рус

Мы продвигаем на рынок лучшие товары ведущих российских и зарубежных производителей с 1998 года.
Девиз нашей команды -
Качество без компромиссов.

Тепловые насосы.


История вопроса.

1852 – Вильям Томпсон (Лорд Кельвин) предложил публике практическую «систему Теплового Насоса». Томпсон назвал свою машину «умножитель тепла».
1855-1857 – Петер Вон Риттингер разработал и построил первый Тепловой Насос
1939 – Первая крупная станция Тепловых насосов была построена в Цюрихе, использующая тепло воды из реки.
1945 – первый английский Тепловой Насос был установлен для отопления крупного здания объемом 14200 кубометров в Норвиче. Источником тепла являлась вода из реки.
1952 – 1000 Тепловых Насосов было произведено в US. 
1957 – 20 000 Тепловых Насосов было произведено в US.
1963 – 76000 Тепловых Насосов произведено в течение года, наибольшее количество из них установлено в южных штатах US.

Принцип работы.

     Несколько слов необходимо упомянуть о принципе действия этого со всех сторон замечательного устройства. Действительно, а что такое тепловой насос, что, собственно там работает и какая, интересно знать там главная деталь?

   Принципиальная схема теплового насоса изображена ниже на рисунке.



   Давайте разберем его, как говорят «по кирпичикам» и выясним что и за что здесь отвечает и как оно должно работать.

   Принципиально сам тепловой насос состоит из трех основных «деталей».

Это :

«Испаритель» - то место, где холодно и этот холод можно либо использовать либо «выбрасывать»

«Конденсатор» - то место где тепло и это тепло так же можно либо использовать, либо «выбрасывать»

«Компрессор» – то устройство, которое заставляет рабочее вещество (хладагент), двигаться «по кругу» то конденсируясь и нагреваясь, то расширяясь и охлаждаясь.

   Для понимания основного принципа работы на этом собственно и всё. Остальные детали, предназначены для безопасной, самостоятельной, т.е. автоматической работы теплового насоса.

   Дальнейшее знакомство с Тепловым Насосом мы начнем непосредственно с той части которая «греет». В каждом доме (если вы живете на Лазурном берегу Франции то эту часть вы можете опустить) есть батарея отопления.



То отопление, к которому мы привыкли, рассчитывается исходя из средних значений зимних температур, значения комфортной температуры в комнате и теплоизоляции стен. Если опустить большое количество разных СНиПов и ГОСТов, то можно сказать приблизительно, если случится что на улице будет морозно, и температура понизится до -20 ,то отопление должно обеспечить температуру в комнате +20. Количество тепла, которое компенсирует холод идущий в помещение с улицы, рассчитывают примерно исходя из 1 - 1.5 кВт на 10 кв. м помещения. Исходя из этого 2 кВт - ной батареи вполне хватает для обогрева стандартной комнаты.

   Ключевое здесь- это 2 кВт. Совершенно неважно как были получены эти киловатты и с помощью какого устройства. Если эти киловатты окажутся в комнате, то этого будет вполне достаточно, чтобы там - в комнате было тепло. При этом, чем менее теплым будет устройство производящее это тепло, тем больше должна быть его площадь. Так, если «батарею» сделать размером с половину отапливаемого помещения , положить ее на пол(в обиходе этот прием называют «теплым полом») и нагреть до температуры 25С-27С ,то мы получим те же самые киловатты и без привычной горячей батареи под окном.



   В случае с тепловым насосом мы можем так же использовать обычную батарею. Однако, в случае с использованием «теплого пола» эффект от использования теплового насоса будет куда значительнее. Давайте остановимся на этом поподробнее.

   Рабочим веществом в тепловых насосах служит хладагент. Именно его в газообразном состоянии всасывает насос и именно он сжимаясь компрессором нагревается. Справедливости ради скажем, любые газы сжимаясь нагреваются, но на то, чтобы они нагрелись до нужной температуры требуется произвести разное количество работы. Подбор рабочего вещества - правильного газа-хладагента это отдельная задача и, при желании мы позже можем остановиться и на этом. Сейчас мы говорим об общих принципах.


    В наших тепловых насосах мы используем хорошо зарекомендовавшие себя компрессоры Danfoss.

