Виды источников тепла для тепловых насосов в России

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 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 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.

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.

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 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 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).