Toplotne pumpe jedna su od najpopularnijih vrsta opreme na tržištu HVAC -a u Rusiji i ZND -u. Njih preferiraju mnogi kupci koji žele stvarati efikasan sistem hlađenjem i grijanjem svojih domova i ureda, međutim, vrlo mali broj njih dobro poznaje principe ove tehnike i često uopće nije svjestan u kojim situacijama ju je najbolje koristiti. U međuvremenu postoji nekoliko glavnih pitanja u vezi s radom instalacija toplinske pumpe, pa će ih i početnici lako razumjeti.

Šta su toplotne pumpe?

Ova kategorija opreme uključuje opremu koja može povratiti dobivenu toplinu okoliš, uz pomoć kompresora, povećati temperaturu medija za zagrijavanje na unaprijed određenu razinu, a zatim prenijeti toplinu u određenu prostoriju. Istovremeno, toplinske pumpe mogu izvući toplinu iz bilo kojeg medija, doslovno je „ispumpavajući“ iz okoliša. Tako pumpe mogu raditi sa:

• hladan, ledeni vazduh
• hladnom vodom
• zemlja.

Snižavanjem temperature rashladnog sredstva, takva klimatska oprema može učinkovito zagrijati svaku zgradu.

Specifikacije performansi pumpe

Općenito, instalacija toplinske pumpe, za razliku od drugih vrsta klimatske opreme troši minimalnu količinu električne energije u toku svog rada... U prosjeku joj je potrebno potrošiti samo 1 kW energije, a to će biti dovoljno za proizvodnju 3-6 kW topline. Drugim riječima, koristeći snagu 2-3 obične žarulje, možete učinkovito zagrijati srednji životni prostor zimi.... Ljeti se ista snaga može koristiti za hlađenje prostorije: u ovom slučaju toplinska pumpa će apsorbirati toplinu iz zraka u prostoriji i unijeti je u atmosferu, u zemlju ili u vodu, stvarajući hladnoću u svakoj prostoriji .

Šta su toplotne pumpe?

U prodaji je veliki izbor opreme koja mogu se koristiti u raznim poljima uključujući:

• Životni prostori,
• poljoprivredna preduzeća,
• industrijska preduzeća,
• Stanovanje i komunalije.

Naravno jedinice toplotne pumpe za različite prostorije imaju različite karakteristike pa čak mogu varirati u veličini. Istovremeno, pumpe imaju različitu toplinsku snagu (od nekoliko kW do stotina megavata), kao i može raditi sa različitim izvori toplote, bez obzira na agregatno stanje (čvrsto, tekuće ili plinovito). Uzimajući u obzir posebnosti rada takve opreme, Instalacije toplinske pumpe podijeljene su u sljedeće vrste:

• voda-voda,
• vazduh-voda,
• voda-vazduh,
• zrak-zrak,
• zemlja-voda,
• zemlja-vazduh.

Na tržištu postoje i toplotne pumpe koje su posebno izrađene Dizajnirano za nisku toplinu... Izvori takve topline mogu čak imati negativna temperatura, a dizalica topline u ovom slučaju služi kao prijemnik topline velikog potencijala, koja čak prima i vrlo visoku temperaturu (preko 1.000 stupnjeva). Općenito, prema temperaturi s kojom instalacija radi, dijeli se na:

• niske temperature,
• srednja temperatura,
• visoke temperature.

Drugi parametar po kojem se razlikuju instalacije dizalica topline povezan je s njima tehnički uređaj. Prema ovom pokazatelju, oprema se dijeli na vrste kao što su:

• apsorpcija,
• kompresija pare.

Po pravilu, sve toplotne pumpe, bez obzira na njihov tip, rade na električnu energiju, ali se u određenim slučajevima mogu prebaciti na druge vrste energije koristeći različita goriva. Prema specifičnostima ovog goriva i radu same opreme, instalacije toplinske pumpe podijeljene su u sljedeće vrste:

• grijaći uređaj koji koristi toplinu iz podzemne vode,
• pumpa za opskrbu toplom vodom, koja radi s toplinom dobivenom iz prirodnih rezervoara,
• klima uređaj za morsku vodu,
• klima uređaj koji koristi vanjski zrak,
• pumpa za grejanje vode u bazenima, koji rade na otvorenom,
• jedinica toplotne pumpe za sistem opskrbe toplinom koji prikuplja toplinu koju proizvodi inženjerska oprema,
• uređaj koji radi na mlijeku - služi za hlađenje mlijeka i naknadnu opskrbu toplom vodom i koristi se na mlečne farme,
• postrojenje za rekuperaciju toplote tehnološki procesi, - služi za zagrijavanje dovodnog zraka.

Postoje i druge vrste takve opreme. Istodobno, u pravilu se toplinske pumpe bilo koje vrste masovno proizvode, međutim, pojedinačne jedinstvene jedinice mogu se proizvesti prema ekskluzivnim projektima. Također možete pronaći eksperimentalne dizalice topline, mnoge još ne implementirane crteže i prototipe takve opreme, koji se također mogu koristiti u bilo kojoj posebnoj prostoriji.

Sve instalacije toplinske pumpe mogu se kombinirati u jedan sistem. To je potrebno ako nekoliko jedinica takve opreme radi u jednom objektu, proizvodeći i toplinu i hladnoću. Njihovo kombiniranje samo će povećati njihovu efikasnost, pa se preporučuje odmah planiranje stvaranja takve složene opreme na srednjim ili velikim objektima.

Šta su prstenasti klima uređaji?

Takav sistem je dovršen na osnovu različitih vrsta toplotnih pumpi, iako se u ove svrhe obično koristi jedinica vazduh-vazduh. U ovom slučaju toplinska pumpa služi kao klima uređaj: ugrađuje se izravno u rashladnu prostoriju, a snaga takve opreme odabire se u skladu s nizom parametara. Među njima:

• karakteristike same prostorije,
• namjena prostorije,
• broj ljudi koji su u njemu,
• opremu koja je ugrađena u njega ili će biti instalirana.

Klima uređaji su uvijek reverzibilni - istovremeno se hlade i stvaraju toplinu. Povezani su zajedničkim vodenim krugom - cjevovodom kroz koji cirkulira voda, koji je i izvor i prijemnik topline. Kao rezultat toga, temperatura unutar kruga može varirati između 18-32 stepena, a kroz nju se toplina razmjenjuje između toplotnih pumpi koje zagrijavaju zrak i između opreme koja ga hladi. Ako je u različite prostorije morate stvoriti klimu sa različite karakteristike, dizalice topline jednostavno prenose toplinu iz prostorija koje imaju višak u prostorije u kojima nema dovoljno topline. To vam omogućuje stvaranje prstenaste izmjene topline između različite zone a takav sistem je vrlo efikasan i ekonomičan.

Istovremeno, prstenasti sistemi mogu uključivati ​​ne samo opremu za klimatizaciju, već i druge instalacije. Posebno, takvi uređaji mogu povratiti otpadnu toplinu. To je potrebno tamo gdje postoji prilično velika potražnja za toplinom, na primjer:

• na mjestima gdje postoji intenzivan protok otpadnih voda: instalacija toplinske pumpe tipa voda-voda moći će lako iskoristiti toplinu koja iz nje izlazi i usmjeriti je pomoću prstenastog kruga za zagrijavanje prostorija;
• u objektima sa ispušnom ventilacijom koja uklanja zrak iz zgrade(pod uvjetom da u zraku nema previše nečistoća koje bi ometale rad toplinske pumpe): u ovom slučaju bit će potrebna instalacija zrak-voda koja će povratiti toplinu iz "nepotrebnog" zraka i prenos zagrijati prostoriju ili zagrijati vodu,
• u objektima u kojima postoji i otpadna voda i ventilacija- na njima se prstenasti sistemi mogu koristiti za uklanjanje viška topline iz kruga vode (obično se to radi samo u toploj sezoni), što će smanjiti kapacitet rashladnog tornja.

U svakoj situaciji, prstenasti sustav omogućuje vam da više puta koristite toplinu i šaljete je potrebama apsolutno svih potrošača u zgradi, a to je upravo njegova posebnost, jer tradicionalni rekuperatori i regeneratori to nisu sposobni.... Štoviše, takav sustav učinkovitije prikuplja toplinu, jer njegov rad ni na koji način ne ovisi o temperaturi zraka koju dovodi dovodna ventilacija i o zadanoj temperaturi zraka koji ulazi u prostorije.

Ljeti, prstenasti sistem zasnovan na jedinici toplotne pumpe voda-voda može efikasno ukloniti višak toplote iz kruga vode, koristeći je preko potrošača: višak toplote se dovodi u sistem za dovod tople vode, što je obično dovoljno da zadovolji sve potrebe stanovnika bilo koje prostorije u toploj vodi. Takav sistem će biti posebno efikasan u objektima sa nekoliko bazena (kuće za odmor, hoteli, domovi zdravlja) - uz njegovu pomoć biće moguće zagrijati vodu u bazenima vrlo brzo i bez dodatni troškovi.

