Теплообменник теплового насоса: Грунтовые теплообменники теплового насоса | SolarSoul.net ☀️
Тепловые насосы: как избежать ошибок! — Теплосоюз
Тепловые насосы: как избежать ошибок!
Это оборудование пережило период скептического отношения к себе («физику не обманешь», «волшебства не бывает»,»игрушка для богатых») и постепенно становятся всё более популярными и доступными по цене. Увы, такое «погружение в народ» имеет и свои минусы – всё чаще при эксплуатации тепловых насосов начинают проявляться недостатки и порой весьма дорогостоящие… Почему? С этим вопросом мы и обратились к специалистам!
В последние годы популярность тепловых насосов сильно выросла, соответственно и количество компаний, занимающихся продажей и установкой тепловых насосов, тоже. Но из-за низкой квалификации установщиков, в процессе эксплуатации возникает ряд проблем, когда система с тепловым насосом перестаёт работать или функционирует неэффективно. И тогда многие пользователи, столкнувшиеся с подобными неприятностями, выясняют, что цена такого «брака» оказывается порой непомерно высока, и простой заменой каких-то деталей не обойтись – придётся в буквальном смысле перепахивать участок, заново бурить или прокладывать сотни погонных метров трубы и т.
В такой ситуации хозяевам можно только посочувствовать. Но, как говорится, их пример – другим наука.
Каковы же причины неудачного использования качественного оборудования?
Все «косяки» можно разделить на две группы.
Первая- ошибки при подборе и проектировании.
Вторая – халатное исполнение монтажниками своей части работы.
Напомним принцип действия тепловых насосов. Они забирают тепло от так называемых низкопотенциальных источников тепловой энергии.В качестве которых может быть почвенный грунт, вода из водоёмов или атмосферный воздух. Тепловые насосы разделяются в зависимости от вида источника энергии и способа переноса тепла. Наибольшее распространение получили тепловые насосы типа «грунт-вода» (то есть, источником энергии служит грунт, тепло передаётся через геотермальный коллектор), также есть и другие не менее эффективные решения: «вода-вода», «воздух-вода», «воздух-воздух». Конструктивно это оборудование содержит два теплообменника.
Основной сложностью становятся не ошибки монтажа или некачественные материалы – они предсказуемы, поэтому можно избежать проблем, а правильное выполнение теплотехнического расчёта с учётом всех особенностей оборудования. Особенно важен такой расчёт именно для грунтовых теплообменных контуров из-за их низкой ремонтопригодности. Но у грунтовых(геотермальных) тепловых насосов есть существенный плюс: постоянный коэффициент преобразования электрической энергии в тепловую (COP) – 4-5.
У тепловых насосов «воздух-воздух» и «воздух-вода» основной конструктивной проблемой является малая производительность и полная неработоспособность «воздушников» при температурах наружного воздуха ниже -15-20 °С.
Технологически её удалось исправить только недавно, за счёт переменного объёма фреона в системе (введены дополнительные ресиверы) и впрыска горячего фреона внутрь компрессора для увеличения перегрева теплоносителя. Благодаря этим нововведениям, например, «воздушники» от Mitsubishi Electric теперь способны работать при морозах до -28 °С и ниже. Но чудес на свете не бывает, и у воздушных тепловых насосов при впрыске горячего фреона падает производительность (18%). Поэтому более подробно рассмотрим системы с геотермальным отоплением!
Неправильно спроектированная система отопления с тепловым насосом будет либо недостаточно мощной, либо несбалансированной по мощности основных узлов. В первом случае она не обеспечит дом необходимым количеством тепла. Во втором случае, когда, например, неудачно подобран наружный контур теплообменника (нитки трубопровода расположены слишком близко друг к другу или находятся на неподходящей глубине), возникает опасность замораживания трубопровода.
Грунтовой теплообменник – один из ключевых элементов, с устройством которого чаще всего возникают проблемы. Он состоит из длинных (несколько сотен метров) нитей трубы (обычно используется более дешёвая пластиковая), сложенной кольцами в траншеи или помещённой в одну или несколько скважин. Грунтовый теплообменный контур почти не ремонтопрегоден и, если возникает утечка теплоносителя из-за механического порыва трубы или её плохого качества либо по иной причине, то нитку теплообменника нужно глушить с потерей части производительности или менять.
