Тепловой насос 'воздух-воздух'

Тепловой насос 'воздух-воздух'

ВВЕДЕНИЕ

По данным министерства энергетики РФ применение теплового насоса в 1,2 - 2,5 раза выгоднее, самой эффективной (газовой) котельной. Применение теплового насоса целесообразно в качестве системы автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, для теплоснабжения и горячего водоснабжения индивидуального жилья, а также при совмещении с системой центрального отопления. Тепловые насосы очень эффективны в сельском хозяйстве для обогрева фермерских хозяйств, коровников, свиноферм, тепличного хозяйства и т.д. Применение теплового насоса целесообразно для охлаждения помещений любого рода: для охлаждения и кондиционирования загородных домов, для охлаждения кладовок, хранилищ, погребов, охлаждения производственных помещений и технологического оборудования предприятий.

1 ТЕПЛОВОЙ НАСОС «ВОЗДУХ - ВОЗДУХ»

Тепловые насосы, работающие от воздушного источника, по принципу действия схожи с геотермальными тепловыми насосами, с одной лишь разницей - тепловая энергия извлекается не из грунта, а из наружных воздушных масс. Такие тепловые насосы делятся на два типа систем:

а) воздух-воздух;

б) воздух-вода.

Тип системы зависит от среды, которая используется для распространения тепла в помещении - воздух или вода. Выбирая воздушный тепловой насос необходимо, прежде всего, разобраться в технологии работы системы и разобрать основные технические характеристики. На сегодняшний день самым простым, но при этом не менее эффективным является тепловой насос «воздух-воздух», который использует свой потенциал тепла атмосферного воздуха и осуществляет отопление помещения (рисунок 1) даже при очень низких температурах окружающей среды.

тепловой насос воздушный

Рисунок 1 - Отопление помещения при помощи теплового насоса «воздух-воздух»

Для того что б разобраться как работает такой тепловой насос, необходимо разобрать элементарный пример:

Охладить любой предмет до температуры ниже -30°С. После чего вынести его на улицу, где температура воздуха будет -5°С. И проследить что, через какое-то время температура охлажденного тела повысится до температуры окружающей среды. Такое физическое явление наталкивает на мысль, что более холодное тело поднимает свою температуру за счет запаса энергии тепла, которым обладало менее охлажденное тело, то есть среда.

Если присмотреться более внимательно, то из более охлажденного тела при перенесении в менее охлажденное пространство происходит выделение тепла. Визуально представленное тепло в виде пара, который можно пронаблюдать не вооруженным взглядом.

Принцип работы

Воздушные тепловые насосы работают по принципу кондиционера, работа которого направлена в обратную сторону (рисунок 2). Что подразумевает ликвидацию тепла у более холодного воздуха, понижая при этом его температуру и возвращая его, в отапливаемое помещение.

Процесс теплопередачи основан на свойстве хладагента понижать температуру воздуха, проходящего сквозь устройство. При этом значение поступающей температуры является ниже отметки окружающей среды, что неизбежно ведет к забору тепла из воздуха.

Результатом последующего сжатия, является стремительный рост вверх температуры хладагента, в результате чего создаются идеальные условия для передачи энергии тепла в помещение. При многократном, циклическом повторении процесса осуществляется перенос тепла из внешнего воздуха в отапливаемое помещение, таким образом, обеспечивается эффективный обогрев заданного пространства.

Рисунок 2 - Принципиальная схема работы теплового насоса

Достоинства и недостатки

Как и каждая универсальная система, способная на прогревание и охлаждение воздуха, имеет свои достоинства и недостатки. Среди главных достоинств тепловых систем «воздух-воздух» находятся:

Тепловые устройства «воздух-воздух» являются универсальными. В холодное время года они могут использоваться в качестве отопительной системы, а в жаркое - охладителями.

Простой объем монтажных работ. Нет необходимости в бурении скважины для установки и использования такого вида насосов, не требуется использование дорогостоящего дополнительного оборудования или дополнительного материала.

Воздушный тепловой насос характеризуется высокой теплоотдачей.