Je li sistem prstenova kompatibilan sa drugim sistemima opreme?

Naravno, da, i prije svega mora biti usklađeno s ventilacijskim sustavom. Ovo posljednje posebno je potrebno razviti uzimajući u obzir sve karakteristike opreme toplinske pumpe koja će klimatizirati. Posebno, ventilacioni sistem imperativ je osigurati recirkulaciju zraka u količinama potrebnim za stabilan rad pumpe, efikasan povrat topline i održavanje željene temperature u prostoriji. Ovo pravilo treba poštivati ​​u svim objektima, osim u nekim gdje je nepoželjna recirkulacija, kao što su bazeni ili kuhinje.

Istodobno, prednost usklađivanja prstenastog sustava s ventilacijskim sustavom je ta što se potonji u ovom slučaju može izgraditi prema jednostavnijoj shemi, koja će potrošača koštati manje. U tom slučaju toplotna pumpa će rashladiti vazduh direktno tamo gde je to potrebno. To će osloboditi potrošača potrebe da ga transportira kroz duge toplinski izolirane zračne kanale i bit će korisno razlikovati takav sustav od trenutno široko rasprostranjenog centraliziranog klima uređaja.

Osim toga, prstenasti sistemi mogu se koordinirati sa sistemima grijanja, a ponekad čak i potpuno preuzeti njihove funkcije. U takvim situacijama sustav grijanja temeljen na dizalici topline postaje manje snažan i jednostavniji u pogledu svoje opreme. To ga čini posebno efikasnim u hladnijim podnebljima gdje je za grijanje potrebno više topline iz izvora visokog potencijala. Štaviše, sistem prstenova može ozbiljno optimizirati rad sve opreme u prostoriji... Odvojeni sistemi klimatizacije i grijanja mogu ozbiljno ometati jedni druge, posebno kada oba nisu potrebna. Prsten sistem u potpunosti eliminira takvu situaciju, jer uvijek djeluje efikasno, na osnovu stvarnog stanja mikroklime stvorene u svakoj pojedinoj prostoriji. Istodobno, u poduzeću takva oprema može hladiti i zagrijavati ne samo zrak, već i vodu, a ovaj proces neće zahtijevati nepotrebne troškove energije - bit će uključen u bilans cjelokupne opskrbe toplinom.

I naravno u bilo kojoj od ovih situacija, sistem prstena će pokazati odličnu ekonomičnost. U tradicionalnim sustavima toplina se koristi samo djelomično i brzo odlazi u atmosferu ako grijanje radi paralelno s ventilacijom, međutim, prstenasti sustav rješava ovaj problem na složen način, čineći povrat topline učinkovitijim i značajno smanjujući njegove gubitke.

Kako upravljati sistemima toplotnih pumpi?

U pravilu ova oprema ne zahtijeva instaliranje skupih automatiziranih kontrola, a ovo je još jedan "članak" za uštedu na njoj. Zgodna automatizacija ovdje je krajnje jednostavna i svodi se samo na održavanje određene temperature vode u krugu. Da bi to učinio, sustav jednostavno na vrijeme uključuje dodatni grijač tako da se voda ne hladi više nego što bi trebalo biti, ili aktivira rashladni toranj tako da se ne zagrijava više nego što je potrebno. I to je obično dovoljno za održavanje idealne klime.

Automatsko upravljanje u ovoj situaciji može se ostvariti sa samo nekoliko termostata.Štoviše, za ovo vam čak ne trebaju ni precizni kontrolni ventili! Temperatura vode u petlji prstenastog sistema može varirati u širok raspon bez potrebe za dodatnim sredstvima za to.

Osim toga, poseban sistem automatizacije takođe reguliše proces prenosa toplote toplotnom pumpom do potrošača. Ugrađen je u samu opremu, a jednim od glavnih elemenata sistema može se smatrati termostat (temperaturni senzor), koji se ugrađuje direktno u prostoriju. Samo to je dovoljno za potpunu kontrolu rada instalacije dizalice topline. Istovremeno, sama pumpa može pružiti sve potrebne karakteristike temperature zraka u prostoriji bez ugradnje upravljačkih zaklopki u ventilacijski sustav i regulacijskih ventila u sustavu grijanja. To omogućuje dodatno smanjenje troškova prstenastog sistema i povećanje pouzdanosti svih inženjerskih komunikacija zgrade u cjelini.

Općenito, sofisticirani automatizirani sustav upravljanja može biti potreban samo u velikim objektima u kojima je instalirano mnogo različitih vrsta toplinskih pumpi, dizajniranih za klimatizaciju, tehnološke procese i oporabu topline. I u takvim situacijama instalacija ovog sistema ima smisla, jer vam omogućuje optimiziranje rada svakog komada opreme. Međutim, prilikom montaže treba imati na umu da na rad prstenastog sistema utječu brojni faktori s kojima čak i automatizacija mora "računati". Među njima:

• temperaturu vode u krugu, - utiče na koeficijent konverzije toplote (odnos količine toplote koja se isporučuje potrošaču prema količini energije koju troši toplotna pumpa);
• spoljna temperatura vazduha;
• radni parametri rashladnog tornja- može potrošiti različitu količinu energije za istu količinu topline, a to ovisi o vanjskim uvjetima, uključujući temperaturu zraka, prisutnost vjetra i druge faktore;
• broj toplotnih pumpi koje rade u sistemu, kao i njihove ukupna snaga (omjer snage opreme koja uklanja toplinu iz vodenog kruga i snage instalacija koje je daju u krug).

Postoje li uspješni primjeri korištenja prstenastih sistema?

Takvih primjera ima mnogo, ali sljedeća dva se mogu smatrati „udžbenicima“.

Prvi je rekonstrukcija sveobuhvatne škole Br. 2 u Ust-Labinsku. U ovoj zgradi ispoštovani su svi najstroži sanitarni uvjeti kako bi se postigao maksimalni komfor za djecu koja će studirati u ovoj ustanovi. U skladu s tim zahtjevima, tamo je instaliran poseban klimatski sistem koji može sezonski kontrolirati temperaturu, vlažnost i protok svježeg zraka. U isto vrijeme, inženjeri su učinili sve što je bilo moguće kako bi osigurali da svaka klasa ima individualnu kontrolu nad mikroklimom, a samo se prstenasti sistem mogao nositi s pružanjem takve kontrole. Dozvolila je:

• značajno smanjiti troškove grijanja cijele zgrade,
• riješiti problem hladne vode u toplani koja se nalazi na lokaciji škole.

Sistem je sastavljen od više od 50 toplotnih pumpi marke Climatemaster (SAD) i jednog rashladnog tornja... Dobija dodatnu toplinu iz toplane, a kontrolira se automatizacijom, koja neovisno održava ugodne uvjete za poučavanje djece, a istovremeno radi što ekonomičnije. Zahvaljujući njoj, rad prstenastog sistema čak i u najtežim zimsko vrijeme dozvoljeno je smanjenje mjesečnih troškova grijanja na 9,8 hiljada rubalja: prije modernizacije sistema škola je svakog mjeseca trošila 18 hiljada 440 rubalja na grijanje 2,5 hiljade kvadratnih metara. m. I to unatoč činjenici da se nakon modernizacije grijana površina škole dodatno povećala, što je iznosilo 3 tisuće četvornih metara. m.

Drugi projekt proveden je u vikend naseljima moskovske regije. Problemi s izgradnjom takvih naselja često su bili posljedica činjenice da infrastruktura na ovim teritorijima nije dopuštala izgradnju novih kuća, budući da niti vodovodne cijevi niti Struja mreže, niti transformatorske stanice jednostavno nisu mogle izdržati povećana opterećenja. U isto vrijeme, na starim trafostanicama stalno su se događali prekidi napajanja, prekidi starih žica, razne nesreće, pa je u selima koja se nalaze na takvim teritorijama bilo potrebno odmah pobrinuti se za autonomno napajanje električnom energijom.

U skladu s tim, inženjeri su trebali stvoriti projekt koji će omogućiti dvokatnica ima nekoliko soba sa električnom i toplinskom energijom. Standardna površina takve kuće bila je 200 četvornih metara. m, a samo električna energija i arteška voda, nije bilo drugih komunikacija.

Inženjeri su učinili prvi korak ka energetskoj efikasnosti - solarni paneli su instalirani u vikendici, a fotonaponski moduli su instalirani iza kuće, takođe napajani solarnom energijom i snage 3,5 kW. Ova snaga je bila dovoljna za napajanje akumulatora, koji su kasnije napajali samu kuću i njen sistem grijanja. U skladu s tim, električna energija za porodicu koja živi u takvoj vikendici bila je besplatna, što znači da bi se troškovi za nju mogli izbrisati iz porodičnog budžeta. Kao rezultat toga, troškovi ugradnje baterija trebali bi se isplatiti za manje od 10 godina, a nakon toga neće biti potrebno dodjeljivati ​​sredstva.

Za zagrijavanje vikendice korištena je geotermalna toplinska pumpa zasnovana na pumpi voda-voda. Dizajniran je ne samo za grijanje prostorija s radijatorskim baterijama, već i za proizvodnju tople vode. Krug koji crpki isporučuje toplinu niskog stupnja - to je uobičajeno polietilenske cijevi Dužine 800 m i promjera 32 mm položeno je na samo mjesto (na dubini od 2 metra). Za instalaciju takvog sistema (struja + grijanje) potrošeno je 40 tisuća dolara, a s obzirom na to da u budućnosti vlasnik neće morati trošiti novac na plaćanje komunalije snabdjeven centralno, od toga je imao samo korist.

Gdje se mogu koristiti prstenasti sistemi?

Općenito, svi primjeri pokazuju da su slični jedinice toplotne pumpe mogu se instalirati u raznim objektima. Među glavnim su:

• upravne zgrade,
• medicinske i zdravstvene ustanove,
• javne zgrade,
• obrazovne institucije,
• kuće za odmor i hoteli,
• sportski kompleksi,
• industrijska preduzeća,
• zabavne ustanove.

U isto vrijeme, u svakom slučaju, fleksibilni sistem prstenova može se lako prilagoditi potrebama. određene prostorije i sastavljeni u najvećoj raznolikosti opcija.

Da bi ga instalirali, inženjeri će morati uzeti u obzir niz nijansi:

• potreba za hladnoćom i toplinom u određenom objektu,
• broj ljudi koji se nalaze u prostorijama,
• mogući izvori topline u zgradi,
• mogući hladnjaci,
• karakteristike gubitka topline i dobijanja topline.

Nakon toga će se u samom sistemu koristiti najbolji izvori topline, a ukupni kapacitet toplinskih pumpi mora se prilagoditi kako ne bi bio pretjeran.

Uglavnom, idealna opcija za bilo koji objekt stručnjaci smatraju ugradnju opreme s toplinskom pumpom koja koristi okoliš i kao izvor topline i kao prijemnik. U tom slučaju cijeli sustav treba biti uravnotežen u smislu topline, bez obzira na snagu izvora topline i prijemnika - oni mogu biti različiti, jer se njihov omjer mijenja pri promjeni uslova rada sistema. Međutim, oni moraju biti međusobno dosljedni.

Ako se ovi parametri pravilno uzmu u obzir, sistem prstenova će efikasno raditi i za grijanje i za hlađenje, koristeći svu "višak" topline. Korištenje jednog takvog sustava umjesto nekoliko omogućit će ne samo stvaranje idealne unutarnje klime, već će također biti vrlo učinkovito i isplativo u smislu kapitalnih i operativnih troškova.

Glavna razlika između dizalice topline i svih ostalih izvora topline je njezina izuzetna sposobnost korištenja obnovljive energije niske temperature iz okoline za grijanje i zagrijavanje vode. Toplinska pumpa zapravo "ispumpava" oko 80% izlazne snage iz okoliša, koristeći raspršenu energiju Sunca.

Kako toplotna pumpa radi

Frižider, kao što je svima poznato, prenosi toplotu iz unutrašnje komore u radijator, a mi koristimo hladnoću u frižideru. Toplotna pumpa je hladnjak za vožnju unazad. On prenosi raspršenu toplinu iz okoline u naš dom.

Nosač topline (koji je voda ili slanica), koji je uzeo nekoliko stupnjeva iz okoline, prolazi kroz izmjenjivač topline toplotne pumpe, nazvan isparivač, i prenosi toplinu prikupljenu iz okoline u unutrašnji krug toplinske pumpe. Unutrašnja kontura Toplotna pumpa je napunjena rashladnim sredstvom, koje ima vrlo nisku tačku ključanja, prolazi kroz isparivač i pretvara se iz tečnog u gasovito stanje. To se događa pri niskom tlaku i temperaturi od 5 ° C. Plinsko rashladno sredstvo iz isparivača ulazi u kompresor, gdje se komprimira do visokog pritiska i visoku temperaturu. Tada vrući plin ulazi u drugi izmjenjivač topline - kondenzator, gdje se vrši izmjena topline između vrućeg plina i rashladne tekućine iz povratne cijevi sistema kućnog grijanja. Rashladno sredstvo odaje toplinu sistemu grijanja, hladi se i ponovo prelazi u tekuće stanje, a zagrijani medij grijanja u sustav grijanja ulazi u uređaje za grijanje.

Prednosti toplotne pumpe

• - Profitabilnost. Mala potrošnja energije postiže se zahvaljujući visokoj efikasnosti (od 300% do 800%) i omogućuje vam da dobijete 3-8 kW toplinske energije po 1 kW stvarno utrošene energije ili do 2,5 kW rashladne snage na izlazu.
• - Ekološki prihvatljivost. Ekološki prihvatljiv način grijanja i klimatizacije i za okoliš i za ljude u prostoriji. Korištenje toplinskih pumpi znači uštedu neobnovljivih izvora energije i zaštitu okoliša, uključujući smanjenje emisije CO2 u atmosferu. Toplotne pumpe instalacije, koje izvode obrnuti termodinamički ciklus na radnoj supstanci sa niskim talištem, crpe obnovljivu toplotnu energiju niskog stepena iz okoline, povećavaju njen potencijal do nivoa potrebnog za opskrbu toplinom, trošeći 1,2-2,3 puta manje primarne energije nego sa gorivom za direktno sagorevanje.
• - Sigurnost. Nema otvorenog plamena, nema čađe, nema ispušnih plinova, nema mirisa dizela, nema curenja plina, prolijevanja loživog ulja. Nema skladišta goriva opasnih požarom.
• - Pouzdanost. Minimalni pokretni dijelovi. Visok resurs rada. Neovisnost o opskrbi gorivim materijalom i njegovoj kvaliteti. Zaštita od nestanka struje. Praktično ne zahtijeva održavanje. Vijek trajanja dizalice topline je 15-25 godina.
• - Udobnost. Toplinska pumpa radi tiho (ne glasnije od hladnjaka), a automatizacija ovisna o vremenskim prilikama i višezonska kontrola klime stvaraju udobnost i udobnost u prostorijama.
• - Fleksibilnost. Toplinska pumpa kompatibilna je sa bilo kojim cirkulacijskim sustavom grijanja, i moderan dizajn omogućava vam da ga instalirate u bilo kojoj prostoriji.
• - Svestranost u odnosu na vrstu energije (električnu ili toplinsku).
• - Širok raspon kapaciteta (od frakcija do desetina hiljada kW).

Primene toplotnih pumpi

Opseg primjene toplotnih pumpi je zaista beskrajan. Sve gore navedene prednosti ove opreme olakšavaju rješavanje problema opskrbe gradskog kompleksa toplinom i objekata udaljenih od komunikacija, bilo da je riječ o farmi, vikend naselje ili benzinska pumpa na autoputu. Općenito, toplinska pumpa je svestrana i primjenjiva u civilnoj i industrijskoj, kao i u privatnoj gradnji.

Danas se toplotne pumpe široko koriste u cijelom svijetu. Desetine miliona toplotnih pumpi radi u SAD -u, Japanu i Evropi.

Proizvodnja toplinskih pumpi u svakoj zemlji prvenstveno je usmjerena na zadovoljavanje potreba domaćeg tržišta. U SAD-u i Japanu, najčešće korištene jedinice toplinskih pumpi zrak-zrak (HPU) za grijanje i ljetnu klimatizaciju. U Evropi-HPU klase "voda-voda" i "voda-vazduh". U SAD -u se više od šezdeset kompanija bavi istraživanjem i proizvodnjom toplinskih pumpi. U Japanu godišnja proizvodnja HPU -a prelazi 500 hiljada jedinica. U Njemačkoj se godišnje pusti u rad više od 5 hiljada pogona. U skandinavskim zemljama rade uglavnom velike HE. U Švedskoj je do 2000. godine radilo više od 110 hiljada stanica toplotnih pumpi (HPS), od kojih je 100 imalo kapacitet od oko 100 MW i više. Najmoćniji HPS (320 MW) radi u Stockholmu.

Popularnost toplinskih pumpi u Rusiji zapadna evropa, SAD i zemlje jugoistočne Azije uvelike su posljedica blagih klimatskih uvjeta u ovim regijama (s pozitivnom prosječnom temperaturom zimi), visoke cijene za gorivo i dostupnost cilja vladine programe podrška ovom smjeru tržišta klime.

Situacija s toplinskim pumpama u našoj zemlji bitno je drugačija, a za to postoje razlozi. Prvo, pokazuju se posebnosti ruske klime sa niskim temperaturama zimi posebnim zahtevima parametrima toplotnih pumpi i uslovima njihove ugradnje. Konkretno, s povećanjem snage toplinske pumpe, javlja se problem uklanjanja topline, jer je prijenos topline medija (spremnik, tlo, zrak) ograničen i prilično mali.

Osim toga, cijene plina su umjetno snižene u Rusiji, stoga su opipljive ekonomske koristi nema potrebe govoriti o upotrebi ove vrste opreme, posebno u nedostatku kulture potrošnje i uštede energije. Nemamo državnu podršku programa zamjene energije, nije bilo i nema domaćih proizvođača toplinskih pumpi.

Istodobno, potrebe Rusije za takvom opremom su ogromne, a čini se da je cijela „linija“ toplinskih pumpi kapaciteta 5, 10, 25, 100 i 1000 kW tražena. Dakle, u srednja traka Za zagrijavanje kuće površine 100 m2 u Rusiji potrebno je imati toplinsku snagu od 5-10 kW, a pumpa toplinske snage 100 kW dovoljna je za grijanje tipičnih škola, bolnica i upravne zgrade... Toplotne pumpe sa kapacitetom od 1000 kW pogodne su za zadatke oporabe toplotnog otpada korišćenjem toplih izvora. Prema riječima stručnjaka, troškovi ugradnje toplinske pumpe u ruskim uvjetima procjenjuju se na oko 300 USD po 1 kW toplinske energije s periodom povrata od dvije do četiri godine, što prvenstveno ovisi o cijenama goriva i klimatskim uvjetima u određenoj regiji .

Puštanje u rad oko 100 hiljada toplotnih pumpi ukupnog toplotnog kapaciteta od 2 GW obezbediće toplotu 10 miliona ljudi sa prosečnim vekom trajanja toplotne pumpe od 15 godina. Obim prodaje takve opreme može biti veći od pola milijarde dolara godišnje.

Shematski dijagram instalacije toplotne pumpe (a i slika u T - s dijagramu njenog reverzibilnog ciklusa (b.

Jedinice toplotne pumpe mogu se uspješno i efikasno koristiti u instalacijama za zajedničko zimsko grijanje i ljetnu klimatizaciju; u instalacijama za zajedničku proizvodnju hladnoće i topline; u isparavanju postrojenja za desalinizaciju i ispravljanje; u hidroelektranama koristiti toplinu iz zraka i vodika za hlađenje električnih generatora; u rafinerijama nafte i petrokemijskim postrojenjima koristeći toplinu vrućih naftnih derivata i toplu vodu (t 60 H - 120 C) za dobivanje pare pritiska 10 kg / ech2 i tople vode temperature 130 - 150 C.

Sistem toplotne pumpe, koji se koristi za zagrijavanje banjske sale zimi, koristi se kao izvor toplote morske vode... Kako će se to promijeniti toplotna snaga instalacija ako radi prema interno reverzibilnom Carnotovom ciklusu pri istim temperaturnim razlikama u isparivaču i kondenzatoru. Kako će se koeficijent zagrijavanja promijeniti ako se ukloni vanjska nepovratnost izmjenjivača topline u instalaciji koja radi prema obrnutom Carnotovom ciklusu?

Instalacije toplotne pumpe je najcelishodnije koristiti za zadovoljavanje konstantnog toplotnog opterećenja u prisustvu stalan izvor niske topline i sa relativno malim potrebnim porastom topline, tj. s malom vrijednošću & TTS-Ta ili s omjerom TS / TB blizu jedan. Takvi se uvjeti obično javljaju kada se relativno konstantno industrijsko toplinsko opterećenje niskog potencijala ili opterećenje tople vode zadovolji uz pomoć instalacija s toplinskom pumpom, u prisutnosti otpada industrijske topline niske kvalitete s temperaturom od 20- 40 C i više. Pod ovim uslovima, jedinice toplotne pumpe, i u pogledu energetskih pokazatelja (potrošnje goriva) i smanjenih troškova, prilično su konkurentne visoko efikasnim kotlovskim jedinicama.

Pogon toplotne pumpe sastoji se od toplotne pumpe, instalacije za izvlačenje toplote iz njenog izvora i druge opreme.

Instalacija toplotne pumpe obično ima veće početne troškove od grijanja iz kotla.

Instalacije toplinske pumpe najcelishodnije su koristiti za zadovoljavanje konstantnog toplinskog opterećenja u prisutnosti stalnog izvora topline niske razine i sa relativno malim potrebnim porastom topline, tj. sa malom vrednošću & TTB-Ts ili sa odnosom TB / TB blizu jedan. Takvi se uvjeti obično javljaju kada se relativno konstantno industrijsko toplinsko opterećenje niskog potencijala ili opterećenje tople vode zadovolji uz pomoć postrojenja s toplinskom pumpom, u prisutnosti otpada industrijske topline niske kvalitete s temperaturom od 20- 40 C i više. Pod ovim uslovima, jedinice toplotne pumpe, i u pogledu energetskih pokazatelja (potrošnje goriva) i smanjenih troškova, prilično su konkurentne visoko efikasnim kotlovskim jedinicama.

Dvostupanjske jedinice toplinske pumpe ponekad se koriste u sustavima grijanja koji pokrivaju grijanje.

Po prvi put, jedinica za grijanje amonijaka s kompresijom pare korištena je za zagrijavanje prostorije 1930. Od tada je izgrađen veliki broj toplinskih pumpi. Postoji razlog za vjerovanje da će uporaba toplinskih pumpi u budućnosti biti šira.

Fizička svojstva vodene otopine natrij klorida | Fizička svojstva vodene otopine kalcijevog klorida | Fizička svojstva vodenih rastvora propilen glikola.

Upotreba: u instalacijama za grijanje i hlađenje prostorija sa stalnom ventilacijom. Suština izuma instalacija toplotne pumpe sadrži izmjenjivač topline 1, isparivač 4, injektor-apsorber 6, spremnik za odvajanje pritiska 9 i pumpu za tekućinu 7. Isparivač 4 i injektor-apsorber 6 povezani su na najmanje jedan kapilar 5. Isparivač 4 je napravljen od tri šupljine i ispunjen je poroznim tijelom 16. 5 C.p. f-ly, 2 dwg.

