Виды источников тепла для тепловых насосов в России
Технические и экономические характеристики теплового насоса тесно связаны с характеристиками источника тепла. Идеальные источники тепла для тепловых насосов, используемых для отопления, имеют высокую и стабильную температуру во время всего отопительного сезона, обладают высоким энергетическим потенциалом, не агрессивны и не загрязнены, с благоприятными теплофизическими свойствами и их использование требует низких инвестиционных и эксплуатационных затрат. Однако, в большинстве случаев, наличие источника тепла является ключевым фактором, определяющим его использование. В таблице ниже представлены часто используемые источники тепла.
Атмосферный и отработанный воздух, почва и грунтовые воды, являются подходящими источниками тепла для небольших систем и тепловых насосов, а воды морей, озер, рек, горные породы и сточные воды используются для тепловых насосов большой мощности.
Атмосферный воздух
Атмосферный воздух является свободным и общедоступным. Он является наиболее распространенным источником тепла для тепловых насосов в мире (Россия с низкими зимними температурами — исключение). Однако, воздушно-тепловые насосы имеют сезонный фактор производительности (СФП) в среднем на 10-30% ниже, чем насосы, использующие в качестве источника тепла грунт. Это связано со снижением мощности и производительности теплового насоса при понижении температуры наружного воздуха, и большой разницей между температурой в испарителе и энергией, необходимой для оттаивания.

В условиях мягкого и влажного климата, изморозь образуется на поверхности испарителя в температурном диапазоне 0-6 градусов, что приводит к снижению емкости и производительности теплового насоса. Разморозка осуществляется за счет изменения направления цикла теплового насоса или с помощью других, менее энергоэффективных процессов (например, электрическим ТЭНом). Потребление энергии увеличивается, и общий коэффициент производительности (КОП) теплового насоса падает с увеличением интенсивности размораживания. Взяв под контроль процесс размораживания, можно значительно повысить общую эффективность теплового насоса.
Отработанный воздух (вентиляция)
Отработанный воздух является распространенным источником тепла для тепловых насосов, используемых для отопления жилых и промышленных зданий. Тепловой насос отбирает тепло отработанного воздуха и обеспечивает нагрев воды и/или отопление помещений. Некоторые тепловые насосы также могут использовать и отработанный, и атмосферный воздух. Тепловые насосы, использующие отработанный воздух, применяемые для отопления больших зданий, часто используют в комбинации с системами рекуперации тепла.
Грунтовые воды
Грунтовые воды доступны во многих регионах и имеют средние температуры 4-10 градусов. Для использования данного источника применяют открытые или закрытые системы. В открытых системах грунтовые воды закачивают, охлаждаются, а затем сливаются в отдельный резервуар или возвращают в поверхностные воды. Открытые системы должны быть тщательно проработаны, чтобы избежать таких проблем, как замерзание, коррозия и загрязнение.

Закрытые системы могут представлять собой либо прямую расширительную систему с рабочей жидкостью, испаряющейся в подземных теплообменных радиаторах, либо спиральную систему труб (зондов) с соляным рассолом. Благодаря дополнительной разности температур закрытые системы обычно имеют более низкую производительность, но проще в обслуживании. Основным недостатком подобных тепловых насосов является стоимость установки. Кроме того, в некоторых регионах установлены жесткие ограничения в отношении использования грунтовых вод, а также возможного загрязнения почвы.

Грунт
Грунтовые (геотермальные) тепловые насосы используются для отопления жилых и промышленных зданий, и имеют схожие преимущества с системами, использующими воду. Они ещё надежнее производят высокие ежегодные температуры. Тепло извлекается из грунта с помощью зондов (труб), заложенных горизонтально или вертикально в грунте (горизонтальные/вертикальные коллекторы). При этом, используются и прямые расширительные системы и системы с соляным рассолом. Тепловая отдача грунта меняется в зависимости от влажности и климатических условий (особенно световых дней). При отводе тепла из грунта, его температура снижается в течение отопительного сезона. В холодных регионах большая часть энергии извлекается и грунт даже может замораживаться. Однако летом Солнце и другие процессы восстанавливают потери.
Горные (скальные) породы
Горные (скальные) породы могут использоваться в регионах, где очень мало грунтовых вод. Глубина скважин колеблется от 100 до 200 метров. При необходимости в больших мощностях бурение производится на большую глубину. Этот тип тепловых насосов представляет собой систему с рассолом, который находится в трубах (зондах), с помощью которых происходит извлечение тепла из пород. Некоторые тепловые насосы подобного типа, используемые для отопления промышленных зданий могут использовать горные породы, как для отопления, так и для охлаждения. Из-за высокой стоимости бурения скважин, горные породы редко экономически выгодны для бытового использования.
Воды рек и озер
Воды рек и озер в принципе очень хороший источник тепла, но имеют существенный недостаток в виде низкой температуры в зимний период (близко к 0 градусов). В подобных системах необходимо уделять большое внимание тому, чтобы избежать замерзания испарителя.
Морская вода
Морская вода является отличным источником тепла при определенных условиях и, в основном, используется для установки тепловых насосов средних и больших мощностей. На глубине 25-50 метров температура воды в море постоянна (5-8 ° градусов), и образование льда не создает проблему (температура замерзания от -1 до -2 градусов). В подобных тепловых насосах используются и прямые расширительные систем и спиральные системы с соляным рассолом. В конструкции теплового насоса необходимо использовать коррозионно-стойкие теплообменники и насосы и свести к минимуму органическое обрастание в морской воде трубопроводов, теплообменников, испарителей и т.д.
Сточные воды
Сточные воды характеризуются относительно высокой и постоянной температурой в течение года. Примеры возможных источников тепла в данной категории являются сточные воды из канализации (обработанные и необработанные сточные воды), промышленные стоки, охлажденные воды от промышленных процессов или производства электроэнергии (Особенно АЭС), воды конденсаторов тепла от холодильных установок. Основным недостатком сточных вод для использования в жилых и промышленных зданиях, является большая удаленность источника от приемника, а также непостоянность отходящего тепла. Однако, сточные воды служат идеальным источником тепла для промышленных тепловых насосов, когда очень важна экономия энергии (см. также промышленные тепловые насосы).
comments powered by HyperComments