Видео-обзор контроллера IDM
Что такое тепловой насос и как он работает?
Тепловые насосы окружают человека повсеместно. Это оборудование является близким родственником холодильников и кондиционеров. Уже десятилетиями они также применяются как альтернатива газовым и электрокотлам для отопления жилища и нагрева горячей воды.
Тепловые насосы в качестве источника тепла используют возобновляемые ресурсы:
• воздух окружающей среды;
• воду в естественных водоемах;
• землю;
• технологическое тепло;
• тепло сточных вод.
Классический кондиционер при работе на отопление является прямым аналогом теплового насоса, который использует воздух как источник добываемого тепла. Но при работе на обогрев у него существуют температурные ограничения, не позволяющие применять его как полноценный отопительный прибор. Это связано с тем, что при снижении наружной (уличной) температуры ниже +5 °С внешний теплообменник с хладагентом покрываются инеем, снижая эффективность теплового насоса. Да и извлекать тепло из воздуха становиться все сложнее и затратнее по мере снижения температуры на улице.
Для Украины, где характерны холодные зимы с температурой окружающего воздуха до -10 °С и ниже, могут использоваться любые тепловые насосы, но все же больший эффект обеспечивают геотермальные модели, которые извлекают тепло из грунта или воды и передают его в отопительную систему и/или ГВС.
Как это работает?
Казалось бы, как может обогревать холодная земля или ледяная вода? В этом нет ничего странного, ведь, согласно законам физики, любой физический объект, температура которого выше абсолютного нуля (-273 °С), способен отдавать тепловую энергию более холодным предметам. Например, если температура воздуха +5 °С, а фреона в испарительной системе -10 °С, то воздух отдаст часть своей энергии хладагенту.
Более стабильными источниками тепла по сравнению с воздухом являются водоемы, грунтовые водные пласты и земные недра – их температура практически неизменна в течение года, поэтому их энергию и используют для функционирования геотермальных тепловых насосов.
Принцип, по которому функционирует тепловой насос, иллюстрируется в цикле Карно, открытом еще в 1824 году, а первый прототип оборудования собрал Кельвин в 1852 г. Как это работает сегодня для обеспечения обогрева или ГВС:
• В землю (в скважину) или воду рядом со зданием помещается тепловой контур, попросту говоря, морозилка (глубина должна составлять не менее 2 м). Благодаря тому, что температура окружающей среды меняется незначительно, КПД остается высоким и стабильным.
• По трубопроводу циркулирует не замерзающая жидкость, которая при прохождении через почву или воду повышает свою температуру примерно на 5°С, одновременно нагревая через тепловой насос систему отопления или ГВС.
• После этого «остывший» теплоноситель, отдав тепло, снова возвращается по трубам к источнику тепла.
Некоторые тепловые насосы способны работать и на охлаждение, что актуально летом. Для этого работа происходит в обратном направлении: из помещений забирается тепло и отдается в воду или грунт.
Ориентировочно 1 м скважинного геотермального зонда может собирать 30-50 Вт энергии, поэтому для получения 10 кВт нужно сформировать геотермальное поле с суммарной длиной около 200-300 м. При этом 1 кВт электрической мощности насоса эквивалентен 3-5 кВт тепловой энергии.
Виды тепловых насосов
При классификации этого оборудования используют обозначение, в котором указывается, откуда получается тепло и какому носителю оно передается. В зависимости от этого выделяют модели таких типов:
• «Воздух-воздух». По этому принципу действуют бытовые кондиционеры, которые забирают тепло из атмосферы, передавая его воздуху в помещении.
• «Вода-вода». Тепловая энергия водоемов передается в водяной контур отопления или ГВС.
• «Вода-воздух». Тепло берется из озера или реки и передается в воздушный отопительный контур.
• «Воздух-вода». В этом случае температура атмосферы используется для нагрева отопительной гидросистемы.
• «Грунт-вода». По расположенным в земле трубам циркулирует теплоноситель, которая и забирает тепло у земли и передает отопительной воде дома.