Izum se odnosi na instalacije toplinske pumpe zasnovane na apsorpcijskim jedinicama, posebno na instalacije za grijanje i hlađenje prostorija sa stalnom ventilacijom. Rad svih toplotnih pumpi zasnovan je na termodinamičkom stanju i parametrima koji određuju ovo stanje: temperaturi, pritisku, specifičnoj zapremini, entalpiji i entropiji. Rad svih dizalica topline je da se toplina isporučuje izotermički na niskim temperaturama i izometrijski uklanja na visokim temperaturama. Kompresija i ekspanzija izvode se pri konstantnoj entropiji, a rad obavlja vanjski motor. Toplinska pumpa može se opisati kao toplinski multiplikator koji koristi niskokvalitetnu toplinu različitih medija koji stvaraju toplinu, kao što su vanjski zrak, tlo, podzemna i otpadna voda itd. Trenutno je poznato mnogo različitih toplotnih pumpi sa različitim radnim medijima. Takva raznolikost uzrokovana je postojećim ograničenjima upotrebe jedne ili druge vrste toplinske pumpe, koja nisu nametnuta samo tehničkim problemima, već i zakonima prirode. Najčešće su to pumpe s mehaničkom kompresijom pare, nakon kojih slijedi apsorpcijski ciklus i dvostruke Rankineove pumpe. Mehaničke kompresijske pumpe ne mogu se pronaći široka upotreba s obzirom na potrebu za suhom parom, što je uzrokovano posebnostima mehanike većine kompresora. Ulazak tekućine zajedno s parom u ulaz kompresora može oštetiti njegove ventile, a ulazak velike količine tekućine u kompresor može ga potpuno oštetiti. Najviše se koriste apsorpcijske pumpe. Proces rada apsorpcijskih postrojenja temelji se na uzastopnoj provedbi termokemijskih reakcija apsorpcije radnog sredstva apsorbentom, a zatim oslobađanju (desorpciji) apsorbenta iz radnog sredstva. U pravilu je radno sredstvo u apsorpcijskim postrojenjima voda ili drugi rastvori koje apsorbent može apsorbirati; spojevi i otopine koji lako upijaju radnu tekućinu mogu se koristiti kao upijači: amonijak (NH 3), sumporni anhidrit (SO 2) , ugljični dioksid (CO 2), kaustična soda (NaOH), kaustični kalij (KOH), kalcijev klorid (CACl 2) itd. Poznata, na primjer, instalacija toplinske pumpe (izd. St. SSSR N 1270499, klasa F 25 B 15/02, 29/00, 1986), koja sadrži apsorpcijsku rashladnu jedinicu s krugom rashladnog sredstva, kondenzator, podhlađivač, isparivač, deflektor i regenerativni izmjenjivač topline, kao i obris grejanje vode prolazeći kroz kondenzator, dovod ventilacijskog zraka uzastopno prolazi kroz apsorber i pothladnjak, krug vode za grijanje se zatvara i u njega se dodatno uključuje deflektor. Instalacija dodatno sadrži izmjenjivač topline-podhladnjak s dvije šupljine, koji je jednom šupljinom povezan s krugom rashladnog sredstva između pothlađivača i isparivača, a drugom u liniju ventilacijskog zraka ispred apsorbera. Opisana instalacija je glomazna i troši metal, budući da ima jedinice i sisteme koji rade na visok krvni pritisak... Osim toga, postizanje visokog energetskih pokazatelja U poznatoj instalaciji, amonijak i njegove vodene otopine, otrovne i korozivne, koriste se kao nosač topline. Najefikasnije su instalacije toplinske pumpe tipa apsorpcijsko-injekcijskog ubrizgavanja. Poznato termalna instalacija(izd. St. isporučuje se para nizak pritisak, koji služi za isparavanje amonijaka, apsorbere visokog pritiska (brizgaljke), pumpe, cijevni sistem grijanja, generator velike pare, grijač kondenzata pare niskog pritiska, hladnjak koji istovremeno služi i kao grijač. Opisana instalacija omogućuje vam povećanje pritiska pare pri visokoj vrijednosti toplinskog koeficijenta korisna akcija zbog činjenice da apsorber instalacije ima injektore koji služe za povećanje pritiska dobivenog u generatoru pare amonijaka uz pomoć mršave otopine koju pumpa dovodi iz generatora. Međutim, u opisanoj instalaciji koriste se agresivni mediji koji zahtijevaju upotrebu posebnih materijala visoke otpornosti na koroziju. Zbog toga je instalacija znatno skuplja. Cilj izuma je stvoriti pojednostavljenu, ekološki prihvatljivu, ekonomičnu instalaciju s visokim energetskim karakteristikama. Ovaj problem rješava činjenica da su instalacije toplinske pumpe koje sadrže izmjenjivač topline, isparivač, injektor-apsorber, pumpu za tekućinu, spremnik za odvajanje pritiska, isparivač i injektor-apsorber, koje su prema izumu međusobno povezane. s najmanje jednom kapilarom, a isparivač ima tri šupljine, čija je jedna šupljina povezana s izmjenjivačem topline vodom za ventilaciju, druga je ispunjena rashladnom tekućinom, odvojena vakuumskom šupljinom spojenom na injektor-apsorber, a isparivač sadrži porozno tijelo smješteno istovremeno u svim navedenim šupljinama. Implementacija u instalaciji veze između isparivača i injektora-apsorbera u obliku termodinamički prekinutog sistema povezanog barem jednom kapilarom omogućava proces dobivanja topline u području daleko od termodinamičke ravnoteže, što značajno pojačava toplinu i masu prenos u sistemu koji se razmatra. Moguće je spojiti isparivač i injektor-apsorber s nekoliko kapilara. Ovo će pojačati učinak prijenosa topline i mase u sistemu koji se razmatra. Dizajn isparivača s tri nezavisne, odvojene šupljine i sa poroznim tijelom smještenim istovremeno u sve tri šupljine omogućuje stvaranje razvijene površine za prijenos mase između rashladne tekućine i zraka (približno 100-10000 cm 2 u 1 cm 3), zbog do čega dolazi do intenzivnog isparavanja rashladne tečnosti i zasićenja vazduha sa njom, praćenog velikom apsorpcijom toplote koja dolazi iz medija za generisanje toplote. Preporučljivo je da kapilar ima promjer jednak slobodnom putu molekula rashladnog sredstva u parnoj fazi pri zaostalom pritisku koji stvara injektor-apsorber i temperaturi jednakoj temperaturi rashladne tekućine, te dužini jednakoj 10- 10 5 kapilarnih promjera. Time se osigurava intenzivan prijenos mase rashladnog sredstva u smjeru samo od isparivača do injektora-apsorbera. Preporučljivo je napraviti porozno tijelo od dvije vrste pora, od kojih je površina navlažena, dok druge nije navlažena rashladnom tekućinom. U ovom slučaju, porozno tijelo istovremeno je propusno za tekućinu i zrak i dopustit će stvaranje razvijenije površine za prijenos mase između rashladne tekućine i zraka unutar poroznog tijela. Ovo značajno intenzivira proces isparavanja. Brzina isparavanja u isparivaču gore opisanog poroznog tijela dostiže vrijednost blizu brzine isparavanja u apsolutnom vakuumu. Preporučljivo je dovesti najmanje jednu toplinsku cijev do isparivača, čiji je jedan kraj postavljen u porozno tijelo, a drugi u medij koji stvara toplinu, na primjer, u zemlju. Ovo će pojačati izmjenu topline između isparivača i medija za generiranje topline. Razvodna cijev za izlaz mješavine plina i pare spremnika za odvajanje tlaka može se spojiti na izmjenjivač topline, koji je istovremeno kondenzator u opisanoj instalaciji. To će omogućiti zagrijavanje i posljedično smanjenje vlažnosti ventilacijskog zraka usisanog u isparivač iz okoline, čime će se intenzivirati proces isparavanja rashladne tekućine u isparivaču. Spremnik za odvajanje pritiska je prikladno spojiti na izmjenjivač topline, koji je istovremeno kondenzator u opisanoj instalaciji. To će omogućiti zagrijavanje i posljedično smanjenje vlažnosti ventilacijskog zraka usisanog u isparivač iz okoline, čime će se intenzivirati proces isparavanja nosača topline u isparivaču. Šupljina isparivača, ispunjena medijem za zagrijavanje, može se spojiti na izmjenjivač topline vodom za kondenzat medija za grijanje. Na ovaj način će se izbjeći gubici rashladne tečnosti sa smjesom pare i gasa odvojene u rezervoaru za odvajanje pritiska, te će se osigurati stalno dopunjavanje rashladne tečnosti u isparivaču. Slika 1 prikazuje dijagram predložene instalacije toplinske pumpe; Slika 2 prikazuje isparivač sa poroznim tijelom i toplinskom cijevi. Zahtjevna instalacija toplinske pumpe sadrži izmjenjivač topline 1 (slika 1) sa mlaznicama 2, 3, za opskrbu ventilacijskog zraka i mješavine zraka i pare, isparivač 4 spojen na izmjenjivač topline 1 vodom-tekućinom 5, koja je dvije odvojene cijevi i sa injektorom-apsorberom s kapilarom 7 spojenom na usisnu liniju injektora-apsorbera. Kapilar mora imati promjer jednak srednjem slobodnom putu molekula rashladnog sredstva u parnoj fazi pri zaostalom pritisku stvorenom u injektorskom apsorberu 6 i temperaturi jednakoj temperaturi rashladnog sredstva. Dužina kapilarne linije treba biti 10-10 5 promjera kapilare. Apsorber za ubrizgavanje 6 ugrađen je na potisni vod pumpe za tekućinu 8 i spojen je na spremnik 9 za odvajanje tlaka napunjen 2/3 svoje zapremine s tekućim nosačem topline. Rezervoar za odvajanje pritiska povezan je vodom 10 sa izmenjivačem toplote kroz odvodnu cev 3 i vod 2, namenjen za uklanjanje tečnog nosača toplote, sa grejnim uređajima 12, koji su spojeni na usisni vod pumpa za tekućinu 7. Isparivač 4 sastoji se od tri nezavisne šupljine 13, 14 i 15 (slika 2). Šupljina 13 je spojena na cijev za dovod zraka iz izmjenjivača topline. Šupljina 15 ispunjena je tekućim rashladnim sredstvom i spojena je na cijev za dovod kondenzata rashladne tekućine iz izmjenjivača topline 1, koji je ujedno i kondenzator pare rashladne tekućine. Time se izbjegavaju gubici nosača topline sa mješavinom plina i pare, koja je odvojena od tekućeg nosača topline u spremniku za odvajanje tlaka 9. Šupljina 14 je spojena pomoću kapilarnog voda 7 na usisni vod injektora- apsorber 6, unutar isparivača 4 nalazi se porozno tijelo 16 izrađeno u obliku cilindra s debelim zidovima koji sadrži dvije vrste pora - površina jedne vrste pora dobro je navlažena rashladnom tekućinom, a površina druge vrste Pora se ne vlaži rashladnom tekućinom, ali je propusna za zrak. Materijal za porozno tijelo odabire se ovisno o nosaču topline, koji može biti bilo koja neagresivna tekućina s tačkom ključanja pri tlaku od 1 atm koji nije veći od 150 o C, na primjer voda, alkoholi, eteri, ugljikovodici i njihove smjese, koje se sastoje od dvije, tri ili više komponenti, međusobno topljive. Nosač topline odabire se ovisno o tome koju prostoriju treba zagrijati instalacijom, klimatskim uvjetima i drugim faktorima. Porozno tijelo 16 postavljeno je unutar isparivača na takav način da njegove površine dolaze u dodir sa sve tri ove šupljine. Isparivač 4 se isporučuje sa toplotna cev 17, čiji se jedan kraj nalazi u poroznom tijelu 16, a drugi u mediju za stvaranje topline, poput tla. Može postojati nekoliko toplinskih cijevi koje će poboljšati dovod topline iz medija koji sadrži toplinu u isparivač i time poboljšati proces isparavanja rashladne tekućine. Instalacija toplotne pumpe funkcioniše na sledeći način. Zrak iz atmosfere kroz cijev za dovod zraka 3 uslijed vakuuma koji stvara injektor-apsorber u isparivaču 4 usisava se u izmjenjivač topline 1 i kroz cjevovod plin-tekućina 5 ulazi u komoru 13 isparivač 4. Unutar poroznog tijela 16 odvija se intenzivno isparavanje rashladne tekućine i to je zasićena zračna para. U tom slučaju toplina se apsorbira iz medija koji stvara toplinu, poput tla, koji se dovodi u isparivač pomoću toplinskih cijevi 17. Brzina isparavanja rashladne tekućine unutar poroznog tijela doseže vrijednost uporedivu sa brzinom isparavanje u apsolutnom vakuumu od 0,3 g / cm 3 s, što odgovara protok toplote 0,75 W / cm 2 poroznog tijela. Zrak zasićen parama rashladne tekućine usisava se u injektor-apsorber 6 kroz kapilaru 7, a rashladno sredstvo se ovdje dovodi pomoću pumpe za tekućinu 8 iz uređaja za grijanje 12 pod pritiskom i miješa se sa smjesom para-zrak, tvoreći emulziju, koji su mjehurići zraka i rashladne tekućine. U tom slučaju, tekućina apsorbira parnu vlagu s oslobađanjem topline ekvivalentne toplini apsorbiranoj u isparivaču. Oslobođena toplina troši se na zagrijavanje rashladnog sredstva. Emulzija nastala u injektorskom apsorberu 6 ulazi u spremnik za odvajanje tlaka 9, gdje se dijeli na smjesu zrak-para i tekući nosač topline. Iz spremnika za odvajanje tlaka 9 zagrijana rashladna tekućina gravitacijski struji u uređaji za grijanje 12 i ponovo do usisnog voda pumpe za tečnost 8, čime se završava ciklus tečnosti nosača toplote. Mješavina zraka i para iz spremnika za odvajanje tlaka 9 kroz vod 10 zbog malog viška pritiska stvorenog u spremniku za odvajanje tlaka 9 ulazi u izmjenjivač topline 1 kroz cijev 3 u izmjenjivaču topline, usisani atmosferski zrak se zagrijava i pare rashladne tekućine kondenziraju, koje odvojeno ulaze u isparivač 4. Dakle, instalaciju toplinske pumpe za koju se tvrdi da se odlikuje visokim energetskim karakteristikama, bez upotrebe agresivnih, ekološki štetnih rashladnih tekućina, što je čini sigurnom za rad. Voda se može koristiti kao nosač topline. Za grijanje prostorija, zgrada u grubim uslovima klimatskim uslovima isparivač se može napuniti nosačem topline niskog ključanja za intenzivnije isparavanje, i sistem grijanja možete preskočiti vodu. Za grijanje, na primjer, garaža, kada stalno grijanje nije potrebno čak ni zimi, preporučljivo je koristiti alkohole ili otopine s niskom tačkom smrzavanja kao nosač topline, što će spriječiti smrzavanje sistema tijekom gašenja instalacije. Korištenje neagresivnih tekućina za grijanje uklanja potrebu za korištenjem posebnih materijala i legura u proizvodnji instalacije. Neke jedinice instalacije, poput spremnika za odvajanje pritiska, spojni cjevovodi mogu biti izrađeni od plastike, gume i drugih nemetalnih materijala, što će značajno smanjiti potrošnju metala. Instalacija je tehnički jednostavna u izvođenju i radu, ne zahtijeva veliku potrošnju energije. Uređaj za proizvodnju topline je kompaktan i može se postaviti na malu površinu i može se koristiti i za grijanje velikih prostorija, zgrada i malih zgrada, kao i garaža, te, kada radi u rashladnom ciklusu, za hlađenje podruma ljeti . Mogućnost širokog izbora vrste nosača topline omogućuje instalaciju da se koristi u svim klimatskim uvjetima. Sve to određuje niske troškove instalacije, sigurnost njenog rada i dostupnost velikom broju potrošača.

TVRDITI

1. Instalacija toplinske pumpe koja sadrži izmjenjivač topline, isparivač, injektor-apsorber, pumpu za tekućinu, spremnik za odvajanje tlaka, naznačen time što je instalacija opremljena ventilacijskim dovodom zraka, najmanje jednim kapilarom i poroznim tijelom , a isparivač je napravljen od tri šupljine, od kojih je jedna šupljina spojena izmjenjivačem topline s ventilacijskim dovodom zraka, druga je napunjena rashladnom tekućinom, a treća evakuirana šupljina spojena je na injektor-apsorber, dok je porozna tijelo je postavljeno u sve tri šupljine, a isparivač i injektor-apsorber međusobno su povezani najmanje jednom kapilarom. 2. Instalacija prema zahtjevu 1, naznačena time da kapilara ima promjer jednak srednjem slobodnom putu molekula rashladne tekućine u parnoj fazi pri zaostalom tlaku stvorenom u injektoru-apsorberu i temperaturi jednakoj temperaturi okoline, i dužina kapilare jednaka je 10 10 5 njenom prečniku. 3. Instalacija prema zahtjevu 1, naznačena time što porozno tijelo formiraju pore dva tipa, od kojih je površina navlažena, dok druge nije navlažena rashladnom tekućinom. 4. Instalacija prema zahtjevu 1, naznačena time što je najmanje jedna toplinska cijev spojena na isparivač, čiji se jedan kraj nalazi u poroznom tijelu, a drugi u mediju za stvaranje topline. 5. Instalacija prema zahtjevu 1, naznačena time što je spremnik za odvajanje pritiska spojen na izmjenjivač topline. 6. Instalacija prema zahtjevu 1, naznačena time što je opremljena vodom za kondenzat nosača topline, pomoću koje je isparivačka šupljina ispunjena nosačem topline spojena na izmjenjivač topline.

U posljednjih godinu dana toplinske pumpe zauzele su svoju nišu na ruskom klimatskom tržištu među ostalim popularnim tehnologijama. Rasprava o prednostima i nedostacima jedinica s toplinskom pumpom (HPU) odvijala se i na stranicama tiskovine u industriji i na tematskim konferencijama i okrugli stolovi... O toplotnim pumpama u novije vrijeme pojavilo se mnogo informacija - i na internetu na ruskom jeziku i u specijaliziranim medijima. Međutim, još uvijek postoji vrlo malo publikacija o integriranim sistemima toplotnih pumpi. Svrha ovog članka je donekle popuniti ovu prazninu, sažeti neka od pitanja koja se pojavljuju među stručnjacima kada se prvi put upoznaju sa prstenastim sistemima prijenosa topline i ukratko na njih odgovoriti.

Dakle, o toplinskim pumpama poznato je da se radi o klimatskoj opremi koja može iskoristiti toplinu okoliša, pomoću kompresora podići temperaturu rashladne tekućine na potrebnu razinu i prenijeti tu toplinu tamo gdje je potrebna.

Gotovo uvijek je moguće izvući toplinu iz okoliša. Nakon svega " hladnom vodom"- subjektivni koncept zasnovan na našim osjetilima. Čak i najhladnija riječna voda sadrži određenu količinu topline. Ali poznato je da toplina prelazi samo iz toplijeg tijela u hladnije. Toplina se može prisilno usmjeriti iz hladnog tijela u toplog, onda je hladno tijelo još više Moguće je zagrijati zgradu toplinskom pumpom koja "ispumpava" toplinu iz zraka, riječne vode ili zemlje, dodatno snižavajući njihovu temperaturu. sa 3 na 6 kW toplinske energije .U praksi to znači da se snage dvije ili tri sijalice za domaćinstvo zimi mogu zagrijati dnevna soba srednje veličine. Ljeti, radeći u obrnutom režimu, toplotna pumpa može rashladiti unutrašnji vazduh. Toplina iz zgrade će se ukloniti apsorbiranjem atmosferom, rijekom ili kopnom.

Trenutno postoji veliki izbor instalacija toplinskih pumpi, što im omogućuje široku primjenu u industriji, poljoprivrede, u stambenim i komunalnim djelatnostima. Kao primjer aplikacije HPU, na kraju članka razmotrit ćemo dva projekta - jedan od njih je projekt velikog sistema prstenova implementiran u Krasnodarski teritorij, drugi je mali građevinski projekt u moskovskoj regiji.

Koje toplotne pumpe postoje?

Toplotne pumpe dolaze sa različitim izlazima toplote - od nekoliko kilovata do stotina megavata. Mogu raditi s različitim izvorima topline u različitim agregatnim stanjima. S tim u vezi, možemo ih podijeliti u sljedeće vrste: voda-voda, voda-zrak, zrak-voda, zrak-zrak. Proizvode se HPU-i dizajnirani za rad s niskokvalitetnim izvorima topline različite temperature, do negativnog. Mogu se koristiti kao prijemnici toplote visokog potencijala koje zahtijevaju različite temperature, čak i iznad 1000C. Ovisno o tome, toplinske pumpe mogu se podijeliti na niske temperature, srednje temperature i visoke temperature.