Вертикальные скважины, в которые погружаются геотермальные зонды. Их преимущество — компактность. Они требуют минимум места и обычно используются в тех случаях, когда нет возможности отвести большую площадь (от 6 соток и больше) под горизонтальный коллектор, над которым нельзя возводить постройки и сажать растения с развитой корневой системой. Для обустройства скважин достаточно нескольких квадратных метров площади, глубина бурения составляет 70-100 м.
Кроме того, температура в скважинах постоянна (3-5°C), что позволяет тепловому насосу работать более эффективно. Поэтому скважинный коллектор предпочтительнее, если тепловой насос используется и в тёплое время года, в составе систем пассивного и активного охлаждения.
Неправильный расчёт (недостаточная длина контура) может привести к постепенному, сезон за сезоном, понижению температуры в скважинах, а также стать причиной бесповоротного замерзания геотермального теплообменника и грунта вокруг него. Зачастую не учитывают взаимного влияния скважин. Если они расположены на расстоянии менее 10 м друг от друга, то следует увеличивать общую длину вертикальных скважин, чтобы обеспечить необходимый уровень отдачи энергии. Часто в расчетах используется базовый показатель 50 Вт/м, фактические испытания показали, что в нашей стране этот показатель 30-40 Вт/м. Также стоит обратить особое внимание и на соблюдение технологии бурения геотермальных скважин, зачастую для снижения стоимости 1 погонного метра бурения производятся работы с нарушением, более подробно о технологии бурения геотермальных скважин указано в разделе: Бурение скважин под геозонды для тепловых насосов
Горизонтальный контур.
Его преимуществом по сравнению со скважинами является более низкая стоимость. Контур укладывается на глубине 0,8-1,4 м, поэтому не требует использования буровой техники, однако занимает достаточно большую площадь, возможности последующего полезного использования которой ограничиваются устройством декоративного газона, насыпных дорожек, грядок, посадкой кустарника.
К ошибкам проектирования горизонтального контура помимо неадекватной длины относится недостаточная либо избыточная глубина его укладки. При малой глубине закладки горизонтального коллектора окружающая среда слишком сильно влияет на температуру теплоносителя. В результате к концу отопительного сезона температура теплоносителя в наружном контуре уходит в минусовые температуры, что сказывается на эффективности работы теплового насоса. Из-за слишком большой глубины укладки горизонтального контура, грунт вокруг теплообменника не успевает прогреться в летний период. Стоит упомянуть об одном из распространённых мифов о том, что коллектор следует укладывать ниже глубины промерзания грунта.
Неправильная эксплуатация территории, под которой расположен горизонтальный коллектор, тоже способна привести к сбоям в работе системы. Над коллектором нельзя располагать постройки, класть асфальт или тротуарную плитку. Если геотермальный теплообменник окажется под «крышей», то может возникнуть ледяная линза, образованная замёрзшим теплообменником и грунтом вокруг него
Каковы распространённые ошибки при проектировании системы отопления с тепловым насосом? Очень часто при расчётах указывают все величины без запаса. Например, если расчётный теплосъём для грунтового коллектора составляет 20-40 Вт с погонного метра (а не 50-100 Вт, как пишут в рекламных проспектах), то при расчёте его принимают за 30 Вт.
Соответственно выбирают и «самый удобный» метод расчёта.
Аналогичные просчёты совершаются и при выборе теплового насоса. Например, вместо модели мощностью 24 кВт устанавливают устройство мощностью 17 кВт. В результате насос не справляется в пиковые нагрузки.
Характерной ошибкой является использование методик расчёта, выполненных по западноевропейским нормативам. Всё-таки зима у нас более холодная, и продолжается дольше, чем, скажем, в Германии. Для расчёта должны применяться нормативы, соответствующие климатическим особенностям региона строительства.
Специалистами компаний «NIBE» и «Danfoss» разработано и применяется специальное программное обеспечение, позволяющее автоматизировать расчёт геотермального теплообменника и минимизировать риск возникновения ошибок. Глубина скважин, длина коллектора, поправки на взаимное влияние элементов теплообменника рассчитываются, исходя из их взаиморасположения, особенностей распределения температуры в грунтах различной природы и конфигурации земельного участка.
