Источники энергии для теплового насоса

     Тепловые насосы, в первую очередь, классифицируются по виду используемого источника низкопотенциального тепла для выработки тепловой энергии. От источников зависит способ установки, размеры оборудования, эффективность забора тепла, стоимость теплового насоса и так далее. В зависимости от используемого источника тепловые насосы принято делить на семь видов.

    - грунтовый вертикальный теплообменник;

    - грунтовый горизонтальный теплообменник;

    - тепловой насос от источника «подземных (грунтовых) вод»;

    - тепловой насос от источника «поверхностной воды»;

    - рекуператор, работающий от теплоты наружного воздуха;

    - рекуператор, работающий от теплоты внутреннего воздуха;

    - паровые (газовые) теплообменники.

     Сам тепловой насос работает по принципу кондиционера или холодильной машины, который заключается в переносе тепла от низкопотенциального источника (с низкой температурой) к высокопотенциальному источнику (рабочей среде для потребителя) с более высок температурой.

     Прежде чем подробно расписывать особенности работы того или иного вида теплового насоса, стоит упомянуть о разновидностей теплоносителей. По виду теплоносителя во входной и выходной линии (т.е. низкопотенциальный и высокопотенциальный источник) тепловые насосы делят на восемь типов:

     1. “грунт-вода”;           2. “вода-вода”;              3. “воздух-вода”;         4. “грунт-воздух”;

     5. “вода-воздух”;         6. “воздух-воздух”;        7. “фреон-вода”;          8. “фреон-воздух”;

     Грунтовый вертикальный теплообменник, называемый также “Грунтовый зонд”:

В качестве источника тепла служит скважина, в которую опускается коллектор U-образной формы. Сам тепловой насос представляет из себя две, погруженные в скважину, линии трубопровода, по которым циркулирует теплоноситель. В среднем, на один метр длины трубопровода, опущенного в скважину или подземную расщелину, вырабатывается 20-25 Вт тепловой мощности. Таким образом, для получения теплового насоса, производительностью 5 кВт, достаточно пробурить одну скважину глубиной 200 м или 10 скважин, глубиной по 20 м. Грунтовые вертикальные тепловые насосы, в зависимости от вида рабочей среды, могут относиться к системам “грунт-вода” или “грунт-воздух”.

     Грунтовый горизонтальный теплообменник или «плоский тепловой насос» отличается от предыдущего тем, что трубопроводы укладываются в грунт не вертикально, а горизонтально. Для установки горизонтального теплообменника вырывается небольшой котлован или яма на глубину более 1 метра, и на его поверхность змеевиковым способом ложатся гибкие шланги. Расстояние между соседними шлангами должно быть в пределах 0,8-1 метра. Наибольшая эффективность горизонтальных теплообменников наблюдается  во влажных мелкозернистых грунтах. От 1-го метра труб аккумулируется около 15 Вт теплоты. Для горизонтально теплового насоса производительностью 5 кВт, общая длина гибких шлангов составит около 330 метров. По виду теплоносителя горизонтальные грунтовые теплообменники делят на “грунт-вода” или “грунт-воздух”.

      Тепловые насосы от источника грунтовых и поверхностных вод. В качестве источника тепловой энергии выступают подземные водохранилища и ручья, а также надземные водоемы, озера, реки и даже морские и океанические акватории. Грунтововодные тепловые насосы опускаются в пробуренную скважину или глубоководный колодец и за счет электронасоса поддерживают постоянную циркуляцию рабочей среды. Работают  по принципу “вода-вода” и “вода-воздух”. За счет постоянной температуры подземной воды, которая в течении года почти не изменяется и составляет 8-10 °C, подземноводные теплообменники обладают наивысшей производительностью и теплоотдачей. “Водоемные” тепловые насосы в качестве источника низкопотенциального тепла используют дно водоема, озера или реки. Их главными особенностями является отсутствие больших объемов земляных работ и высокий КПД. 1 метр подводных трубопроводов вырабатывает до 30 Вт тепловой энергии. Тепловому насосу, производительностью 5 кВт необходимо всего лишь 170 метров труб.

    

Менее распространённый вид тепловых насосов: так называемые воздушные рекуператоры, которые могут работать, как от окружающей среды, так и от тёплого воздуха, удаляемого из помещения. КПД воздушных тепловых насосов очень низкий, в связи с теплофизическими свойствами воздуха (малой плотности и величины теплоемкости). Поэтому использование их приемлемо только в том случае, когда нет возможности пробурить скважину или установить горизонтальный теплообменник. Также, воздушные рекуператоры для получения тепловой энергии устанавливают из финансовых побуждений, поскольку такой вариант является самым дешевым. В промышленных целях можно часто встретить теплообменники, которые для получения  тепловой энергии используют теплоту продуктов горения с температурой более 120 градусов или водяной пар высокого давления, в качестве высокопотенциального источника тепловой энергии. Воздушные и паро-газовые рекуператоры относятся к тепловым насосам системы “воздух-вода” и “воздух-воздух”.

     Что касается теплообменников “фреон-вода” и “фреон-воздух”, то принцип их работы основывается на передаче теплоты воде или воздуху от специальной низкозамерзающей жидкости – фреона. На практике, тепловым насосом по системе “фреон-воздух” является бытовой кондиционер для осушения и охлаждения воздуха в помещении, а также кухонный холодильник.

Читайте по теме:

Тепловые насосы – оптимальный вариант для отопления