Для оборудования отопительной системы на основе такого типа насосов нет необходимости в установке радиаторов и устройствах системы отопления.

Простота эксплуатации устройства обеспечивается за счет установленного в систему климатического контроля автономных электронных датчиков, способных осуществлять контроль за работой установки.

Тепловые устройства этого типа находятся в доступном диапазоне для человека со средним достатком и могут быть установлены, а также использованы повсеместно.

Воздушные тепловые насосы просты в эксплуатации. Управления устройства осуществляется за счет электроники, а техническое обслуживание к замене, чистке воздушных фильтров от пыли.

Минимальное значение шумового фона во время осуществления работы системы, не является раздражающим фактором для людей, находящихся в одном помещении с установкой.

Воздушные тепловые насосы «воздух-воздух» для отопления не оказываю влияние на внутренний микроклимат в помещении.

Отопление такой системой больших и малых помещений осуществляемое при помощи теплового насоса, является абсолютно экологически чистым. Во время осуществления работы устройства не производится каких-либо выбросов в атмосферу, почву или воздух.

Несмотря на внушительный перечень достоинств установки, она, как любое техническое устройство, имеет ряд своих недостатков, степень важности которых определяет каждый человек для себя индивидуально:

Эффективность работы абсолютно зависима от температуры окружающей среды.

При температуре окружающей среды -10°С и больше, возрастает в несколько раз расход электроэнергии для обеспечения нормального функционирования насоса, что практически приближает эффект от использования окружающего тепла с целью отопления помещения.

Работа насоса приводит к большому объему перемещения пыли за счет использования перемещения воздушных масс.

Не рекомендуется использовать в помещениях, где находятся маленькие дети, так как активное движение пылевых масс может привести к возникновению аллергической реакции.

Организация работы отопительной системы

Воздушные тепловые насосы обладают множеством технических характеристик для обеспечения практического применения в отопительных системах не только помещения, но и всего жилого дома с целью обеспечения горячей водой.

Процесс работы такой системы радикально отличается от иных видов систем своей «экологической чистотой» и экономным расходом электроэнергии, расход которой в пределах четверти от показателя заданной. Остальную часть электрических потребностей устройство извлекает из самих воздушных потоков.

2. ВОЗДУШНЫЕ ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ В РОССИИ

В России традиционно считается, что воздушные тепловые насосы с высокой эффективностью могут использоваться только в регионах с теплым климатом. Но это не так, и применимо только к первым устройствам данного типа. Уже разработаны низкотемпературные воздушные тепловые насосы (до -25 градусов Цельсия), которые с успехом применяются за рубежом в холодных странах, таких как, например Норвегия, и подтвердили свои характеристики именно в холодное время года. Особенности внедрения воздушных тепловых насосов При выборе воздушного теплового насоса, как основного теплогенерирующего оборудования, необходимо проектировать систему отопления таким образом, чтобы тепловой насос обеспечивал только от 50 до 75% всей необходимой отопительной мощности, при этом он будет работать до 85-90% дней отопительного периода. Остальные 10-15% дней отопительного периода тепловой насос заменит дополнительный теплогенератор - электрический, жидкотопливный, или твердотопливный котел. Такое комбинирование классических приборов отопления с воздушными тепловыми насосами позволяет создать систему отопления, которая будет не только надежной за счет дублирования теплогенераторов, но и экономной в эксплуатации. Экономическая привлекательность воздушных тепловых насосов Воздушный тепловой насос окупается намного быстрее, чем геотермальный тепловой насос, в связи с более низкими изначальными затратами - не нужны: бурение скважины, водоемы, дополнительные квадратные метры на участке под укладку внешнего контура в грунт. Важное преимущество воздушного теплового насоса Оснащение воздушным тепловым насосом уже существующей котельной не требует проведения строительных работ. Все ограничивается подбором оборудования и комплектующих, а также монтажными работами, которые можно проводить без отключения существующего отопления, а значит, они могут быть проведены в любое время года.