В результате нередко оказывается, что необходимое для правильной работы геотермальной системы количество скважин или площадь и длина коллектора оказываются больше тех, что обычно предлагают проектировщики. Но при этом мы гарантированно получаем ожидаемый результат в процессе эксплуатации. Не стоит пренебрегать возможностью автоматизации расчётов, ведь срок эксплуатации геотермального теплообменника в несколько раз превышает срок эксплуатации теплового насоса и достигает 50-80 лет.
Отечественные строители иной раз достаточно безответственно подходят к монтажу узлов системы отопления, при том что установка теплового насоса не представляет собой сложности, особенно если речь идёт о моделях последнего поколения. Многие зарубежные производители предлагают полностью собранные тепловые насосы «для сантехников». Такие насосы есть у NIBE, Vaillant, Danfoss. Например, шведская компания Nibe предлагает инверторные модели со встроенным баком ГВС. Этот моноблок, который содержит все необходимые элементы, довольно прост в установке и запуске.
Монтаж такого оборудования заключается в его установке на твёрдом основании, подключении к электричеству и подключению труб наружного и внутреннего коллекторов. Хотя и здесь иногда находится место для «творчества». Например, монтажники иногда делают подпитку от водопровода к грунтовому теплообменнику, что категорически запрещено.
Вообще, многострадальному грунтовому теплообменнику «достаётся» чаще всего. Один из самых распространённых промахов — занижение проходных диаметров трубы. Порой экономят и на материалах. Для грунтовых теплообменников повсеместно применяется полиэтилен, который хорошо переносит отрицательные температуры. А вот использование полипропилена – грубейшая ошибка.
Для соединений отрезков трубопровода необходимо выбирать только соответствующие элементы, предназначенные для подземного монтажа, и надёжные технологии, такие как электрофузионная(электромуфтовая) сварка. Типичный просчёт — применение дешёвых компрессионных фитингов, дающих течь через пару лет эксплуатации.
Очень важно правильно тампонировать скважины, чтобы зонд имел хороший термический контакт с грунтом. Для этой цели скважины с установленным зондом заполняют смесью,теплопроводные характеристики которой не хуже, чем у грунта. Бентонит, популярный материал для тампонажа стволов скважин, также рекомендуется заполнять скважины песком с небольшой примесью бентонита и цемента. Чтобы все скважины отдавали тепло равномерно необходимо использовать распределительные колодцы или коллекторы с расходомерами.
На этапе проектирования определяют требуемую мощность теплового насоса, а также тепловой баланс здания – необходимый объём тепла и холода (в летний период). При расчёте нужно использовать фактические характеристики грунта, его теплопроводность и теплоёмкость. Также, обязательно, следует учесть интенсивность выкачивания и закачивания энергии (отбор/сброс тепла), чтобы удержаться в заданных параметрах при пиковых нагрузках. Понижение или повышение температуры в грунте в зарубежных руководствах строго регламентировано.
Для устойчивости системы стоит выполнить расчёт с перспективой 25-50 лет.
Геотермальные зонды выбранного типа должны соответствовать всем перечисленным характеристикам и иметь достаточное термическое сопротивление (площадь теплообмена, применяемый материал). Необходимо учитывать геометрию геотермального контура. При больших массивах находящиеся внутри зонды получают значительно меньше энергии, чем периферийные. Так как термическое воздействие на грунт наблюдается в радиусе 4-5 м от зондов, их следует размещать таким образом, чтобы отсутствовало взаимовлияние.
Таблица. Типичные ошибки при обустройстве тепловых насосов
|
Ошибки |
Последствия |
Способы исправления |
|
Недостаточная длина трубопровода первичного контура теплообменика |
Замораживание теплоносителя в трубопроводе |
Перекладка теплообменника или устройство дополнительного контура |
|
Занижение диаметра трубы контура теплообменника |
Недостаточная мощность системы |
Перекладка теплообменника |
|
Слишком близкое расположение скважин или ниток трубопровода теплообменника |
Замораживание теплоносителя в трубопроводе |
Перекладка теплообменника или устройство дополнительного контура либо скважины |
|
Использование полипропиленовых труб, компрессионных фитингов |
Утечка теплоносителя |
Перекладка теплообменника |
|
Устройство над горизонтально расположенным контуром сооружений, препятствующих доступу тепла с поверхности земли |
Замораживание теплоносителя в трубопроводе |
Демонтаж сооружений |
Тепловые насосы типа вода-вода
Тепловой насос, предназначенный для нагрева теплоносителя за счет тепловой энергии грунтовых вод или вод водоема, называется тепловым насосом «вода-вода».
