Що таке тепловий насос

11-3-2020

not found

Áîëüøèíñòâî íàñåëåíèÿ Óêðàèíû ïîêà íå çíàêîìû ñ ïîíÿòèåì «òåïëîâîé íàñîñ», íî ïîñòîÿííî èñïîëüçóþò òåïëîâûå íàñîñû â îáû ÷ íûõ õîëîäèëüíèêàõ è êîíäèöèîíåðàõ.

Õîëîäèëüíèêè è êîíäèöèîíåðû ñòàëè íàñòîëüêî íàäåæíûìè, óäîáíûìè è ïðèâû ÷ íûìè, ÷ òî ìû ïåðåñòàëè îáðàùàòü âíèìàíèå íà èõ ðàáîòó.

Òàêèì æå ïðèâû ÷ íûì, êàê äëÿ íàñ êîíäèöèîíåðû, äëÿ íàïðèìåð øâåéöàðöåâ, ÿâëÿåòñÿ îòîïëåíèå çäàíèé ãåîòåðìàëüíûìè òåïëîâûìè íàñîñàìè. Ãåîòåðìàëüíûé òåïëîâîé íàñîñ ïî ïðèíöèïó ðàáîòû ïîõîæ íà îáû ÷ íûé êîíäèöèîíåð ðåâåðñèâíîãî òèïà (ñïîñîáíûå îòàïëèâàòü è îõëàæäàòü), íî èìååò ðàñøèðåííûå ôóíêöèè. Â îòëè ÷ èå îò êîíäèöèîíåðîâ, ãåîòåðìàëüíûé òåïëîâîé íàñîñ àäàïòèðîâàí äëÿ ðàáîòû ïðè ëþáûõ ïîãîäíûõ óñëîâèÿõ è ìèíóñîâûõ òåìïåðàòóðàõ. Ãëàâíàÿ ïðîáëåìà êîíäèöèîíåðîâ — óìåíüøåíèå ïðîèçâîäèòåëüíîñòè è îñòàíîâêà êîíäèöèîíåðîâ ïðè ìèíóñîâûõ òåìïåðàòóðàõ, êîãäà îòîïëåíèå íàèáîëåå âàæíî — ðåøåíà â ãåîòåðìàëüíûõ òåïëîâûõ íàñîñàõ.

Òåïëîâûå íàñîñû íå ÿâëÿþòñÿ êàêèìè-òî ÷ óäåñíûìè óñòðîéñòâàìè, äåéñòâèå êîòîðûõ ïîíèìàþò òîëüêî ïðîäàâöû è óñòàíîâùèêè òåïëîâûõ íàñîñîâ. Òåïëîâîé íàñîñ ñëåäóåò ðàññìàòðèâàòü êàê ëþáîå äðóãîå îòîïèòåëüíîå óñòðîéñòâî, êîòîðîå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ ïðîèçâîäñòâà òåïëà, è â îòíîøåíèè êîòîðîãî äåéñòâóþò âñå çàêîíû, êàñàþùèåñÿ ýíåðãèè. Êàê è ó êàæäîãî ñïîñîáà îòîïëåíèÿ, ó òåïëîâîãî íàñîñà åñòü ñâîè îñîáåííîñòè, ñèëüíûå è ñëàáûå ñòîðîíû. Òåïëîòåõíè ÷ åñêèå ðàñ ÷ ¸òû ó âñåõ ñïîñîáîâ ïîëó ÷ åíèÿ òåïëà îäèíàêîâûå. Ïðàâèëà òåðìîäèíàìèêè äåéñòâóþò êàê ïðè äðîâÿíîì ïå ÷ íîì îòîïëåíèè, òàê è ïðè óïðàâëÿåìîé ÷ åðåç Èíòåðíåò ãåîòåðìàëüíîé êëèìàòè ÷ åñêîé óñòàíîâêå.