. РЫНОК ВОЗДУШНЫХ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В СТРАНАХ СЕВЕРНОЙ ЕВРОПЫ

До конца прошлого века считалось, что в странах с холодным климатом только ТН, использующие грунт как источник низкопотенциального тепла (далее - грунтовые ТН)*, подходят для круглогодичного теплоснабжения. Появление в начале 2000-х годов в Европе низкотем пературных воздушных ТН в корне изменило это суждение, а соответственно и структуру рынка.

В последние годы на европейском рынке воздушные ТН уверенно вытесняют гораздо более дорогие по первоначальным затратам грунтовые в логически более оправданную для них нишу, преимущественно в крупные теплонасосные установки. В 2008 г. доля продажи воздушных ТН в Европе за счет соответствующего сокращения продаж грунтовых ТН выросла по сравнению с 2005 г. с 26 до 63 %. Рассмотрим, как эта тенденция проявилась в Скандинавских странах. 14 4-5 июня 2009 г. в Осло прошла крупнейшая в Норвегии конференция в области возобновляемых источников энергии под примечательным для нас названием «Дни северного теплов3ого насоса» (Nordiske Varme-pumpedager). Центральной темой были соответствующие достижения и опыт Скандинавских стран.

.1 Швеция

В презентации первой в Европе лаборатории, аккредитованной для испытаний ТН, Шведского технического исследовательского института (SP Sveriges Tekniska Forskningsinstitut), приводится график, иллюстрирующий хронологию совершенствования воздушных ТН (рисунок 3). На графике показано, как с годами повышался показатель энергоэффективности воздушных ТН (коэффициент преобразования ц) при наиболее характерном для стран с холодным климатом перепаде наружной и внутренней температур (+2/ +20 ºС).

Рисунок 3 - Повышение энергоэффективности воздушных тепловых насосов

Становится понятно, что столь поразительный рост популярности современных воздушных ТН достигнут потому, что ц удалось повысить чуть ли не вдвое - до уровня 3,5 и выше, а температуру эксплуатации, которую можно гарантировать европейским потребителям, довести до -25 и даже -30 °С. По данным Шведской ассоциации тепловых насосов (SVEP), из общего числа имеющихся в Швеции более 1 350 000 ТН более 700 000 было установлено после 2000 г. В 1998-1999 гг. доля ТН «воздух-воздух» вообще незаметна на фоне грунтовых, составлявших тогда основу шведского рынка. Но уже в 2005 г. ТН «воздух-воздух» становится явно больше, чем грунтовых. В 2008 г. (рис. 2) на 81 % воздушных ТН, проданных в Швеции, приходится только 19 % грунтовых (соотношение более чем 4:1 в пользу воздушных).

3.2 Финляндия

Если в 2001 г. из 30 000 ТН, проданных в Финляндии, всего лишь 5000 были ТН «воздух-воздух», то к 2003 г. их становится явно больше. Статистика продаж за последние четыре года представлена в табл. 1. 15 Здесь в 2008 г. соотношение воздушные/грунтовые ТН становится уже 7:1, несмотря на бесчисленное множество озер -дешевого, легко мобилизуемого и надежного источника низкопотенциального тепла для ТН. Появление буквально в последние годы низкотемпературных воздушных ТН «воздух-вода» стало причиной бурного роста спроса на них, с одной стороны (прирост за 2008 г. 456 %!), и некоторого падения продаж ТН на вытяжном воздухе (-12 %) - с другой. Прирост продаж грунтовых ТН (42 %), по-видимому, инициирован благоприятным отношением в обществе к самой технологии в целом.

.3 Норвегия

В тщательно и скрупулезно подготовленной презентации Норвежской ассоциации тепловых насосов NOVAP была представлена буквально поштучная статистика продаж по каждому из типов тепловых насосов за 17 лет. Помимо конкретных фактических данных указаны годы, в которые производились акции поддержки отрасли (1992, 2003, 2006).