Насосы этого вида ориентированы на передачу тепла от жидкой среды (грунтовых вод) к жидкой среде (теплоносителю).
Тепловой насос вода-вода может быть двух видов:
- Горизонтальный, рассчитанный на использование тепла придонного слоя воды в близлежащем водоеме. В этом случае теплообменник укладывается кольцами на дно водоема
- Вертикальный, рассчитанный на использование запаса тепловой энергии подземных вод и расположение теплообменника вертикально в скважине
Особенности отбора тепла от водоема
Основной особенностью водоемов является наличие незамерзающего слоя, расположенного в непосредственной близости ко дну. Его глубина зависит от географического положения водоема и на большей части нашей страны составляет в среднем 2 метра. В северных районах глубина промерзания водоемов больше, в южных районах, напротив, она меньше.
Теплообменник теплового насоса укладывают непосредственно на дно и закрепляют его с помощью грузов.
Как правило, для предотвращения всплытия 1 погонного метра теплообменника требуется приблизительно груз весом 5 кг.
Температура воды в водоеме зимой составляет 8-10 С, а во время сильных морозов может опускаться до 4 С. Расчетным путем установлено, что при такой температуре воды с одного метра теплообменника можно получать приблизительно 30 Вт тепловой мощности. Соответственно с помощью горизонтального теплообменника длиной 200 м можно получить тепловую мощность равную 6кВт, что вполне достаточно для отопления дома со средним уровнем тепловых потерь площадью 60 м2.
Много это или мало?
О рациональном использовании тепловой энергии
Тепловые насосы эффективны только при обогреве хорошо утепленных строений с минимальным уровнем тепловых потерь. Еще больший эффект можно получить при расположении дома окнами на юг, а также при устройстве вентиляционной системы с предварительным подогревом свежего воздуха за счет тепла удаляемых из помещения воздушных масс.
Считается, что нет смысла собирать тепло по капле и «выкачивать» его из холодных водоемов, чтобы затем использовать его для нагрева окружающей среды.
Действительно, при качественно выполненной тепловой изоляции строения для его отопления требуется значительно меньшая тепловая мощность. Именно по этой причине в паспорте тепловых насосов, например, мощностью 5кВт, говорится, что он предназначен для отопления дома площадью от 50 до 150 м2. При этом первая цифра (50 м2) относится к обычному строению, например, со стенами из кирпича и окнами с двойным остеклением.
Цифра 150 м2 справедлива для зданий и сооружений, построенных по современным технологиям, с использованием новых теплоизоляционных материалов, таких как каменная вата или теплоизоляционные плиты на основе экструзионного пенополистирола, с утеплением цоколя, всех перекрытий и с установкой двухкамерных стеклопакетов.
Тепловой насос, использующий энергию подземных вод
Температура подземных вод всегда постоянна и составляет 8-10 С, что обеспечивает более эффективную работу тепловых насосов (по сравнению с тепловой энергией водоемов).
Для использования тепловой энергии подземных вод бурят 2 скважины. Из первой скважины осуществляется забор воды и прохождение ее через теплообменник с последующим сливанием во вторую скважину, расположенную по направлению движения грунтовых вод. Правильное расположение скважин выше и ниже течения подземных вод предотвращает от застоя воды: ситуации, во время которой скважина просто не принимает сливаемую воду.
Все системы труб, проложенные на поверхности, должны быть надежно защищены от замерзания. При этом трубопровод прокладывается с наклоном в сторону возвратной скважины, а сливная труба в нее должна быть опущена ниже уровня грунтовых вод. Скважины следует располагать друг от друга на расстоянии не менее 5 метров. Еще лучше, если расстояние между ними будет 10, а то и 20 метров.
