Проектирование, подбор, поставка, монтаж холодильного и кондиционирующего оборудования

Тепловой насос типа вода – вода. Отбор тепла от водоема

В установках данного типа отбор низкопотенциальной тепловой энергии осуществляется из водоемов. Непосредственно теплосъем выполняется путем укладки коллектора, представляющего собой систему пластиковых трубопроводов. Укладка осуществляется на дно реки либо озера. Минимальная глубина укладки составляет от 2-х метров. Во избежание всплытия, к системе трубопроводов крепят грузы из расчета 5 кг на 1 метр длины, таким образом, коллекторы прижимаются ко дну водоема. Удельный теплосъем с такого коллектора в среднем составляет 30 Вт с 1 м длины трубопровода.

Из вышесказанного следует, что для теплового насоса теплопроизводительностью 10 кВт понадобится контур общей протяженностью около 220 м. Теплопроизводительность теплового насоса (она же производительность конденсации Q_к) равна сумме нагрузки на испаритель Q_и и потребляемой компрессором из электрической сети мощности N.

В качестве примера рассмотрим работу теплового насоса на базе компрессора Bitzer 4FES-5Y-40S серии Ecoline.

Технические характеристики установки на первом режиме работы (приведены в таблице 1.1 статьи о сравнении технических при изменении условий эксплуатации) говорят о том что, коллектор, укладываемый в водоем, должен обеспечить нагрузку 6,86 кВт для обеспечения производительности испарителя Q_и. Остальные 3,56 кВт – составляющая теплопроизводительности теплового насоса – это потребляемая компрессором мощность из электросети N.

Более подробно рассмотрим систему отопления с помощью теплового насоса с отбором низкопотенциального тепла закрытого типа. Тепловой насос обеспечивает систему теплоснабжения коттеджа базы отдыха на территории природного заповедника, находящегося неподалеку от природного водоема – озера.

Обозначения на рисунке ① – коттедж, ② – озеро, ③ – коллектор

Рисунок 5.1 Общий вид.

Описание работы установки. В зависимости от условий использования коэффициент COP может иметь различные значения. Для данного режима работы установки он составляет 3,1. Для отопления помещений общей площадью 450 м 2 , а также для бытовых нужд тепловому насосу необходимо обеспечить теплопроизводительность 48 кВт.

Расчетная средняя температура дна озера, на котором установлен коллектор 5°C. Температура кипения хладагента составит 1 °C. Расчетная общая длина трубопроводов, составляющих коллектор для укладки на дно озера, равна 1170 м.

Благодаря нижеприведенной схеме виден широкий спектр применения теплового насоса в рамках данного объекта – это горячая вода для кухонных нужд, ванная, душ, теплый пол, подогрев воды в бассейнах, а также различные нагревательные приборы, как например полотенцесушители.

Рисунок 5.2 Тепловой насос типа “вода-вода” с отбором тепла из водоема. Схема принципиальная.

Обозначения на схеме

① – компрессор поршневой полугерметичный

⑤ – насос хладоносителя центробежный

⑥ – насос теплоносителя (горячей воды) центробежный

⑦ – коллектор отбора тепла от водоема

⑨ – батареи системы отопления дома

⑩ – водонагреватель пластинчатый проточный

Таблица 5.1. Обозначения рабочих сред.

Позиционное обозначение среды	Наименование	Агрегатное состояние
ⓐ	Всасывание хладоносителя из коллектора	Жидкость
ⓑ	Подача хладоносителя в испаритель насосом центробежным
ⓒ	Возврат отдавшего тепло хладоносителя в коллектор
ⓓ	Подача нагретого теплоносителя (воды) в систему теплоснабжения объекта
ⓔ	Выход теплоносителя от потребителей системы теплоснабжения и поступление на всасывание насоса
ⓕ	Подача теплоносителя в конденсатор насосом центробежным
ⓖ	Всасывание хладагента компрессором	Газ
ⓗ	Нагнетание сжатого горячего хладагента в конденсатор	Газ
ⓚ	Подача сконденсировавшегося хладагента к вентилю терморегулирующему	Жидкость
ⓜ	Подача хладагента в испаритель	Парожидкостная смесь
ⓝ	Выход теплоносителя из бака-аккумулятора и подача его к потребителям	Жидкость
ⓟ	Вход воды из системы водоснабжения в водонагреватель проточный
ⓠ	Выход из нагревателя воды и подача к потребителям на бытовые нужды
ⓡ	Слив отработанной воды в канализацию