Ïðèíöèï ðàáîòû òåïëîâîãî íàñîñà îòîáðàæåí â öèêëå Êàðíî, îïóáëèêîâàííîì â тисяча вісімсот двадцять чотири ã. â åãî äèññåðòàöèè, è èçó ÷ àåòñÿ â øêîëüíîì êóðñå ôèçèêè. Ïðàêòè ÷ åñêóþ òåïëîíàñîñíóþ ñèñòåìó ïðåäëîæèë ëîðä Êåëüâèí â 1852 ã. ïîä íàçâàíèåì «óìíîæèòåëü òåïëà».

 ñîîòâåòñòâèè ñ èçîáðàæåííûì ïðèíöèïîì äåéñòâèÿ, òåïëîâîé íàñîñ áåðåò òåïëîâóþ ýíåðãèþ èç îäíîãî ìåñòà, ïåðåíîñèò (ïåðåêà ÷ èâàåò) åå, è îòäàåò â äðóãîå ìåñòî.

Íàïðèìåð, â îáû ÷ íîì õîëîäèëüíèêå òåïëî îòáèðàåòñÿ ìîðîçèëüíîé êàìåðîé èç õîëîäèëüíèêà è âûáðàñûâàåòñÿ â êóõíþ. Ïðè ýòîì ïðîäóêòû â ìîðîçèëêå îõëàæäàþòñÿ, à çàäíÿÿ ñòåíêà õîëîäèëüíèêà ñòàíîâèòñÿ ãîðÿ ÷ åé.

Ïðèíöèï îòîïëåíèÿ ãåîòåðìàëüíûì òåïëîâûì íàñîñîì îñíîâàí íà ñáîðå òåïëà èç ïðèðîäû, îêðóæàþùåé çäàíèå, è âûáðîñå ñîáðàííîãî òåïëà â ñèñòåìó îòîïëåíèÿ (èëè ãîðÿ ÷ åãî âîäîñíàáæåíèÿ) çäàíèÿ. Ïðè îòîïëåíèè ãåîòåðìàëüíûì òåïëîíàñîñîì, ïîïðîñòó ãîâîðÿ, ìîðîçèëêà âêàïûâàåòñÿ â çåìëþ èëè ïîãðóæàåòñÿ â îçåðî ðÿäîì ñî çäàíèåì. Ïðè ýòîì, íåçàâèñèìî îò òåìïåðàòóðû âîçäóõà âî äâîðå, ìîðîçèëêà îñòàåòñÿ ñâîáîäíîé îò ëüäà, ýôôåêòèâíîñòü ñáîðà òåïëà îñòàåòñÿ âûñîêîé. Äëÿ ñáîðà òåïëà íåçàìåðçàþùàÿ æèäêîñòü òå ÷ åò ïî òðóáå, ðàñïîëîæåííîé â ïî ÷ âå èëè âîäîåìå âîçëå çäàíèÿ, ê òåïëîâîìó íàñîñó. Òåïëîâîé íàñîñ, ïîäîáíî õîëîäèëüíèêó, îòáèðàåò òåïëî è, ñîîòâåòñòâåííî, îõëàæäàåò æèäêîñòü ïðèáëèçèòåëüíî íà 5 ° Ñ. Îòîáðàííûå òåïëîâûì íàñîñîì ãðàäóñû îòäàþòñÿ ñèñòåìå îòîïëåíèÿ è / èëè íà ïîäîãðåâ ãîðÿ ÷ åé âîäû. Æèäêîñòü ñíîâà òå ÷ åò ïî òðóáå â íàðóæíîì ãðóíòå èëè âîäå, âîññòàíàâëèâàåò ñâîþ òåìïåðàòóðó, è ñíîâà ïîñòóïàåò ê òåïëîâîìó íàñîñó.