Для получения мощности 5 кВт в среднем необходимо перекачивать 1,5-2 м3 воды в час при снижении ее температуры на 3-4 градуса.
Однако стоимость бурения скважины, особенно при глубоком залегании водоносных пластов, может стать серьезным препятствием на пути к установке теплового насоса.
В принципе можно ограничиться уже имеющейся одной скважиной, например, предназначенной для водоснабжения.
В этом случае она используется как нагнетающая и приемная скважина одновременно. Насос располагается в ее верхней части, а вода, поступающая из системы, сливается в нижнюю часть скважины. Однако эффективной она будет только при постоянной подпитке, обеспечивающей один и тот же уровень температуры воды. Если этого нет, скважина может перемерзнуть.
Ниже приведена схема подключения теплового насоса при использовании одной скважины.
От теории к практике
Тепловые насосы широко используются для отопления жилых домов в европейских странах, где отсутствие энергоносителей заставило искать источники альтернативного отопления намного раньше, чем это произошло в нашей стране.
Более того, именно насосы вода-вода считаются наиболее перспективными и эффективными теплотехническими устройствами. Сегодня практически все известные производители теплотехнического оборудования предлагают потребителям различные модели тепловых насосов с высокими эксплуатационными характеристиками и длительным сроком службы.
Отличительной особенностью тепловых насосов вода-вода является защита от коррозии, системы фильтрации воды, а также устойчивость оборудования к различным факторам внешней среды, в том числе и к перемерзанию.
О чем следует помнить при выборе теплового насоса вода-вода
Тепловой насос вода-вода будет эффективен только при соблюдении всех требований к скважине, поэтому без консультации грамотного специалиста гидрогеолога вряд ли удастся оценить реальную ситуацию с расположением и движением подземных вод.
Если температура воды в скважине выше 13 С велика вероятность повышенного содержания в воде железа и марганца, что может привести к ускоренной коррозии и быстрому выходу оборудования из строя. В этом случае нужно выполнить ряд мероприятий, направленных на дополнительную защиту от коррозии.
Если все мероприятия выполнены правильно и скважины обеспечивают бесперебойную циркуляцию воды, настоящей наградой потребителю станет надежная и удобная система отопления, рассчитанная на долгие годы подачи бесплатного тепла зимой и охлаждения дома летом.
Подключение теплового насоса с интегрированным баком нагрева ГВС в систему отопления дома
Тёплый пол имеет площадь 150 квадратных метров также проходит по полу гаража для поддержания в первую очередь положительной температуры. Тёплый пол сделан с регулированием температуры по комнатам при помощи индивидуального установленных в каждой комнате термостатов. Эти термостаты в зависимости от температуры достигнутой в зоне их регулирования открывают или закрывают проток теплоносителя через соответствующие в петли теплого пола. К тепловому насосу также подключен контур нагрева горячего водоснабжения через встроенный змеевиковый теплообменник внутри бака из нержавеющей стали объёмом 170 л. Конечно же, кроме этого Droid может разогревать воду непосредственно парами горячего фреона R410a, пользуясь тем, что насос интегрирован с баком нагрева и, таким образом нагрев ГВС может проходить без промежуточных теплоносителей, но непосредственно парами фреона. Нагрев горячей воды внутри бака из нержавеющей стали происходит в любом случае при работе теплового насоса, работает ли тепловой насос в режиме отопления или он переключен в реверс для кондиционирования помещений.
Если ни первое ни второе не требуется, либо требуется большое количество горячей воды, то тепловой насос должен включиться индивидуально для нагрева ГВС.
Для этой цели в котельной установлен трёхходовой клапан, переключающий поток теплоносителя с системы отопления через распределительный коллектор теплого пола на внутренний змеевиковый теплообменник бака косвенного нагрева инверторного теплового насоса Droid. В результате нагрев ГВС происходит по большой теплообменной поверхности. В теплообмене по сути участвует вся внутренняя поверхность бака, а также внутренний змеевиковый теплообменник увеличенной площади. Не лишним будет напомнить, что режим нагрева горячей воды является наиболее энергозатратным для любого теплового насоса. При нагреве горячей воды ненасыщенными горячими парами, выходящими из компрессора СОР (то есть эффективность работы тепловые насоса, измеряемая отношением потраченного электричества к полученному теплу) не уменьшается, так как не увеличивается общее давление конденсации.
