Тепловые насосы

По своей конструкции тепловые насосы представляют собой холодильные установки, которые забирают энергию из окружающей среды и в ходе циклического процесса "поднимают" ее на более высокий температурный уровень, что затем используют для отопления. Выделяющееся в данном процессе количество теплоты превышает тепловой эквивалент затраченной работы.

Например, тепловая мощность, отдаваемая электрическими тепловыми насосами, в три - четыре раза превышает мощность двигателя, т.е. на каждый кВт мощности двигателя приходится 3-4кВт тепловой мощности. Следовательно, получаемая от тепловых насосов энергия складывается из двух частей: из тепла, выделяемого при "переходе вверх" от более низкой к более высокой температуре, и из теплового эквивалента произведенной работы.

Тепловые насосы предназначены в основном либо для охлаждения (выделяющаяся в этом процессе теплота также используется), либо для производства тепла. На рис. 53 показана принципиальная схема теплового насоса с газовым двигателем.

На схеме изображены газовый двигатель с присоединенными охлаждающими устройствами (охладитель с двигателем/теплообменник отработанных газов), а также охлаждающий цикл, включающий в себя компрессор, конденсатор (для производства тепла) и испаритель для использования природной энергии (в рассматриваемом примере охлаждение воды с помощью градирни).

Тепловые насосы могут использовать следующие источники тепла: - грунтовая вода, - почва, - наружный воздух, - отработанный воздух вентиляционных систем, - поверхностные воды, - сточные воды.

На рис. 53 показан путь воды, возвращающейся из тепловой сети через конденсатор (тепловой насос), холодильник с двигателем (motor coller) и теплообменник для отработанного газа - в ходе данного процесса температура воды, поступающей в тепловую сеть, поднимается до очень высокого уровня (приблизительно 95 ^oС).

Выделяемая конденсатором тепловая энергия складывается энергии, образующейся в результате работы двигателя конденсатора, а также из тепловой мощности, выделяющейся в цикле водяного охлаждения через испаритель. Такая система является водо-водяной, поскольку в данном случае вода является источником тепла. Этим она отличается от системы, показанной на рис. 54, на котором дается схематическое изображение газового теплового насоса, в котором источником тепла служит наружный воздух. Этот тип теплового насоса предназначен для отопления домов. Однако воздух можно использовать только, если температура окружающей среды не ниже -5 ^oС. Кроме того, в системе необходимо дополнительно использовать отопительные котлы.

Рис 54 Принципиальная схема газового теплового насоса
1.Испаритель
2.Расширительный клапан
3.Аппарат для ожижения газов
4.Конденсатор
5.Газовый двигатель
Тепловая сеть

Теплая отработанная вода канализационной системы является еще одним источником тепловой энергии, который до настоящего времени использовался редко. Тепло выделяется из отработанной воды через теплообменник и поднимается до необходимого уровня при помощи теплового насоса. Теплообменник встроен в осушенный канал (Рис 55.1).

На рис. 55.2 даны схема установки теплового насоса, в котором в качестве источника тепла используется грунтовая вода, с дополнительным источником тепла и теплоотводом. Грунтовая вода служит идеальным источником тепла, т.к. она имеет постоянную температуру (приблизительно +12 ^oС). Поскольку работа данной системы также зависит от воды, она также относится к водоводяным системам. Однако сегодня требования по защите окружающей среды сильно ограничивают использование грунтовых вод в тепловых насосах. Необходимость получения специального разрешения на применение подобных систем являются причиной их редкого использования.

Рис 55.1 Поперечное сечение канализационной трубы, использующей теплообменник Rabtherm (На чертеже: Studer + Partner) 1.Канализационная труба 2.Продольный разрез половина трубы теплообменника 3.Вода внутри канализационной трубы 4.Промежуточная среда, подающий трубопровод Промежуточная среда, обратный трубопровод

Рис 55.2 Принципиальная схема установки с тепловым насосом, работающем на грунтовой воде. Устновка состоит из источника тепла, теплопоотвода, погружного или скважинного насоса и водоводяного теплового насоса 1.Тепловой источник 2.Теплопоотвод 3.Погружной насос 4.Водоводяной тепловой насос 5.Уровень питательной воды 6.Уровень воды в состоянии покоя Обозначения, использующиеся для тепловых насосов X - Y - HP (источник) (резервуар)

Примеры использования почвы в качестве источника тепла для установки с тепловым насосом приведены на рис. 56. Существует несколько способов использования геотермального тепла, например, при помощи грунтовых коллекторов (грунтовых теплообменников и т.д.).

На рис. 57 показан еще один вариант применения коллекторов (поглотителей тепла)  кровельные поглотители тепла, состоящие из установленных на крыше синтетических труб, которые поглощают не только падающую солнечную энергию, но и получают тепловую энергию от окружающего воздуха и дождя. Кроме устанавливаемых на крыше плоских поглотителей тепла используются и другие варианты источников тепла: теплопоглощающие щиты (устанавливаемые вертикально на поверхности грунта) и вытяжные
трубы.

На Рис 58 показан газовый тепловой насос центральной отопительной установки, использующейся для здания. Газовая отопительная установка встроена в тепловую сеть и оснащена системой дополнительных тепловых насосов (газовых или электрических). Каждый агрегат этой установки имеет выходную тепловую мощность порядка 800 кВт. В то же время оптимальным вариантом использования системы газового теплового насоса является ее работа в блоке охладителей в качестве питающего холодильного агрегата.

Дополнительные материалы из раздела "Техническая Инфотека по строительству"
Подраздел: "4.1.7 Тепловые насосы"
Фирма:	Описание представленных материалов:	Просмотреть:	Скачать