Сейчас во всем мире только лишь на отопление и вентиляцию зданий любого назначения расходуется до 40% всей потребляемой человечеством энергии. Поэтому поиск современного оборудования для производства и распределения тепловой энергии является одной из первоочередных задач. В отделе экономии топливно-энергетических ресурсов БелНИИС республики Беларусь разработана, изготовлена и исследована теплонасосная установка Хипа-3, предназначенная для теплоснабжения коттеджей с децентрализованной системой отопления.

Тепловой насос для дома

«Хипа-3» преобразует низкопотенциальную теплоту грунта в теплоту более высокого потенциала, пригодную для отопления здания. Повышение температурного потенциала с помощью теплового насоса дает возможность использовать нетрадиционные возобновляемые источники энергии, такие, как окружающий воздух, грунт, вода рек, водоемов, в качестве новых источников теплоты для отопления и горячего водоснабжения зданий. Таким образом, можно получить существенную экономию энергии, что очень важно для экономики государства. Процессы, происходящие в тепловом насосе, аналогичны процессам, протекающим в широко используемых в быту и производстве холодильных машинах, с той лишь разницей, что назначение холодильных машин — производство холода, а теплового насоса — повышение потенциала теплоты.

Принцип работы

Суть этого процесса состоит в следующем. Низкопотенциальная теплота через теплообменные поверхности грунтового теплообменника испаряет циркулирующий по замкнутому контуру теплоноситель, точка кипения которого соответствует этому температурному потенциалу. Парообразный теплоноситель поступает в испаритель теплового насоса, в котором происходит испарение хладона и охлаждение теплоносителя грунтового теплообменника. Парообразный хладон поступает затем в компрессор теплового насоса, а сконденсировавшийся теплоноситель возвращается в грунтовый теплообменник. В компрессоре парообразный хладон подвергается компрессии, в результате чего его температурный потенциал повышается, затем он поступает в теплообменник системы отопления, в котором конденсируется, отдавая теплоту конденсации воде, циркулирующей в системе отопления. Сконденсировавшийся хладон возвращается в испаритель теплового насоса, и цикл повторяется.

Система сбора теплоты грунта

Система сбора теплоты грунта, грунтовый теплообменник представляют собою регистр труб, которые размещают в грунте либо вертикально, либо горизонтально. Потребляемая энергия грунта компенсируется теплоотступлениями из окружающего массива, что позволяет продолжительное время использовать грунт в качестве источника низкопотенциальной теплоты. В зависимости от типа грунта и его температурного потенциала погонный тепловой поток к испарителю из грунта составляет от 10 до 50-60 Вт/м. Минимум температуры грунта всегда выше, нежели воздуха, и достигается двумя месяцами позднее, когда требуемая мощность отопления снижается. Вертикальная система сбора теплоты грунта занимает меньше места по сравнению с горизонтальной. U-образные трубы вертикального грунтового теплообменника в 10-20 раз уменьшают требуемую поверхность грунта по сравнению с горизонтальным теплообменником. Коэффициент преобразования (КОП) теплового насоса является основным энергетическим показателем его работы. КОП остается почти постоянным для широкого набора хладоагентов с существенно разными давлениями и плотностями, если при этом температура испарения и конденсации одинакова.

Эффективность различных компрессоров, необходимых для каждого из хладоагентов, имеет большее значение, чем теоретическая величина КОП. Это обстоятельство определяет выбор рабочей температуры ближе к критической, чем это требуется для обеспечения энергетической эффективности. К тому же работа при низких давлениях пара требует применения непропорционально больших компрессоров.

Именно поэтому фреон-22 является наиболее предпочтительным хладоагентом для данного теплового насоса. Обладая удобным для эксплуатации давлением, малым расходом мощности, он нетоксичен и не вызывает коррозии. В его молекуле имеется только один атом хлора, поэтому он менее опасен для озонового слоя Земли, чем иные хладоны.

Теплонасосная установка

Теплонасосная установка «Хипа-3», представляющая собою третье поколение тепловых насосов, разработанных и изготовленных в отделе экономии топливно-энергетических ресурсов в строительстве. Она предназначена для использования в системах отопления зданий коттеджного типа. Для этих целей наиболее целесообразно применять поршневые герметичные компрессоры, в которых двигатель охлаждается непосредственно всасываемым газом, а отводимая теплота идет полностью на нагрев фреона. Такие компрессоры выпускает ГП «Минский опытно-механический завод им. Вавилова». В испарителе хладоагент получает теплоту от теплоносителя и испаряется при постоянной температуре. В связи со значительным различием коэффициентов теплообмена потока газа и потока жидкости применяются различные конструкции испарителей для охлаждения жидкости и газа. Наибольшее распространение получили змеевиково-трубные конструкции. Теплонасосная установка «Хипа-3» оборудована змеевиково-трубчатым испарителем оригинальной конструкции, обеспечивающим уменьшение гидравлического сопротивления двухфазного хладона. Конденсаторы в тепловом насосе служат для отвода теплоты при температуре, превышающей температуру окружающей среды, при этом хладоагент переходит из парообразного состояния в жидкое, т.е. конденсируется. «Хипа-3» оборудована коаксиально-спиральным конденсатором, выполненным в виде двух коллекторов, соединенных между собой рядом спиралеобразных трубок. Коллектор с трубками погружается в бак, который заполняется водой.

Для увеличения коэффициента преобразования теплового насоса температуру конденсации рабочего тела (хладона) необходимо сделать как можно ниже. Поэтому тепловые насосы могут эффективно использоваться только в низкотемпературных системах отопления с температурой теплоносителя 45-550С вместо 75-95 традиционных систем. Теплонасосная установка «Хипа-3» работает в автоматическом режиме. Ее максимальная потребляемая мощность 5,5 кВт, максимальная теплопроизводительность 16,5 кВт.

Таким образом, КОП равен 3, т.е. на 1 кВт затраченной электрической мощности можно получить 3 кВт тепловой, потребляемой на цели отопления и горячего водоснабжения.

Ваша оценка:

1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars