Инсталли­рованные тепловые насосы

За последние годы количество новых инсталли­рованных тепловых насосов (ТН) с электрическим приводом возрастало весьма и весьма динамично. С одной стороны, это обусловлено тем, что ТН (тепловой насос) особенно хорошо выполняет требования законо­дательства по энергосберегающей технике, и, с другой стороны, тем, что с точки зрения комфорта и эксплуатационных расходов ТН (теплового насоса)обладает сущест­венными преимуществами в сравнении с обычными системами отопления.

В суммарном энергопотреблении для жилых до­мов доля тепловой энергии играет решающую роль: 86 % потребности в энергии частных домашних хо­зяйств приходится на отопление и приготовление го­рячей расходной воды  и покрывается боль­шей частью за счёт газа и нефти. Так как наличие этих ископаемых энергоносителей ограничено во времени, то требуются альтернативные источники энергии. В этой связи регенеративные, или возоб­новляемые энергии – в частности ТН (тепловой насос) – сыграют в будущем важнейшую роль. И особенно потому, что в наших широтах для них совпадают предложение и спрос, что лишь с большими оговорками можно сказать об использовании солнечной энергии.

Назначение теплового насоса:

Точно так же, как вода не течёт вверх, тепло всегда перетекает только от горячего (источник тепла) к холодному (приёмник тепла). Таким образом, чтобы использовать для отопления и ГВС низкопотенциальное тепло из окружающей среды, т.е. из грунта, воздуха или из грунтовых вод, необходимо это тепло «перекачать» на более высокий уровень. Контур хладагента позволяет «качать» тепло на более высокий температурный уровень. Сердцем ТН (теплового насоса) является циркуляционный контур хладагента, работающий с помощью компрессора.По принципу конструкции он идентичен контуру хладагента холодильников, испытанных временем и практикой использования, и поэтому также сопоставим
с ними по показателю высокой надёжности. Лишь выполняемая задача у него полностью противоположна, а именно: внутри холодильника тепло отбирается у охлаждаемых продуктов и отдаётся с тыльной стороны аппарата в помещение, а ТН (тепловой насос) отбирает тепло из окружающей среды (воды, земли, воздуха) и передаёт его в отопительную систему.

Принцип функционирования теплового насоса:

В закрытом контуре происходит поочерёдное испарение, сжатие, конденсация (сжижение) и расширение рабочего вещества – хладагента, закипающего уже при невысокой температуре.

• Испаритель 1

В испарителе находится жидкий хладагент низкого давления. Его температура ниже, чем температура источника тепла. Поэтому тепло от источника тепла передаётся хладагенту, что приводит к испарению хладагента.

• Компрессор 2

Газообразный хладагент сжимается в компрессоре до высокого давления и при этом настолько сильно нагревается, что температура хладагента после компрессии становится выше температуры, необходимой для отопления и ГВС. Кроме того, энергия привода компрессора тоже преобразуется в тепло и «перетекает» к хладагенту.

• Конденсатор 3

Очень горячий хладагент высокого давления отдаёт в конденсаторе всё своё тепло, то есть тепло, полученное от источника тепла, а также тепло энергии привода компрессора в систему отопления (перепад тепловых потенциалов). При этом хладагент сильно охлаждается и снова становится жидким.

• Расширительный клапан 4

Затем хладагент проходит через расширительный клапан и снова возвращается в испаритель. В расширительном клапане происходит декомпрессия до первоначального давления. Цикл завершился.

Режимы эксплуатации тепловых насосов:
ТН(тепловой насос) для отопления помещений – в зависимости от типовых условий – могут эксплуатироваться самыми разнообразными способами. Выбор того или иного режима работы должен ориентироваться, прежде всего, на уже имеющиеся в здании или планируемые системы отдачи тепла и на выбранный источник тепла.

1.Моновалентный режим

О моновалентном режиме эксплуатации речь идёт тогда, когда ТН(тепловой насос) покрывает всю потребность в тепле для отопления и ГВС. Оптимальными для этого являются такие источники тепла, как грунт и грунтовые воды, так как эти источники тепла почти независимы от наружной температуры и поставляют вполне достаточно тепла даже при низких температурах.

2. Бивалентный режим

В бивалентном режиме, наряду с ТН(тепловым насосом) всегда применяется второй теплогенератор, чаще всего – уже имеющийся жидкотопливный котёл.В прошлом для одно- и двухсемейных домов этот вид эксплуатации имел огромное значение, прежде всего – в сочетании с воздушно-водяным ТН(тепловым насосом). При этом основное теплоснабжение выполнялось ТН(тепловым насосом), а, начиная с наружной температуры, например, ниже 0°C, к работе подключался жидкотопливный котёл. Из экономических соображений – поскольку всегда требуется два теплогенератора – такие системы сейчас не получают широкого распространения и реализуются лишь в отдельных редких случаях.

3. Моноэнергетический режим

При моноэнергетической эксплуатации энергетические пики перекрываются с помощью дополнительно встроенного термоэлектрического нагревателя.В идеальном варианте этот дополнительный ТЭН в состоянии поддерживать как приготовление горячей расходной воды, так и отопление. При этом также возможно повышение температуры расходной воды для предотвращения образования бактерий (легионелл). Моноэнергетический вид работы зарекомендовал себя как наиболее экономичная разновидность эксплуатации, поскольку можно задавать при проектировании ТН(тепловой насос) несколько меньшей мощности, а, значит,более приемлемый по цене и долговременнее работающий в оптимальном эксплуатационном диапазоне.При этом важным является точный расчёт, чтобы обеспечить как можно меньший расход электрического тока дополнительным ТЭНом.

Как уже было представлено выше, эффективность теплового насоса очень сильно зависит от преодолеваемой разницы температур между системой теплоотдачи и источником тепла. Поэтому необходимо выбирать как можно более низкие температуры в прямом трубопроводе.

Принципиально это требование может быть выполнено с помощью разнообразных систем теплоотдачи, например, низкотемпературных радиаторов отопления или отопительных поверхностей.
В частности, из соображений комфортности, но также и благодаря возможности произвольного обустройства площади укладки, за последние годы системы отопления пола вошли в рыночный сектор односемейных домов как ведущие системы теплоотдачи с долей на рынке ок. 50 %.

Без дополнительных затрат можно обеспечить температуры в прямом трубопроводе на уровне 35 ºC и температуры в обратном трубопроводе на уровне 28 ºC. В домах с особенно хорошей теплоизоляцией можно даже достичь ещё меньших значений.

Другим преимуществом систем отопления пола является эффект саморегулирования. Вследствие низких температур поверхности нагрева от 23 ºC до макс. 27 ºC в самый холодный день, отдача тепла при возрастающей температуре в помещении резко сокращается, а в отдельных случаях – падает до нуля. Такое бывает в солнечную погоду в период межсезонья.

От всего дополнительного оснащения, служащего для повышения температуры в прямом трубопроводе,например, от смесителей, гидравлических стрелок, дополнительных теплообменников, необходимо отказаться по термодинамическим причинам. Тогда тепловой насосо достигает оптимальных эксплуатационных результатов при минимальном расходе энергии.

По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «воздух—воздух», «воздух—вода», «вода —воздух», «вода—вода», «ЗЕМЛЯ—воздух», «ЗЕМЛЯ—вода». Найбольшее распространение в наших широтах получило два вида тепловых насосов,а именно: «воздух—вода»,«земля—вода».