Давление конденсации определяется уже в пластинчатом теплообменнике, где теплоноситель системы отопления отбирает тепло от паров фреона при их превращении в жидкое состояние.
…И конечно же, чтобы тепловой насос работал эффективно, он должен работать с большими то есть эффективными теплообменными поверхностями. Т.е. стандартные высокотемпературные косвенные баки, в которых укорочена длина теплообменника (в целях экономии) для тепловых насосов либо не подходят вовсе, либо являются крайне неэффективными. Эмалированные являются ещё и ненадежными.
Отдельное внимание следует уделить алгоритмам управления инверторным тепловым насосом. Сам по себе DC инверторный компрессор является более эффективным чем традиционный асинхронный и даже асинхронный инверторный компрессор. Его эффективность при работе в половину мощности в дважды выше. Компрессор является основным а в ДХ системе фактически единственным потребителем энергии теплового насоса в целом. Кроме этого точность поддержания температуры, достигается использованием цифровых датчиков температуры.
Тепловой насос сам подстраивается под изменения температуры окружающей среды заранее меняет задание температуры теплоносителя, пока холод ещё не проник через стены в отапливаемое помещение. Также есть недельные графики на которых можно задать разные температуры нужные для поддержания в доме каждый день вплоть до минуты. Всё вышесказанное также касается и подготовки горячего водоснабжения. Если есть время, когда использование горячей воды вам точно не потребуются, или необходимости поддерживать воду высокой температуры. Также внутри теплового насоса есть дополнительные энергосберегающие решения и приборы и аппараты. Всё это позволяет смело утверждать, что тепловой насос Droid Санди является на данный момент наиболее эффективным теплопреобразователем и отопительным прибором представленным на рынке в целом.
Что такое геотермальное отопление?
Геотермальное отопление—это система, которая в качестве источника использует бесплатное низкопотенциальное тепло Земли.
Это позволяет снизить затраты на эксплуатацию до 85% по сравнению с традиционными системами отопления. Главным элементом этой системы является тепловой насос. Его задача — преобразование тепла грунта в тепло для системы отопления. Тепловой насос работает в полностью автоматическом режиме: достаточно задать желаемую температуру, и она будет поддерживаться без Вашего участия.
Как работает тепловой насос?
Геотермальный теплообменник, собрав тепло земли, направляет его в тепловой насос, который преобразует его в высокотемпературное тепло. Оно то и используется в системе отопления и для приготовления горячей воды. Затратив для работы 1 киловатт электроэнергии, тепловой насос может перекачать из земли до 7 киловатт тепловой энергии в дом.
Геотермальные теплообменники
Геотермальный теплообменник представляет собой систему полиэтиленовых труб, установленных под землёй. По трубам циркулирует теплоноситель, нагреваясь от земли. В условиях сибирского климата хорошо себя зарекомендовали геотермальные теплообменники двух типов: вертикального и горизонтального.
Вертикальный грунтовый теплообменник
Состоит из одного или нескольких геотермальных зондов. Зонд представляет собой две трубы из полиэтилена, соединенные специальным U-образным наконечником. Зонды длиной до 100м устанавливаются вертикально в скважины. Количество зондов и их длина зависят от мощности тепловых насосов и типа грунта.
Горизонтальный грунтовый теплообменник
Собирает солнечное тепло, запасенное в поверхностных слоях земли. Труба из полиэтилена укладывается на глубине 1,5—1,8 м, расстояние между трубами 0,6 м. Необходимая площадь и длина трубы зависят от мощности теплового насоса и грунта. Такой теплообменник дешевле вертикального, но требует больше места на участке.
Одна система – множество возможностей
Используя возобновляемую энергию, тепловой насос может не только отапливать, но и охлаждать Ваш дом, нагревать горячую воду. Стоимость установки теплового насоса значительно ниже, чем трёх отдельных систем:
- · Отопления
- · Кондиционирования
- · Горячего водоснабжения
Фанкойлы
Фанкойл, или вентиляторный доводчик, — это современный многофункциональный прибор для отопления и кондиционирования. Его ключевыми преимуществами являются эффективная работа в низкотемпературных системах отопления, автоматическое поддержание заданной температуры воздуха в помещении в режимах отопления и кондиционирования, встроенный фильтр воздуха. Один фанкойл по производительности может заменить 3-4 батареи, что делает систему отопления менее разветвленной, а помещение, где они установлены, менее загромождённым от приборов отопления и кондиционирования.