Выбор зависит от многих факторов, среди которых климатические особенности региона, наличие соответствующих ресурсов (например, водоем, располагающийся в непосредственной близости от здания, или возможность формирования скважин в грунте) и др.
До недавнего времени тепловые насосы были распространены в основном в Европейских странах, но постепенно их также стали применять и за пределами, где ведется систематическая работа в сфере энергонезависимости и применения возобновляемых природных ресурсов. Планируется, что до 75% европейских домохозяйств установят тепловые насосы для отопления помещений, ГВС (нагрев воды осуществляется до температуры 40-45°С), кондиционирования.
Такая уверенность основана на основных преимуществах представленного оборудования:
• Экономичность. Чтобы отдать 1 кВт*ч тепла, необходимо затратить всего 0,20-0,35 кВт электричества.
• Высокая безопасность. Вся система представляет собой замкнутый контур. По этой причине она не требует стороннего вмешательства, является практически безотказной. Для ее функционирования применяется тепловая энергия земли, воздуха или воды, что создает оптимальную безопасность.
• Многорежимность. При помощи одного теплового насоса обеспечивается отопление в зимнее время, охлаждение – в летнее, а также нагрев воды для горячего водоснабжения в любое время года.
• Надежность и простота эксплуатации. В процессе работы система практически не требует обслуживания, а для ее применения не обязательно обладать специальными навыками и знаниями. При этом используются качественные материалы и комплектующие, которые обеспечивают длительный срок бесперебойной работы.
• Компактность. Габариты теплового насоса зависят от его мощности и назначения (бытовые, промышленные), но в большинстве случаев оборудование займет примерно столько же места, как бытовой холодильник.
• Универсальность. Использовать тепловые насосы можно для бытовых и промышленных нужд, монтируются они практически в любой местности.
К относительным недостаткам можно отнести высокую стоимость оснащения и необходимость проведения сложных работ по укладке трубопровода в скважинах или на дне водоема. Но при рассмотрении проекта с точки зрения длительной перспективы, можно сказать, что такие инвестиции вполне оправданы, ведь дом, отапливаемый при помощи теплового насоса, не нуждается в подаче газа (стоимость которого неуклонно растет).
Тепловые насосы в качестве источника тепла используют возобновляемые ресурсы:
• воздух окружающей среды;
• воду в естественных водоемах;
• землю;
• технологическое тепло;
• тепло сточных вод.
Классический кондиционер при работе на отопление является прямым аналогом теплового насоса, который использует воздух как источник добываемого тепла. Но при работе на обогрев у него существуют температурные ограничения, не позволяющие применять его как полноценный отопительный прибор. Это связано с тем, что при снижении наружной (уличной) температуры ниже +5 °С внешний теплообменник с хладагентом покрываются инеем, снижая эффективность теплового насоса. Да и извлекать тепло из воздуха становиться все сложнее и затратнее по мере снижения температуры на улице.
Для Украины, где характерны холодные зимы с температурой окружающего воздуха до -10 °С и ниже, могут использоваться любые тепловые насосы, но все же больший эффект обеспечивают геотермальные модели, которые извлекают тепло из грунта или воды и передают его в отопительную систему и/или ГВС.
Как это работает?
Казалось бы, как может обогревать холодная земля или ледяная вода? В этом нет ничего странного, ведь, согласно законам физики, любой физический объект, температура которого выше абсолютного нуля (-273 °С), способен отдавать тепловую энергию более холодным предметам. Например, если температура воздуха +5 °С, а фреона в испарительной системе -10 °С, то воздух отдаст часть своей энергии хладагенту.
Изображение 1.1
Более стабильными источниками тепла по сравнению с воздухом являются водоемы, грунтовые водные пласты и земные недра – их температура практически неизменна в течение года, поэтому их энергию и используют для функционирования геотермальных тепловых насосов.