   Понятно, так же, что чем меньше компрессор «трудится» над перемещением хладагента, чем меньше мы тратим сил (электрических) на то, чтобы перемещать хладагент, тем больше мы сэкономим электроэнергии и тем больше мы получим эффект. Хладагент сжимается и попадает в конденсатор. Из названия «конденсатор» можно догадаться, что там хладагент конденсируется. Для того, чтобы газ конденсировался необходимо эффективно отводить тепло от конденсатора. Из общих соображений понятно, что если не отводить тепло от конденсатора или плохо отводить тепло от конденсатора, то мы не получим и холода в испарителе (испаритель - то место, где хладагент испаряется и охлаждается) или получим мало холода в испарителе. То же самое и с холодом – если мы не будем отводить холод от испарителя или будем мало отводить холода от испарителя – мы не получим тепла или получим мало тепла в конденсаторе. В противном случае мы бы получили нарушение закона сохранения энергии.

   Итак, мы отводим тепло от конденсатора. Это тепло может быть относительно «большим» ( около 90°С) и тогда нам будет достаточно небольшой по площади батареи, но в этом случае нашему компрессору придется «потрудиться», или же это тепло может быть «не большим» ( около 40°С) - в этом случае нам придется нашу батарею сделать достаточно «большой», с тем, чтобы получить такое же количество тепла. В качестве последней может выступать «теплый пол». Именно в этом случае компрессор будет потребляя «не много» электрической энергии производить относительно небольшую работу над газом, нагревая «не сильно» хладагент, который в свою очередь будет обогревать нашу комнату. Поскольку наша задача состоит в том, чтобы «за разумные» деньги получить максимальный эффект, то для отопления дома нам видится вариант с теплым полом самым разумным. На практике, при достаточно благоприятных условиях, о которых мы поговорим ниже, соотношение затраченной электроэнергии и перенесенного из одного места в другое тепла достигает до 6 раз. Другими словами если бы мы засунули бы в розетку нагревательный прибор и он производил бы тепло из электричества, и сравнили бы с электричеством потраченным на перемещение тепла из «одной стороны в другую», то  получим экономию в 6 раз.

   Но это еще не всё. Есть совершенно замечательная и честно говоря, плохо изученная часть физики – это межфазовый переход. Это то таинство природы, когда малюсенькие молекулы объединяются в «какие-то» структуры, «договариваются» между собой, и при этом отдают какое-то количество  теперь уже им не нужной энергии, как раньше (чтобы весело носиться и стукаться меж собой) или по другому тепла, во внешнюю среду. Всё как у людей. Ну и по понятным причинам, в тот момент, когда молекулы ругаются между собой и разлетаются в разные стороны, то они – молекулы поглощают энергию из окружающего мира, видимо на то, чтобы начинать носиться «как угорелым», но при этом окружающему миру становится чуть холодней.  Собственно это таинство межфазового перехода и работает в нашем холодильнике, тепловом насосе или любом другом устройстве им подобном. Понятно, что вещество, а это хладагент, должен быть таким, чтобы компрессору было не тяжело его сжимать и отняв тепло этот хладагент легко бы потом сжижался. Иначе вся эта экономия вылетит в трубу.  Ну так что главная деталь в тепловом насосе? На мой взгляд это всё же хладагент и мозги человека, его создающего.

   Идем дальше. Следующая остановка - испаритель. Наш газ - хладагент уже отдал свое тепло ( чаще всего он отдает свое тепло промежуточной жидкости, а она уже в свою очередь греет нашу комнату) и тепленький, но уже не горячий попадает в устройство, где он «дросселирует», т.е. попадает через маленькую дырочку в «большое» замкнутое пространство, где начинает быстро испаряться. При этом хладагент значительно охлаждается ( до температуры -30°С -40°С). Это и есть испаритель. Теперь наш газ, претерпев совершенно замечательное преобразование, становится значительно холоднее, чем окружающая среда и готов «принимать» тепло окружающей среды, то есть нагреваться. Ну действительно он -40°С, а на улице например, -10. понятно? что -10°С больше, чем -40°С и расширившийся газ «греется» тем, чем мы с Вами греться ну ни как не сможем. Понятно, что чем больше разница между тем, чем греемся и тем что греем, тем нагрев будет происходить быстрее и «веселее».Чуть нагревшись наш газ поступает в компрессор, где всё повторяется опять.