Следует заметить, что акции имели эпизодический характер и касались в основном наиболее дорогих в установке грунтовых ТН, доля которых на норвежском рынке всегда была весьма незначительна. Для воздушных ТН в настоящий момент поддержка заключается в рассрочке до трех лет, в течение которых процент по рассрочке компенсируется за счет полученной экономии. Соотношение продаж воздушных и грунтовых ТН в Норвегии в 2008 г. дошло до рекордных 24:1. Реакция рынка Норвегии на появление низкотемпературных воздушных ТН «воздух- вода» подтверждает тезис о том, что у этого типа ТН на рынке стран Северной Европы перспективы особенно обнадеживающие (рисунок 4).

Таблица 1 - динамика увеличения применения воздушных тепловых насосов в Норвегии

Рисунок 4 - Продажи в Норвегии тепловых насосов «воздух-вода»

Суровость климата не является ограничением для применения современных воздушных ТН, поскольку в странах Северной Европы они наиболее широко востребованы, а их доля в общем объеме рынка увеличивается наиболее быстрыми темпами.

4. ОСНОВНЫЕ ПРОИЗВОДИТЕЛИ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Теловые насосы, основанные на добыче тепла из грунта и воды представлены марками: Mecmaster, Thermia(Швеция); Junkers/Buderus, Vaillant, Viessman, Schuco, Stiebel, Eltron(Германия); Aertec, ClimateMaster, EarthLinked, Yuvicom(США); Climaventa(Италия); Vector(Китай).

Тепловые насосы, добывающие тепло из воздуха: Altherma(Япония), ClimateMaster(США), Gorenje(Словения).

Таблица 2 - Каталог продукции тепловых насосов «воздух -воздух»

Информация взята на сайте: http://luxen.kiev.ua. Там же можно найти более подробное описание продукции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В будущем большинство стран будут продолжаться оставаться сетью энергетических импортеров подвергаясь сопутствующим рискам безопасности. В сложившейся ситуации тепловые насосы могли бы содействовать уменьшению этих рисков через использование электричества как универсального транспортировщика многотопливной энергии. Таким образом, конечные потребители будут менее зависимы от одного особенного источника топлива, так как электричество может быть произведено из широкого спектра различных ископаемых и возобновляемых источников энергии. Это ставит тепловые насосы в более выгодную позицию по сравнению с ветряными, биогазовыми и солнечными установками. В связи с тем, что большинство развитых стран официально признают аэротермальную, гидротермальную и геотермальную энергию как возобновляемые источники, следующее поколение тепловых насосов должно будет эффективно использовать электрическую энергию с тем чтобы снизить использование ископаемых источников энергии для отопления и сократить выбросы парниковых газов. Поиск новых путей производства и использования энергии с тем, чтобы минимизировать влияние на окружающую среду, являются ключевыми проблемами всего мира в 21 веке. В этой связи производственные процессы и более широкое внедрение тепловых насосов на рынке новых низкоэнергетических зданий будут увеличивать экономию энергии, понижать спрос на нее и снижать подверженность сопутствующим рискам во многих странах. Более широкое использование также понизит выбросы углекислого газа, так как тепловые насосы более эффективные, чем прямое использование ископаемого топлива для тех же целей. Даже тридцати процентное внедрение тепловых насосов на рынке модернизируемого отопления могло бы понизить общее мировые выбросы до 8%, так как эффективность отопительной энергии будет улучшена и производство электричества может стать менее сажевыделяющим. В конечном счете, глобальное потепление приведет к новым правилам, форсирует новые государственные субсидии и повлияет на поведение потребителей. Теплонасосные технологии, конечно, имеют многообещающее, блестящее будущее в свете объявленного мирового энергетического кризиса.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Суслов А.В. О востребованности, работоспособности и окупаемости воздушных тепловых насосов в условиях России// Холодильная Техника. 2009.

. Суслов А.В. Предварительная оценка коммер- ческого потенциала российского рынка воздушных тепловых насосов// Холодильная Техника. 2010.

. Суслов А.В. Применение воздушных тепловых насосов в условиях холодного климата//Аква-Терм. 2009.

. Бондарь Е.С., Калугин П.В. Энергосберегающие системы кондиционирования воздуха с аккумуляцией холода // С.О.К., 2006, №3, с. 44-48.