Toplotne pumpe se razlikuju i po tehnički uređaj... U tom smislu mogu se razlikovati dva smjera: kompresija pare i apsorpcija HPU. Toplinske pumpe za svoj rad mogu koristiti i druge vrste energije osim električne, na primjer, na kojima mogu raditi različite vrste gorivo.

Različite kombinacije niskokvalitetnih izvora topline i visokokvalitetnih hladnjaka daju širok izbor tipova toplinskih pumpi. Evo nekoliko primjera:

• HPU, koji koristi toplinu podzemnih voda za grijanje;
• HPU, koji koristi toplinu prirodnog rezervoara za opskrbu toplom vodom;
• TNU-klima uređaj koji koristi morsku vodu kao izvor i prijemnik topline;
• TNU-klima uređaj koji koristi vanjski zrak kao izvor i prijemnik topline;
• HPU za zagrijavanje vode u bazenu, koristeći toplinu vanjskog zraka;
• HPU, koji koristi toplotu otpadne vode u sistemu za snabdijevanje toplinom;
• HPU, koji koristi toplinu inženjerske i tehničke opreme u sistemu opskrbe toplinom;
• HPU za hlađenje mlijeka i istovremeno zagrijavanje vode za opskrbu toplom vodom na mljekarama;
• HPU za rekuperaciju topline iz tehnoloških procesa u primarnom zagrijavanju dovodnog zraka.

Masovno se proizvodi veliki izbor tehnologija toplotnih pumpi, ali se toplotne pumpe mogu proizvoditi i prema posebnim projektima. Postoje eksperimentalne instalacije, eksperimentalni industrijski uzorci, kao i mnoga teorijska dostignuća.

Ako objekt predviđa upotrebu nekoliko toplinskih pumpi, koje će biti projektirane za proizvodnju topline i hladnoće, njihova će se učinkovitost višestruko povećati ako se spoje u jedan sustav. To su takozvani prstenasti sistemi toplotnih pumpi (KHPS). Preporučljivo je koristiti takve sisteme u srednjim i velikim objektima.

Prstenasti klimatizacijski sistemi

Osnova ovih sistema su HPU-ovi tipa voda-zrak, koji obavljaju funkcije klimatizacije u prostorijama. U prostoriji u kojoj se nalazi klima uređaj (ili pored nje) ugrađena je toplinska pumpa čija se snaga bira u skladu s parametrima prostorije, njezinom namjenom, karakteristikama potrebnog napajanja i izduvna ventilacija, mogući broj prisutnih ljudi, ugrađena oprema i drugi kriteriji. Svi HPU -ovi su reverzibilni, odnosno dizajnirani su za hlađenje i zagrijavanje zraka. Svi su povezani zajedničkim vodenim krugom - cijevima u kojima cirkulira voda. Voda je izvor i prijemnik topline za sve HPU -ove. Temperatura u krugu može varirati od 18 do 320C. Toplina se razmjenjuje između toplinskih pumpi koje zagrijavaju zrak i onih koje ga hlade pomoću kruga vode. Ovisno o karakteristikama prostora, kao i o godišnjem dobu i dobu dana - u različitim prostorijama može biti potrebno zagrijavanje ili hlađenje zraka. Uz istovremeni rad u istoj zgradi HE, pri čemu se proizvodi toplina i hladnoća, toplina se prenosi iz prostorija gdje ima viška u prostore gdje to nije dovoljno. Dakle, dolazi do izmjene topline između zona kombiniranih u jedan prsten.

Osim HPU -a, koji obavlja funkciju klimatizacije, HPU može uključivati ​​i HPU za druge svrhe. Ako postrojenje ima dovoljne potrebe za toplinom, otpadna toplina se može efikasno iskoristiti kroz prstenasti sistem pomoću HE. Na primjer, u prisutnosti intenzivnog protoka otpadnih voda, ima smisla instalirati HPU za vodu i vodu, koji će omogućiti korištenje topline ispuštanja pomoću CHPP-a. Takva dizalica topline moći će izvlačiti toplinu iz otpadnih voda, prenositi je pomoću prstenaste petlje, a zatim koristiti za zagrijavanje prostorija.

Vazduh koji se iz zgrade izvlači izduvnom ventilacijom takođe sadrži veliku količinu toplote. U nedostatku velike količine nečistoća u ispušnom zraku koje ometaju rad HPU-a, moguće je iskoristiti toplinu uklonjenog zraka ugradnjom HPU zrak-voda. Kroz CHPP ovu toplinu mogu koristiti svi potrošači u zgradi, što je teško postići pomoću tradicionalnih regeneratora i rekuperatora. Osim toga, proces recikliranja u ovom slučaju može biti učinkovitiji, jer ne ovisi o temperaturi vanjskog zraka koji unosi dovodna ventilacija i o zadanoj temperaturi za zagrijavanje zraka koji se pumpa u prostorije.

Osim toga, kada reverzibilne toplinske pumpe rade i na otpadnu vodu i na ispušnu ventilaciju, mogu se koristiti za uklanjanje viška topline iz kruga vode tijekom tople sezone, a time i za smanjenje potrebnog kapaciteta rashladnog tornja.

U toploj sezoni, uz pomoć toplinskih pumpi, višak topline u krugu vode se koristi preko potrošača dostupnih u objektu. Na primjer, HPU voda-voda može se spojiti na sistem prstenova, koji prenosi višak topline u sistem za dovod tople vode (PTV). U objektu sa malim potrebama za toplom vodom, takva toplotna pumpa može biti dovoljna da ih u potpunosti zadovolji.

Ako objekt ima jedan ili više bazena, na primjer, u zdravstvenim ustanovama, kućama za odmor, zabavnim kompleksima i hotelima, voda u bazenu može se zagrijati i toplinskom pumpom voda-voda povezivanjem na stanicu s toplinskom pumpom.

Kombinacija prstenastih sistema sa drugim sistemima

Ventilacijski sustav u zgradama koji koristi sistem prstenaste toplinske pumpe mora se razviti uzimajući u obzir posebnosti rada HPU -a, klima uređaja. Obavezno je recirkulirati zrak u količini koja je neophodna za stabilan rad ovih HPU -ova, održavanje zadane temperature u prostoriji i efikasno iskorištavanje topline (osim u slučajevima kada je nepoželjna recirkulacija, na primjer, u bazenima, lokalnim kuhinjske nape). Postoje neke druge značajke u razvoju ventilacije s CHNS -om.

Međutim, istovremeno, sistem prstenova pruža više jednostavni sistemi ventilacije nego kod drugih metoda klimatizacije. Toplotne pumpe izvode klimatizaciju direktno na licu mjesta, u samoj prostoriji, što eliminiše potrebu za transportom pripremljenog vazduha kroz produžene toplotno izolovane vazdušne kanale, kao što se to dešava, na primjer, sa centralnom klimom.

Prstenasti sistem može u potpunosti preuzeti funkcije grijanja, ali nije isključena kombinacija s grijanjem. U ovom slučaju koristi se manje snažan i tehnički jednostavniji sustav grijanja. Takav bivalentni sustav prikladniji je u sjevernim geografskim širinama, gdje je za grijanje potrebno više topline, pa će se morati isporučiti više iz izvora visokog potencijala. Ako zgrada ima zasebne sisteme za klimatizaciju i grijanje, onda se ti sistemi često doslovno međusobno ometaju, posebno u prijelaznim periodima. Upotreba prstenastog sistema zajedno sa sustavom grijanja ne stvara takve probleme, jer njegov rad u potpunosti ovisi o stvarnom stanju mikroklime u svakoj zasebnoj zoni.

U preduzećima, prstenasti sistemi toplotnih pumpi mogu učestvovati u zagrijavanju ili hlađenju vode ili vazduha u tehnološke svrhe, a ti procesi će biti uključeni u bilans opšteg snabdijevanja toplotom preduzeća.

Govoreći o tradicionalnim sistemima opskrbe toplinom, teško se složiti s njihovom ograničenom efikasnošću. Toplina se djelomično koristi, brzo se raspršuje u atmosferu (tijekom grijanja i ventilacije), uklanja se otpadnim vodama (opskrbom toplom vodom, tehnološkim procesima) i na druge načine. Bilo bi dobro i da se, radi osiguranja efikasnosti, u ventilacijski sistem instaliraju izmjenjivači topline zrak-zrak ili izmjenjivači topline voda-voda za oporabu topline, na primjer, rashladne jedinice ili neki drugi lokalni uređaji za oporabu topline . KHNS, s druge strane, rješava ovaj problem na složen način, u mnogim slučajevima omogućavajući efikasnije korištenje topline.

Automatska kontrola prstenastih sistema

Na razočarenje mnogih proizvođača skupih sistema za automatizaciju, sistemi toplotnih pumpi ne zahtijevaju složene automatizirane kontrole. Ovdje se sve regulacije svode samo na održavanje određenu vrijednost temperaturu vode u krugu. Kako bi se spriječilo hlađenje vode ispod unaprijed određene granice, potrebno je na vrijeme uključiti dodatni grijač. Nasuprot tome, kako ne bi prešli gornju granicu, potrebno je pravovremeno uključiti rashladni toranj. Automatsko upravljanje ovim jednostavnim procesom može se ostvariti pomoću nekoliko termostata. Budući da temperatura vode u krugu CHPS može varirati u prilično širokom rasponu (obično od 18 do 320 ° C), također nema potrebe za korištenjem preciznih regulacijskih ventila.

Što se tiče procesa prijenosa topline od dizalice topline do potrošača, njime se upravlja automatizacijom ugrađenom u svaku toplinsku pumpu. Na primjer, HPU za klimatizaciju imaju senzor temperature (termostat) instaliran direktno u prostoriji. Ovaj konvencionalni termostat dovoljan je za upravljanje radom toplinske pumpe.

Toplinska pumpa u potpunosti osigurava potrebno parametri temperature vazduha u prostorijama, što omogućava napuštanje kontrolnih klapni u ventilacionom sistemu i regulacionih ventila u sistemu grejanja (sa bivalentnim sistemom). Sve ove okolnosti doprinose smanjenju troškova i povećanju pouzdanosti. inženjerski sistemi generalno.

U velikim objektima gdje prstenasti sistem uključuje veliki broj toplinskih pumpi i gdje su instalirani različiti tipovi HPU -a (za klimatizaciju, povrat topline i osiguravanje tehnoloških procesa), često ima smisla primijeniti složeniji automatizirani sustav upravljanja koji omogućava optimizirati rad cijelog sistema.

Na rad prstenaste toplotne pumpe utiču sljedeći faktori:

• prvo, temperatura vode u krugu. Koeficijent konverzije topline (COP) ovisi o tome, odnosno omjeru količine topline isporučene potrošaču i količine energije koju troši toplinska pumpa;
• drugo, spoljna temperatura vazduha;
• treće, parametri rashladnog tornja. Za istu količinu topline uklonjenu na različiti uslovi mogu se potrošiti različite količine energije koju troši rashladni toranj. To pak ovisi i o temperaturi vanjskog zraka, njegovoj vlažnosti, prisutnosti vjetra i drugim uvjetima;
• četvrto, od broja zaposlenih u ovaj trenutak u sistemu toplotne pumpe. Ovdje je ukupna snaga HPU -a, koja uzima toplinu iz vodenog kruga, važna u usporedbi sa snagom svih HPU -a koje odaju toplinu krugu, odnosno količinom topline koja ulazi u krug ili se uklanja iz njega.

Dobro za djecu, dobro za budžet

Pređimo na opis projekata koji koriste sisteme toplotnih pumpi sa prstenom.

Prvi projekt je rekonstrukcija obične općeobrazovne škole na jugu Rusije. Prošlog ljeta, Uprava teritorija Krasnodara implementirala je ovaj projekat u gradu Ust-Labinsk (gradska škola br. 2). Tokom rekonstrukcije najviše visokim standardima u osiguravanju sanitarnih uslova i ugodnog boravka djece u školi. Konkretno, u zgradi je instaliran punopravni klimatski sistem koji omogućava zonsku kontrolu temperature, svježeg zraka i vlažnosti.

Inženjeri u implementaciji ovog projekta Prvo sam htio pružiti odgovarajući nivo udobnosti, individualnu kontrolu u svakoj klasi. Drugo, pretpostavljalo se da će prstenasti sistem značajno smanjiti troškove grijanja škole i riješiti problem niske temperature vode u toplani na lokaciji škole. Sistem se sastoji od više od pedeset toplotnih pumpi proizvođača Climatemaster (SAD) i rashladnog tornja. Dobija dodatnu toplinu iz gradske toplane. Klimatski sistem je pod automatiziranom kontrolom i može samostalno održavati najudobnije za osobu i istovremeno ekonomične načine rada.

Rad opisanog sistema tokom zimskih mjeseci dao je sljedeće rezultate:

• pre modernizacije (pre ugradnje toplotnih pumpi) mesečni troškovi grejanja od 2500 m2 iznosili su 18.440 rubalja;
• nakon modernizacije zgrade, grijano područje povećalo se na 3000 m2, a mjesečni troškovi grijanja smanjili su se na 9800 rubalja.

Tako je upotreba toplinskih pumpi omogućila više nego prepoloviti troškove grijanja zgrade čija se grijana površina povećala za gotovo 20%.

Autonomno grijanje

Problemi izgradnje vikendica u moskovskoj regiji danas su povezani s činjenicom da infrastruktura (električne mreže, vodovod) često ne dopušta rast novih naselja. Postojeće transformatorske stanice ne mogu se nositi s povećanim opterećenjima. Stalni prekidi u opskrbi električnom energijom (nesreće na starim trafostanicama, prekidi dotrajalih žica) tjeraju potrošače da traže načine autonomnog napajanja električnom energijom.

U opisanom projektu inženjeri su bili suočeni sa zadatkom da višesobnu dvokatnicu s potkrovljem opskrbe toplinom i električnom energijom. Ukupna grijana površina kuće bila je 200 m2. Od isporučenih komunikacija - arteška voda i struja.

Budući da je fokus bio na energetskoj učinkovitosti, odlučeno je da se instaliraju solarni paneli. Solarni fotonaponski moduli snage 3,5 kW kupljeni su i instalirani neposredno na lokaciji iza kuće. Prema proračunima inženjera, to je trebalo biti dovoljno za napajanje akumulacijskih akumulatora, koji bi, s druge strane, neprekidno napajali kuću i sustav grijanja. Ukupni troškovi sistema iznosili su oko 27.000 USD. Ako uzmemo u obzir da je primljen izvor besplatne električne energije, a ovaj će članak biti precrtan iz obiteljskog proračuna, ispada da troškovi instalacije stoje solarna baterija isplatiće se za manje od 10 godina. A ako smatrate da biste u drugom slučaju morali izgraditi trafostanicu ili živjeti sa stalnim prekidima napajanja, tada se troškovi već mogu smatrati isplaćenima.

Odlučeno je da se za grijanje koristi sustav geotermalne toplinske pumpe. Kupljena je američka toplotna pumpa voda-voda. Ovaj tip proizvodi toplotne pumpe pomoću izmjenjivača topline vruća voda, koji se može koristiti za opskrbu toplom vodom i grijanje pomoću radijatorskih baterija. Sam krug, koji opskrbljuje toplinsku pumpu niskim stupnjem topline toplotnom pumpom, položen je izravno na lokaciju u blizini vikendice, na dubini od 2 m. Sam krug je polietilenska cijev, promjera 32 mm i dužine 800 m. 10.000 američkih dolara.

Tako je, nakon što je potrošio oko 40.000 američkih dolara na organizaciju vlastitog autonomnog elektroenergetskog sistema, vlasnik vikendice isključio troškove opskrbe toplinskom energijom iz svog proračuna i osigurao pouzdano autonomno grijanje.

Primjene prstenastih sistema

Iz navedenog proizlazi da su mogućnosti korištenja prstenaste toplinske pumpe neobično široke. Mogu se koristiti na raznim objektima. To su administrativne, javne zgrade, medicinske i zdravstvene ustanove, domovi za odmor, zabavni i sportski kompleksi, razna industrijska preduzeća. Sustavi su toliko fleksibilni da se mogu koristiti u raznim slučajevima i u velikom broju varijanti.

Prilikom razvoja takvog sistema, prije svega, potrebno je procijeniti potrebe topline i hladnoće projektiranog objekta, proučiti sve moguće izvore topline unutar zgrade i sve predviđene prijemnike topline, odrediti toplinske dobitke i gubitke topline. Najprikladniji izvori topline mogu se koristiti u prstenastom sistemu ako je potrebna ova toplina. Ukupni kapacitet toplinskih pumpi za povrat topline ne smije biti nepotrebno prevelik. Pod određenim uvjetima, najisplativija opcija može biti instalacija HPU -a pomoću spoljnom okruženju kao izvor i primalac toplote. Sistem bi trebao biti toplinski uravnotežen, ali to uopće ne znači da bi ukupni kapaciteti izvora topline i potrošača trebali biti jednaki, mogu se razlikovati, jer se njihov omjer može značajno promijeniti pri promjeni uslova rada sistema.

Dakle, sistem prstenaste toplotne pumpe obavlja funkcije i grijanja i klimatizacije, te efikasan povrat topline. Korištenje jednog sistema umjesto nekoliko uvijek je korisnije u smislu kapitala i operativnih troškova.

Članak je obezbijedila kompanija "AEROCLIMAT"