   Рассмотрим испаритель поподробнее. Как и в случае с конденсатором, при эффективном и «не затратном» нагреве, мы получим максимальный экономический эффект. Если расширившийся и уже холодный газ напрямую пытается получить тепло прямо с улицы, то тип таких тепловых насосов называют «воздух-вода».Для стран, где -5С это холодно, а -15°С это уже катастрофа, вариант использования таких насосов нормальный и вполне даже экономичный. Дело в том, что хоть газ и -40°С, но он напрямую охлаждает непосредственно стенки испарителя. А вот те уже в свою очередь, потеряв, на практике, от 8 до 10 градусов, с температурой уже около -30°С начинают «общаться» с окружающей средой.



   Понятно, что если на улице -20С, то газ будет плохо и медленно греться, а это приведет к тому, что плохо нагревшись, мы мало получим тепла уже в самом конденсаторе. И тут на помощь приходит другой тип насосов - «вода-земля». Действительно, даже в самый сильный мороз ,температура земли на глубине 1 - 1.5 метров никогда не опускается ниже +4 - +7°С.Именно поэтому в старину копали погреба и хранили там картошку, и даже в самые лютые морозы картошка оставалась не замороженной. Так, что одно дело греть стенки испарителя воздухом, который сам по себе -20°С и другое дело - греть «чем-то» с температурой +7°С. Под «чем-то» обычно понимают землю или воду в водоеме например.

   На практике редко хладагент напрямую через стенки общается с окружающей средой. И дело совсем не в том, что жалко хладагента или уйдет много медной трубы. Вопрос отъема этого «холодного» тепла или как его часто называют «низкопотенциального» тепла ,как и прочие вопросы требует опять же понимания сути вопроса.

   Действительно, обычно холодный газ обменивается теплом с внешней средой через промежуточный теплоноситель - это может быть вода или смесь воды с чем-то не замерзающим. А вот сам теплоноситель уже хоть и слабо, но нагревается от земли или воды , чем выгоднее в каждом конкретном случае. Теплоноситель обычно «запускают» по трубе, которую закапывают в землю. Такую трубу называют коллектором. Казалось , чем больше тепла земляной коллектор получит с каждого погонного метра , тем лучше. На самом деле это не совсем так. Представьте себе, что вы закапали трубу с практически идеальной теплопроводностью, и всё тепло из грунта вы получили на первых метрах. Что будет в этом случае? А в этом случае на передний план выходит такое понятие как термодиффузия. Мы частенько встречались с ситуацией ; люди установившие тепловые насосы жалуются на то, что к концу зимы всё тепло из земли выкачали и эффективность насосов снижается. Вот это именно та ситуация, когда области вокруг коллектора отдали свое тепло коллектору, но не успели получить это же тепло от следующих, соседних, окружающих слоев. Это то, о чем мы говорили - возможность окружающему теплу проникать в существующие слои. На скорость проникновения тепла влияет много факторов, таких как влажность грунта, его состав, наличие водоносных слоев и прочее. Ясно одно - если мы будем слишком усердно отбирать тепло, то оно - тепло не будет успевать «подходить». По опыту, если снимать от 30 Ватт до 50 Ватт с одного погонного метра, то в большинстве случаев это « не так много» и окружающее тепло вполне успевает проникать к нашему коллектору и возобновляться. Это в случае с земляным коллектором. Понятно, что если Вы устанавливаете коллектор в воду, да еще и принудительно перемешиваете воду вокруг коллектора, то тепла, совершенно спокойно, возможно снимать с погонного метра значительно больше - от 90 Ватт и более. То есть задача установки коллектора и отъема тепла из окружающей среды - это задача в каком-то смысле творческая, и при определенном объеме знаний позволяет использовать все преимущества данной местности.
   Есть и другие варианты использовать «дармовое» тепло, и с вариантами их использования Вы можете ознакомиться в нашем разделе «Галерея» и «Каталог продукции».

на главную
контакты
Вконтакте
facebook

© Русский Холод

Создано в студии Virtual Age