Описание принципа действия. Насос центробежный (поз. 5) выкачивает хладоноситель из коллектора (поз. 7), расположенного в водоеме (озере) и подает его в контур хладоносителя испарителя пластинчатого (поз. 4). Хладагент кипит в испарителе, отбирая целевое низкопотенциальное тепло от природного источника – в данном случае от водоема. Охладившись в испарителе (тем самым, отдав тепло хладагенту), хладоноситель возвращается в коллектор водоема. Далее испарившийся хладагент поступает в компрессор поршневой (поз. 1). Компрессор сжимает пары хладагента, тем самым нагревая их до температуры в пределах 90-130 °С и нагнетает их в конденсатор водяной (поз. 2). В водяном контуре конденсатора нагревается теплоноситель, охлаждая и конденсируя до жидкого состояния хладагент в хладоновой полости данного теплообменного аппарата. Теплоноситель (в качестве теплоносителя может быть использована как пресная вода, так и растворы этиленгликолей и пропиленгликолей) поступает в водяной контур конденсатора при помощи насоса (поз. 6). Далее, нагревшись, он поступает параллельно в бак-аккумулятор (поз. 8) и водонагреватель пластинчатый проточный (поз. 10). Из бака-аккумулятора теплоноситель, распределяясь, поступает к следующим потребителям системы теплоснабжения коттеджа: батареям (поз. 9) (либо фанкойлам или местным доводчикам), системе теплого пола (поз. 14), системе подогрева бассейна (поз. 15), различным бытовым нагревательным приборам, в частности полотенцесушителям (поз. 16). Водонагреватель служит для нагрева проточной водопроводной воды для нужд таких потребителей как кухня (поз. 11), ванная (поз. 12), душ (поз. 13). Отдав свою тепловую энергию во всех потребителях, теплоноситель возвращается на всасывание к насосу. Отдав свою тепловую энергию проточной водопроводной воде в водонагревателе проточном, теплоноситель возвращается, а отработанная вода после использования в бытовых целях, утилизируется в канализацию.

Также, на сегодняшний день применяются схемы, в которых тепловая энергия из сточных вод может быть использована непосредственно для получения горячей воды при помощи теплового насоса.

Жидкий хладагент направляется к терморасширительному вентилю (поз. 3), в котором происходит резкое понижение давления при расширении. После ТРВ хладагент поступает в испаритель и цикл повторяется.

Основное оборудование установки компрессор поршневой полугерметичный Bitzer 6JE-33Y-40P серии Ecoline, конденсатор кожухотрубный Bitzer K1353T, испаритель пластинчатый Danfoss EnFusion™ B3-052-90. Технические характеристики данного оборудования приведены в статье Тепловой насос типа вода – вода. Отбор тепла от водоема. Технические характеристики оборудования.

Геотермальное отопление

В последние десятилетия активная жизнедеятельность людей, удовлетворяющих свои потребности, начала очень негативно воздействовать на природу, окружающую среду. И теплоэлектростанции сыграли не последнюю роль в этом процессе. В то же время, общество стало понимать, что ресурсы природы являются небезграничными, именно поэтому в последние годы начали внедрять аналоги источников теплоснабжения. Одним из таких альтернативных способов отопить дом является геотермальное отопление. Система – проста и эффективна, а сделать ее можно собственноручно.

Заметим, что геотермальное отопление в США и европейских странах стало основным источником тепла, однако в России на сегодняшний день оно рассматривается только в качестве альтернативы газовому, электрическому, твердотопливному и другим видам отопления. Очень скоро геотермальное отопление станет основным, ведь отзывы говорят о том, что это рентабельный способ отопить свой дом без вреда для экологии и с выгодой для себя.

Принцип функционирования

Такое явление, как геотермальное отопление, принцип работы которого напоминает обычный холодильник, только наоборот, — становится все популярнее. Земля сохраняет тепло постоянно, можно нагревать объекты, находящиеся на ее поверхности. Суть в том, что изнутри землю нагревает горячая магма, а сверху благодаря грунту она не промерзает.

Тепловую энергию, которая получается в процессе отопления, использует геотермальная система, основанная на специальном тепловом насосе.

И принцип функционирования здесь следующий: сверху ставится тепловой насос, в специальную земляную шахту опускается теплообменник. Грунтовая вода идет через насос и нагревается. Таким образом, тепло, которое получается при этом, используется для промышленных или бытовых целей. Так и работает отопление подземным теплом.

Заметим, что главным преимуществом такой системы является то, что при затратах электроэнергии в 1 кВт получаем полезную тепловую энергию в диапазоне от 4 до 6 кВт. Для сравнения, обычный кондиционер не способен преобразовать 1 кВт электроэнергии в 1 кВт тепловой энергии (закон сохранения энергии, т.к. потери при преобразовании одного вида энергии в другую, увы пока никто не отменял). Отопление за счет тепла земли окупится достаточно быстро при правильном подходе к реализации геотермального отопления.

