Типы теплового насоса

Виды источников тепла

Эксплуатация тепловых насосов основана на получении тепловой энергии из окружающей среды — из воздуха, грунтовых вод и почвы.

При определенном типе теплового насоса используется соответствующий источник тепла для извлечения тепловой энергии. Наши специалисты подскажут, какой из них наиболее подходит для теплового насоса в соответствующих местных условиях.

Выбор источников низкопотенциального тепла может зависеть от нескольких факторов: климата, типа грунта, свободного места на участке, объема инвестиций и др.

На сегодняшний день можно выделить следующие источники тепла:

Источник тепла — вода

Подразделяется в свою очередь на закрытый и открытый контуры.

Закрытый контур

 

 

Первичный контур данного типа теплового насоса представляет собой сеть полиэтиленовых труб, уложенных на дно водоёма для сбора теплоты с окружающей их воды. По замкнутому контуру циркулирует раствор этиленгликоля, перенося теплоту от водоёма к тепловому насосу, обеспечивая тем самым отапливаемое здание необходимым количеством тепловой энергии.

Плюсы:
• Отсутствие земельных работ, как следствие, низкая стоимость организации внешнего контура.
• Не требуется система фильтрации первичного теплоносителя.
• Небольшие затраты электрической энергии на работу циркуляционного насоса.

Минусы:

Низкая температура воды в водоёмах в зимний период (около 0°С). При проектировании системы необходимо уделять этому особое внимание для предотвращения размораживания водоёма.

Открытый контур

 

 

На начальном этапе монтажа системы устраивается внешний контур, представляющий собой систему по забору грунтовой воды и её сливу обратно в водоносные слои, либо в открытый водоём. Для организации такого рода системы необходимо пробурить скважины глубиной 40-50м. для забора и сброса воды. Скважины разносят на расстояние 5-6м друг от друга, притом сбросная скважина должна находиться дальше по течению подземных вод от заборной, для исключения попадания остуженной воды обратно в тепловой насос.

Плюсы:
• Сравнительно небольшие земельные работы по бурению скважин под воду.
• Грунтовые воды имеют достаточно стабильную температуру (7-10°С) в течение всего года. По сравнению с другими типами тепловых насосов это обеспечивает наименьшую разницу температур испарителя и конденсатора и, соответственно, максимальный коэффициент преобразования (СОР)
• Для организации такого типа внешнего контура не требуется большой площади земли. Для тепловых насосов небольшой мощности достаточно одной «заборной» и одной «сбросной» скважины, расстояние между которыми всего 5-7метров

Минусы:
• Высокие требования к чистоте и солевому составу остужаемой воды. Для обеспечения исправной и долгосрочной работы испарителя, необходимо устанавливать и периодически обслуживать сложную систему фильтрации воды
• Значительные дополнительные затраты электрической энергии на работу скважинных насосов.
• Непостоянство уровня грунтовых вод, а как следствие, дебета и кредита водоносного слоя и скважин
• Необходимость выявления подземного течения грунтовых вод для правильного расположения скважин

Источник тепла — грунтовый коллектор

Является закрытым контуром. Делится на два вида — горизонтальный и вертикальный.

Горизонтальный грунтовый коллектор

 

 

Для сбора теплоты с поверхностных слоёв грунта, в прорытые траншеи глубиной 2-2,5м или котлован глубиной 2,5-3,5м с шагом 0,7-0,8м укладываются пластиковые трубы. По организованной в грунте системе трубопроводов циркулирует раствор этиленгликоля. Он собирает теплоту с грунта и, вернувшись в тепловой насос, отдаёт её фреону в испарителе. Охлаждённый раствор поступает обратно в трубопроводы грунтового коллектора, и цикл повторяется снова.

Плюсы:
• Постоянное доступное и не уменьшаемое количество теплоты на протяжении многих лет эксплуатации
• Не требуется система фильтрации первичного теплоносителя
• Небольшие затраты электрической энергии на работу циркуляционного насоса

Минусы:
• Требуются большие площади для проведения земельных работ — организации котлована глубиной 2-2,5 метра
• Низкая температура грунта (0 — +1°С) на глубине заложения труб. Следствием этого будет снижение коэффициента эффективности теплового насоса
• Низкая удельная снимаемая тепловая мощность с одного квадратного метра земляного контура (20 Вт)

Вертикальный грунтовый коллектор

 

 

Для организации внешнего контура «вертикальный грунтовый коллектор», представляющего собой сеть вертикальных скважин с установленными в них геотермальными зондами, бурится необходимое количество скважин без обсадных труб глубиной 75-100м. В каждую скважину опускается зонд соответствующей длины, после чего скважина заполняется цементно-песчаным раствором. Геотермальный зонд — это U-образная полиэтиленовая труба с циркулирующим внутри неё раствором этиленгликоля, предназначенная для сбора низкопотенциального тепла с глубоких слоёв грунта. Все зонды объединяются в общую систему путём присоединения их к распределительному и сборному коллектору теплового насоса. При бурении выдерживается расстояние между скважинами 5-7метров для предотвращения размерзания грунта и увеличения снимаемой тепловой энергии.

Плюсы:
• Постоянное доступное и не уменьшаемое количество теплоты на протяжении многих лет эксплуатации
• Не требуется система фильтрации первичного теплоносителя
• Небольшие затраты электрической энергии на работу циркуляционного насоса
• Не требует организации котлована
• Стабильная температура грунта на глубине более 15м (8-10°С) — это способствует высокоэффективной работе теплового насоса в течение всего отопительного периода
• В зависимости от грунта съём тепла с одного метра грунтового зонда может составлять до 100 Вт. Что приведёт к минимизации общей длины грунтовых теплообменников и количеству буровых работ

Минусы:
• Значительный объём буровых работ
• Для тепловых насосов большой мощности требуются значительные площади для организации внешнего контура с расстоянием между отдельными скважинами 5-6 метров

Источник тепла — воздух

 

 

Моноблочный тепловой насос устанавливается вне отапливаемого здания либо на его кровле, либо на уровне фундамента. Возможна установка внутри технического помещения, но для этого необходимо организовать систему воздуховодов для забора наружного и выброса охлаждённого воздуха. Снятая с наружного воздуха теплота передаётся теплоносителю системы отопления здания и, далее, внутреннему воздуху помещений.

Плюсы:
• Общедоступность источника низкопотенциальной теплоты — воздуха, как следствие, отсутствие затрат на организацию внешнего контура
• Возможность утилизации теплоты удаляемого вентиляцией воздуха

Минусы:
• Возможность применения до температуры −15°С
• Быстрое снижение мощности и производительности при снижении температуры наружного воздуха
• Относительно большая разница температур испарения и конденсации в период минимальных зимних температур, что в целом снижает эффективность процесса
• На поверхности испарителя возможно образование инея. Иней уменьшает поверхность теплообмена и создаёт дополнительное сопротивление для прохода воздуха. Для предотвращения этого процесса необходимо предусматривать дополнительную автоматику и системы разморозки испарителя