Òåïëîâàÿ ýíåðãèÿ åñòü ó ëþáîãî ïðåäìåòà ñ òåìïåðàòóðîé âûøå ìèíóñ äâåñòè ñåìüäåñÿò òðè ãðàäóñà Öåëüñèÿ — òàê íàçûâàåìûé «àáñîëþòíûé íîëü». Òî åñòü òåïëîâîé íàñîñ ìîæåò îòîáðàòü òåïëî ó ëþáîãî ïðåäìåòà — çåìëè, âîäîåìà, ëüäà, ïîäçåìíîé ñêàëû, ïëûâóíà è ò.ä.

 êëèìàòè ÷ åñêèõ óñëîâèÿõ Óêðàèíû äëÿ îòîïëåíèÿ çäàíèÿ ýíåðãèÿ çàáèðàåòñÿ èç ãðóíòà (èëè âîäîåìà) è îòäàåòñÿ â ñèñòåìó îòîïëåíèÿ çäàíèÿ. Åñëè æå çäàíèå, íàïðèìåð ëåòîì, íóæíî îõëàæäàòü (êîíäèöèîíèðîâàòü), òî ïðîèñõîäèò îáðàòíûé ïðîöåññ — òåïëî çàáèðàåòñÿ èç çäàíèÿ è ñáðàñûâàåòñÿ â çåìëþ (âîäîåì). Òîò æå òåïëîâîé íàñîñ ìîæåò ðàáîòàòü çèìîé íà îòîïëåíèå, à ëåòîì íà îõëàæäåíèå çäàíèÿ. Î ÷ åâèäíî, ÷ òî òåïëîâîé íàñîñ îäíîâðåìåííî ìîæåò âûïîëíÿòü âûòåêàþùèå ôóíêöèè — ãðåòü âîäó äëÿ ãîðÿ ÷ åãî áûòîâîãî âîäîñíàáæåíèÿ, êîíäèöèîíèðîâàòü ÷ åðåç ôàíêîéëû, ãðåòü áàññåéí, îõëàæäàòü íàïðèìåð ëåäîâûé êàòîê, ïîäîãðåâàòü êðûøè è äîðîæêè îò ëüäà … Îäíî îáîðóäîâàíèå ìîæåò âûïîëíèòü âñå ôóíêöèè ïî òåïëî-õîëîäîñíàáæåíèþ çäàíèÿ.

Îáìåí òåïëîì ñ îêðóæàþùåé ñðåäîé ãåîòåðìàëüíûå òåïëîâûå íàñîñû îñóùåñòâëÿþò òàêèìè îñíîâíûìè ñïîñîáàìè:

Ðàñïðåäåëåííûå ïî ïîâåðõíîñòè îçåðà êîëëåêòîðû (òðóáêè) ïåðåä çàïîëíåíèåì òåïëîíîñèòåëåì è ïîãðóæåíèåì èõ íà äíî. íàñîñ ñ çàêðûòûì öèêëîì è âåðòèêàëüíûì òåïëîîáìåííèêîì — òðóáêè, â êîòîðûõ ïðîêà ÷ èâàåòñÿ òåïëîíîñèòåëü, ðàçìåùåíû âåðòèêàëüíî â çåìëå è óõîäÿò â ãëóáèíó çåìëè äî 200 ìåòðîâ (îáû ÷ íî 50 — 100 ìåòðîâ). Òàêîé òåïëîîáìåííèê îáû ÷ íî íàçûâàþò çîíäîì. Êàê èçâåñòíî, íà ãëóáèíå 15-20 ìåòðîâ îò ïîâåðõíîñòè çåìëÿ èìååò ñòàáèëüíóþ òåìïåðàòóðó 10-12 ãðàäóñîâ Öåëüñèÿ íåçàâèñèìî îò ïîðû ãîäà. Ñ óâåëè ÷ åíèåì ãëóáèíû òåìïåðàòóðà çåìëè ïîâûøàåòñÿ. Ýòîò ñïîñîá îáåñïå ÷ èâàåò ñàìóþ âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü ðàáîòû òåïëîíàñîñà, ìàëûé ðàñõîä ýëåêòðîýíåðãèè è äåøåâîå òåïëî — íà 1 êÂò ýëåêòðîýíåðãèè ïîëó ÷ àþò äî 5 êÂò òåïëîâîé ýíåðãèè, íî òðåáóåò áîëüøèõ ïåðâîíà ÷ àëüíûõ êàïèòàëîâëîæåíèé.