Принцип, по которому функционирует тепловой насос, иллюстрируется в цикле Карно, открытом еще в 1824 году, а первый прототип оборудования собрал Кельвин в 1852 г. Как это работает сегодня для обеспечения обогрева или ГВС:
• В землю (в скважину) или воду рядом со зданием помещается тепловой контур, попросту говоря, морозилка (глубина должна составлять не менее 2 м). Благодаря тому, что температура окружающей среды меняется незначительно, КПД остается высоким и стабильным.
• По трубопроводу циркулирует не замерзающая жидкость, которая при прохождении через почву или воду повышает свою температуру примерно на 5°С, одновременно нагревая через тепловой насос систему отопления или ГВС.
• После этого «остывший» теплоноситель, отдав тепло, снова возвращается по трубам к источнику тепла.
Некоторые тепловые насосы способны работать и на охлаждение, что актуально летом. Для этого работа происходит в обратном направлении: из помещений забирается тепло и отдается в воду или грунт.
Ориентировочно 1 м скважинного геотермального зонда может собирать 30-50 Вт энергии, поэтому для получения 10 кВт нужно сформировать геотермальное поле с суммарной длиной около 200-300 м. При этом 1 кВт электрической мощности насоса эквивалентен 3-5 кВт тепловой энергии.
Виды тепловых насосов
При классификации этого оборудования используют обозначение, в котором указывается, откуда получается тепло и какому носителю оно передается. В зависимости от этого выделяют модели таких типов:
• «Воздух-воздух». По этому принципу действуют бытовые кондиционеры, которые забирают тепло из атмосферы, передавая его воздуху в помещении.
• «Вода-вода». Тепловая энергия водоемов передается в водяной контур отопления или ГВС.
• «Вода-воздух». Тепло берется из озера или реки и передается в воздушный отопительный контур.
• «Воздух-вода». В этом случае температура атмосферы используется для нагрева отопительной гидросистемы.
• «Грунт-вода». По расположенным в земле трубам циркулирует теплоноситель, которая и забирает тепло у земли и передает отопительной воде дома.
Выбор зависит от многих факторов, среди которых климатические особенности региона, наличие соответствующих ресурсов (например, водоем, располагающийся в непосредственной близости от здания, или возможность формирования скважин в грунте) и др.
Изображение 1.2
До недавнего времени тепловые насосы были распространены в основном в Европейских странах, но постепенно их также стали применять и за пределами, где ведется систематическая работа в сфере энергонезависимости и применения возобновляемых природных ресурсов. Планируется, что до 75% европейских домохозяйств установят тепловые насосы для отопления помещений, ГВС (нагрев воды осуществляется до температуры 40-45°С), кондиционирования.
Такая уверенность основана на основных преимуществах представленного оборудования:
• Экономичность. Чтобы отдать 1 кВт*ч тепла, необходимо затратить всего 0,20-0,35 кВт электричества.
• Высокая безопасность. Вся система представляет собой замкнутый контур. По этой причине она не требует стороннего вмешательства, является практически безотказной. Для ее функционирования применяется тепловая энергия земли, воздуха или воды, что создает оптимальную безопасность.
• Многорежимность. При помощи одного теплового насоса обеспечивается отопление в зимнее время, охлаждение – в летнее, а также нагрев воды для горячего водоснабжения в любое время года.
• Надежность и простота эксплуатации. В процессе работы система практически не требует обслуживания, а для ее применения не обязательно обладать специальными навыками и знаниями. При этом используются качественные материалы и комплектующие, которые обеспечивают длительный срок бесперебойной работы.
• Компактность. Габариты теплового насоса зависят от его мощности и назначения (бытовые, промышленные), но в большинстве случаев оборудование займет примерно столько же места, как бытовой холодильник.
• Универсальность. Использовать тепловые насосы можно для бытовых и промышленных нужд, монтируются они практически в любой местности.
К относительным недостаткам можно отнести высокую стоимость оснащения и необходимость проведения сложных работ по укладке трубопровода в скважинах или на дне водоема. Но при рассмотрении проекта с точки зрения длительной перспективы, можно сказать, что такие инвестиции вполне оправданы, ведь дом, отапливаемый при помощи теплового насоса, не нуждается в подаче газа (стоимость которого неуклонно растет).