Особенности системы

Конечно, не так-то и просто сделать геотермальное отопление своими руками, однако это вполне возможно. И для начала делается шахта. Параметры шахты рассчитываются для каждого случая отдельно. Ее габариты будут зависеть от климата в вашей местности, типа грунта, особенностей строения коры земли региона, домашней площади, где будет ставиться такая система. Как правило, глубина шахты составляет от 25 до 100 м.

Далее монтаж геотермального отопления подразумевает такой шаг, как опускание в земную шахту труб, поглощающих тепло. Функции этих труб заключаются в следующем: они будут подавать тепло в насос, который будет повышать температуру жидкости и выводить ее в отопление. Заметим, что если вы решили сделать геотермальные системы отопления своими руками, то вам потребуется помощник, ведь трубы бывают очень тяжелыми.

Заметим, что в летний период отопление от земли, работает в качестве кондиционера. Для этого нужно активировать обратный механизм. В процессе работы теплообменник будет брать охлаждающую энергию.

Способы работы системы

Это эффективная и экологичная система – термальное отопление, принцип работы ее может протекать в трех основных способах:

1. Используется тепловая энергия глубоких грунтовых вод. Такая вода – высокой температуры, тепловой насос ее поднимает и нагревает. Далее вода идет через теплообменник, отдавая основную часть своей энергии.
2. Данный способ требует от владельцев дополнительных расходов. В глубину грунта от 75 м и ниже спускают резервуар, в котором находится антифриз. Он нагревается и при помощи теплового насоса поднимается к теплообменнику. После того, как тепло отдается теплообменнику, антифриз идет обратно в резервуар.
3. А для третьего способа работы системы вообще не требуется оборудовать грунтовую шахту. Такое отопление из земли подойдет для обогрева зданий, имеющих выход на водоем. Так, по дну водоема от теплообменника ставятся зонды горизонтального типа и преобразовывают тепло воды на дне.

Преимущества геотермальной системы отопления

Геотермальные системы отопления обладают несколькими преимуществами:

• Выделение тепловой энергии в несколько раз больше, нежели расход на электричество, которое требует насос.
• Экологическая безопасность больше, чем у других отопительных систем, так как геотермальные отопительные системы не производят никаких вредных выбросов.
• Для того чтобы геотермальная система функционировала, не требуется топлива или дополнительных химических средств. Поэтому она безопасна для владельцев и для окружения.
• В функционировании такого отопления нет риска взрыва или возгорания.
• При условии правильного монтажа отопительной системы она прослужит без техподдержки как минимум – 30 лет.

Устанавливаем геотермальное отопление самостоятельно

Сразу отметим такую особенность: тем, кто решится оборудовать отопление теплом земли, понадобится единожды вложить в это огромную сумму. Конечно, со временем эта стоимость окупится, так как жилье мы строим для себя не на год или два. Кроме того, каждый год стоимость на газ и электроэнергию повышается, а с геотермальной системой вы не узнаете, что такое эти ценовые скачки.

Заметим, что внутри помещения, которое вы хотите отопить, ставятся отопительные элементы, ничем не отличающиеся от водяного отопления. Ваше жилье будут обогревать радиаторы, а тепло в них будет идти по трубам.

Однако в данной системе основная ее часть будет скрыта под землей. Отопление энергией земли – это наличие скважины и теплообменника. В жилище потребуется только поставить прибор, который будет генерировать тепло – обычно он не занимает много места.

На таком устройстве пользователь сможет производить регулирование температуры и подачу тепловой энергии. Установка самой системы отопления в жилье делается, как обычно, — с разветвлением трубопровода и радиаторов. Если у вас частный дом, или же само здание небольшое, то в таком случае генератор системы выводится в отдельное помещение или в подвал.

Распространение геотермальной системы отопления

Отопление с помощью тепла земли стало распространяться еще в конце 80-х годов в городах США, которые особенно тяжело переживали кризис. Сначала такую систему применяли состоятельные люди, которые таким вот образом экономили на отоплении дома, однако скоро система стала дешеветь, и более бедные американцы заинтересовались ею. И вскоре использование тепла земли для отопления стало прерогативой большинства американцев, которые владели частными домами. В европейских странах 20 лет назад статистические данные отмечали, что геотермальные системы отопления использовали примерно 12 миллионов граждан. И в течение всего этого времени до сегодняшних дней эта цифра только возросла.

Тенденции распространения геотермального отопления являются понятными. Ведь отопление за счет энергии земли – это удобно, экономично и безопасно.

Газовая система отопления хоть и является самой популярной, но по этой же причине каждый год запасы природного газа уменьшаются, стоимость на него растет и растет. А применение для обогрева дома твердого топлива – это трудозатратно. Кроме этого, вследствие сжигания дров и угля выделяется вредный углекислый газ, образовывается сажа и смолы. Поэтому геотермальное отопление становится все более распространенным и в России.