насос состоит из четырех основных узлов: испарителя, компрессора, конденсатора и дроссельного клапана или просто дросселя. Вся система заполнена хладоагентом –жидкостью с очень низкой температурой кипения. Наиболее популярный хладоагент это фреон, его температура кипения всего 3 °C. В тепловом насосе используются несколько известных из физики явлений. Первое - при испарении жидкости температура понижается. Вспомните – в жаркую погоду мы потеем. В результате испарения пота наше тело охлаждается, то же происходит, если в жаркую погоду надеть мокрую рубашку. Второе физическое явление - при конденсации пара выделяется тепло. И еще одно явление – при сжатии газа он нагревается. Этого достаточно для понимания работы теплового насоса. В испаритель хладоагент поступает под низким давлением в жидком состоянии. Температура его стенок ниже температуры источника тепла, например, воды в реке или воздуха на улице. Хладоагент нагревается и закипает, превращаясь в пар. Пары хладоагента сжимаются компрессором до высокого давления. Одновременно при сжатии повышается температура пара до 50 оС -70 оС. Кроме того, на этом этапе механическая энергия компрессора также превращается в тепловую. В конденсаторе горячие пары хладагента при контакте с относительно холодными стенками конденсируются, отдавая тепловую энергию полученную из окружающей среды ( воздух, грунт, вода) и также энергию от привода компрессора, системе отопления (больер, батареи отопления), т.е. в теплоприёмник. При этом температура хладоагента падает ниже температуры конденсации, и он превращается в жидкость. При прохождении хладоагента через дроссель уменьшается давление, и он охлаждается еще больше. Холодный жидкий хладоагент снова поступает в испаритель и цикл повторяется.
Большинство тепловых насосов реверсивны, их можно переключать как в режим нагревания, так и на охлаждение. Работа теплового насоса в режиме охлаждении помещения аналогична. Только в этом случае тепло отбирается из воздуха в помещении и идет на нагрев грунта, воды в водоеме или наружного воздуха.
Схематично система отопления на основе теплового насоса состоит из трех замкнутых герметичных контуров. Первый внешний заполненный незамерзающей жидкостью собирает тепло из окружающей среды и отдает его во второй контур со хладоагентом. Хладоагент испаряясь, отбирает тепло с первого контура и с помощью компрессора переносит его к теплоприемнику. Теплоприемник это третий контур – вода в системе отопления или горячего водоснабжения
В среднем три четверти тепловой энергии бытовой тепловой насос берет из окружающей среды, а одна треть это электрическая энергия, потребляемая приводным двигателем компрессора.
Преимущества тепловых насосов:
- тепловой насос позволяет значительно сократить эксплуатационные расходы на отопление дома, кондиционирование и горячее водоснабжение;
- в холодное время года система работает на обогрев помещения, в жаркие летние дни - на охлаждение;
- тепловые насосы очень надежные машины, не требующие частого технического обслуживания, работают в автоматическом режиме, срок службы около 50-ти лет (вспомните свой старый холодильник – как часто за двадцать лет вы вызывали техника для ремонта);
- насосы весьма гигиеничны, отсутствует открытое пламя, запах дыма, сажа, не требуется склад или танк для топлива;
- наконец это экологически чистое отопление, нет вредных выбросов в помещение и в атмосферу, не применяется органическое топливо, и не используются запрещенные хладагенты;
- оборудование весьма компактно и не требует специального помещения для установки. 

За последние 50 лет накоплен большой опыт эксплуатации тепловых насосов. Впервые в широких масштабах для бытового отопления тепловые насосы получили распространение в Швеции. В настоящее время более 90% новых домов в этой стране оснащены тепловыми насосами. В последние десятилетия примеру шведов следуют многие европейские страны. Эта система отопления стала популярной в США и в Японии, а также в Китае. Так в США около 15% индивидуальных домов и административных зданий отапливаются с помощью тепловых насосов. Такая система теплоснабжения применяется не только для индивидуальных домов. Так в Стокгольме работает тепловая станция мощностью 320 МВт. Станция смонтирована на нескольких баржах, пришвартованных у берега. Источником тепла служит вода Балтийского моря. 

Есть несколько практически неиссякаемых источников тепла, из которых с помощью тепловых насосов можно получать дешевую энергию для теплоснабжения. 

Наружный воздух. Такие системы наименее материалоемкие и самые дешевые. Но с другой стороны они малоэффективны при низких температурах наружного воздуха. Идеальным источниками являются водоемы – реки, озера, моря. Коллектор для отбора тепла на якорях укладывают на дно или в донный грунт. Температура воды у дна даже в самые сильные морозы не снижается ниже +4 °C. На один киловатт тепловой мощности требуется около 30 погонных метров коллектора.















Следующий доступный источник тепла это грунт. В поверхностном слое земли на протяжении лета аккумулируется огромное количество тепла. Пластиковый коллектор укладывается на небольшой глубине 1,2-1,5 метров. Температура на такой глубине одинакова в любое время года. На киловатт тепловой мощности потребуется 35-40 метров коллектора, а «собрать» 10 кВт тепловой мощности можно на 400 квадратных метрах приусадебного участка.

















Надежным, но и самым дорогим является использование энергии земных недр. Для этого на участке бурится одна или несколько скважин диаметром 15 сантиметров на глубину 50-100 метров. В скважины, заполненные грунтовой водой опускается коллектор. Такая система не требует много места.
Основные условия высокоэффективной работы тепловых насосов следующие. Хорошая теплоизоляция стен и окон. Низкотемпературная система водяного отопления. Например, теплый пол с температурой подаваемой воды 35°С позволяет получить суммарный коэффициент трансформации тепла порядка 4,6-4,9 (при радиаторном отоплении этот коэффициент не превышает - 2,6-3,2). Подбирая тепловой насос, следует обратить внимание на максимальную температуру подачи в отопительный контур, если она выше 50°С, вполне подойдут стандартные стальные или алюминиевые малоинерционные радиаторы ( не следует применять чугунные).
Так почему же так редко используются тепловые насосы в Украине? Причин на то несколько. Здесь и недостаточная информированность потенциальных потребителей, консерватизм и недоверие к необычным способам отопления. Но основная проблема в том, что мы учитываем только начальные финансовые затраты на покупку и монтаж оборудования. Действительно, если сравнивать с традиционными системами отопления, то они достаточно высокие. Но с учетом затрат на топливо (газ, уголь, дрова и т.д.) и стойкой тенденции к увеличению цены на энергоносители, тепловые насосы становятся все более привлекательными и в Украине.




Всего комментариев: 0



Добавлять комментарии могут только зарегистрированные пользователи.
[ Регистрация | Вход ]


Новости сайта ukrelektrik.com


Последние статьи ukrelektrik.com


Последние ответы на форуме ukrelektrik.com