Òåïëîâûå íàñîñû, êîòîðûå çàáèðàþò / îòäàþò òåïëî èç çåìëè èëè âîäû, â Åâðîïåéñêèõ ñòðàíàõ îáû ÷ íî íàçûâàþò «ãåîòåðìàëüíûå òåïëîâûå íàñîñû», èëè ïî-àíãëèéñêè «geothermal heat pumps» — «GHP». Âñå èçîáðàæåííûå âûøå ñïîñîáû èñïîëüçóþò GHP. Â íåêîòîðûõ ñòðàíàõ, íàïðèìåð Âåëèêîáðèòàíèè, ê GHP îòíîñÿò òîëüêî òåïëîâûå íàñîñû ñ âåðòèêàëüíûì òåïëîîáìåííèêîì, à äðóãèå ñïîñîáû íàçûâàþò «çåìëåðàçìåùåííûìè», «ãðóíòîâûìè» èëè «ñîëíå ÷ íûìè» òåïëîíàñîñàìè. Â Çàïàäíîé Óêðàèíå «òåïëîâûå íàñîñû» èíîãäà íàçûâàþò «òåïëîâûå ïîìïû». Ðàçíèöà â íàçâàíèÿõ íå ìåíÿåò ñóòè ðàáîòû òåïëîâûõ íàñîñîâ / ïîìï.

Îáðàùàåì âíèìàíèå íà íåöåëåñîîáðàçíîñòü èñïîëüçîâàíèÿ â Óêðàèíå ñèñòåì îòîïëåíèÿ íà òàê íàçûâàåìûõ «âîçäóøíûõ òåïëîâûõ íàñîñàõ», ïî ñóòè îáû ÷ íûõ êîíäèöèîíåðàõ, â êîòîðûõ òåïëî äëÿ îòîïëåíèÿ çäàíèÿ çàáèðàåòñÿ èç íàðóæíîãî âîçäóõà. Ýòè ñèñòåìû ðàçðàáîòàíû è óñïåøíî èñïîëüçóþòñÿ â áîëåå òåïëûõ, ÷ åì Óêðàèíà, ñòðàíàõ, ãäå íå áûâàåò çíà ÷ èòåëüíûõ ìîðîçîâ — þæíûõ øòàòàõ ÑØÀ, Ãðåöèè, ßïîíèè è ò.ä. Ïðîáëåìà â òîì, ÷ òî ðàçìåùåííûé ñíàðóæè òåïëîîáìåííèê ïðè òåìïåðàòóðå íà óëèöå îêîëî ïëþñ 5 ãðàäóñîâ Öåëüñèÿ íà ÷ èíàåò ïîêðûâàòüñÿ ëüäîì èç-çà çàìåðçàþùåãî êîíäåíñàòà, ðåçêî ñíèæàåòñÿ òåïëîïåðåäà ÷ à, ýôôåêòèâíîñòü òåïëîâîãî íàñîñà óìåíüøàòñÿ. Ïðè äàëüíåéøåì ïîíèæåíèè òåìïåðàòóðû íàðóæíîãî âîçäóõà ýôôåêòèâíîñòü òåïëîâîãî íàñîñà ñòàíîâèòñÿ áëèçêîé íóëþ, âîçäóøíûé òåïëîâîé íàñîñ ïåðåõîäèò íà îáû ÷ íîå ýëåêòðîîòîïëåíèå.

Також хочемо вам порекомендувати тепловой насос