Где используется
Ещё одним преимуществом тепловых насосов является возможность комбинирования их с другими источниками тепла, например, солнечным коллектором или другими известными котлами.
Теплые полы
Водяные теплые полы наилучшим образом работают в тандеме с тепловыми насосами, так как для их работы достаточна небольшая температура теплоносителя. Теплые полы дают наиболее комфортный человеку температурный режим помещения, благодаря отсутствию больших конвекционных потоков, как при традиционном отоплении, пропадает циркуляция пыли, зимой не нарушается влажность воздуха, как в случае с обычными радиаторами. Система водяных теплых полов способна покрыть 100% потребности тепла правильно утепленного дома.
Частное домостроение
Тепловой насос обеспечит Ваш дом теплом, приготовит горячую воду и создаст приятную прохладу при необходимости летом. Затраты на эксплуатацию значительно ниже, чем с любыми другими известными системами отопления. Геотермальное отопление абсолютно экологично, безопасно, работает в автоматическом режиме и может быть установлено даже в самых отдаленных районах без привязки к газовым магистралям и теплосетям. Такие системы получили широкое распространение по всему миру, в значительной части европейских домов установлены тепловые насосы.
Промышленные, торговые, общественные здания
Предприниматели, выбирающие тепловой насос для отопления, имеют ряд преимуществ перед конкурентами:
- · Возможность застройки в отдаленных районах
- · Отсутствие согласований на подключение к магистралям
- · Минимальные издержки на содержание здания
- · Начало и конец отопительного периода заказчик определяет сам
В Сибирском регионе нашей компанией тепловые насосы установлены в многочисленных супермаркетах, складских помещениях, промышленных предприятиях, АЗС, авто мойках, базах отдыха, больницах, фитнес центрах, плавательных бассейнах и т.д.
Социальные объекты
Тепловые насосы широко применяются на социальных объектах — детских садах, школах, больницах и поликлиниках, санаториях. Затраты на сервис в десятки раз ниже, чем в сравнении с традиционными системами отопления. Не требуются ежегодные комиссионные приемки систем отопления. Проекты с геотермальным отоплением свободно проходят государственную и федеральную экспертизу. Тепловые насосы являются надежным, проверенным в Сибирских условиях и абсолютно безопасным оборудованием.
Тепловые насосы ECO
ОТОПЛЕНИЕ
Основной задачей теплового насоса является отопление здания. Тепловой насос ЕСО способен работать с коэффициентом преобразования (СОР) до 5,81.
ГОРЯЧАЯ ВОДА
Обеспечение горячей водой в необходимых количествах круглогодично. Отсутствие плановых отключений горячей воды летом
КОНДИЦИОНИРОВАНИЕ
Тепловые насосы ЕСО имеют встроенную функцию кондиционирования в базовой комплектации, в отличие от многих аналогов. Кондиционирование возможно в активном и пассивном режиме
УДАЛЁННОЕ УПРАВЛЕНИЕ
Возможность управлять и контролировать работу теплового насоса удаленно при помощи смартфона или персонального компьютера из любой точки мира.
СЕНСОРНЫЙ ДИСПЛЕЙ
Удобное управление тепловым насосом при его эксплуатации осуществляется с помощью цветного сенсорного дисплея.
ЛУЧШАЯ ЦЕНА
Стоимость теплового насоса ЕСО значительно ниже известных аналогов, что обусловлено многими техническими решениями при изготовлении.
НАДЕЖНОСТЬ
Более чем на 350 объектах Сибири эксплуатируются тепловые насосы от компании Экоклимат. Тепловые насосы ЕСО на социальных и частных объектах доказали надёжность и высокое качество конструкции.
СПЕЦИАЛЬНО ДЛЯ СИБИРИ
Тепловые насосы ЕСО способны обогреть любое здание в любом месте: от небольшого коттеджа до огромных промышленных зданий, даже в самых удалённых уголках Сибири.
ДВУХКОМПРЕССОРНЫЙ
Тепловые насосы ЕСО могут исполнятся и в двух-компрессорном варианте. В осенне-весенний период, при низком потреблении тепла, может использоваться всего один компрессор, что значительно сокращает потребление электроэнергии.
Тепловой насос – насколько выгодный, нужно ли устанавливать
Нужен ли тепловой насос, выгодная ли это покупка? Сама идея теплового насоса на первый взгляд блестящая, – забирать энергию у окружающей среды и отапливать ею дом. Снаружи дома устанавливается большой теплообменник, с помощью которого выкачивается дармовая энергия.
Работает тепловой насос по принципу холодильника – забирает тепло у окружающей среды и сбрасывает его внутри дома.
(Холодильник забирает тепло у куска мяса в морозильнике и точно также сбрасывает его внутрь дома).
Дрова, уголь, газ, нефть становятся не нужными, сжигать больше ничего не нужно?
Но так ли просто отобрать тепло у природы и перенести его под оболочку дома? Что скрывают продавцы тепловых насосов? Рассмотрим подробнее принцип, устройство различных видов тепловых насосов, и их экономическую целесообразность. Что в итоге, — стоит ли устанавливать, использовать тепловой насос?
Классификация
Тепловые насосы классифицируют следующим образом:
- «Вода – Вода», – насос забирает энергию у воды (грунта) снаружи и отдает ее теплоносителю в системе отопления.
- «Воздух – Вода» – насос забирает энергию у воздуха которой греет теплоноситель отопления.
Гораздо реже встречаются «Воздух-Воздух» и «Вода–Воздух».
Конструкция
Тепловой насос представляет из себя блок компрессора с вторичным теплообменником, который передает энергию системе отопления, и первичный теплообменник, который находится в окружающей среде и забирает тепло из нее.
Температура кипения хладогента в тепловом насосе составляет минус 55 градусов. Он значительно холоднее, чем окружающая среда и может подогреваться даже морозным воздухом с температурой минус 30 градусов.
Для своей работы тепловой насос потребляет электроэнергию в большом количестве, — работают компрессор, насосы, вентиляторы, электроника.
Эффективность работы теплового насоса принято оценивать коэффициентом преобразования – отношением выработанной энергии к потребленной.
В рекламных заявления производителей этот коэффициент обычно находится в пределах от 2 до 5. Т.е. согласно рекламе, к примеру, насос потребляющий 3 кВт энергии вырабатывает 6 -15 кВт при различных условиях своей работы, что достаточно для отопления небольшого дома.
Теплообменник в грунте
Для теплового насоса «Вода-Вода» первичный теплообменник представляет из себя трубу большой длины, которая должна находиться в грунте. Этот теплообменник можно разместить в вертикальных скважинах и получить 50 ватт энергии с метра трубы.
Для насоса мощностью 10 кВт необходимо 200 метров, — на практике это 6 скважин длинной по 33 метра. Глубже, кстати, мало кто бурит, оптимальная глубина скважины – до 40 метров.
Но теплообменник можно разместить и горизонтально. Тогда согласно практическому опыту можно получить 20 ватт с метра погонного этой трубы. Для указанной мощности нужно зарыть уже 500 метров.
Это очень большой объем земляных работ, и перепашка участка на глубину до 3,5 метров (труба в два этажа, на 3,5 и 2,5 метров).
В месте нахождения такого теплообменника земля будет промерзать на большую глубину и оттаивать только летом в лучшем случае (образование линзы льда, заболачивание). Обычные растения на охлажденном участке не растут.
Согласно опыта эксплуатации вертикальный теплообменник в скважинах обходится дешевле, эффективней, более предпочтительный.
Выгодно ли оборудование с теплообменником «Вода-Вода»
У грунтовых насосов температура на теплообменнике всегда стабильная и коэффициент преобразования на уровне 2,5 или даже чуть больше.
(- в рекламах можно встретить значение 5 – но это на стенде. Грунт вокруг скважины постепенно охлаждается и вертикальный теплообменник выходит на коэффициент 2,5, при съеме мощности в 50 Вт/м.)
Но стоимость этого насоса для небольшого дома – не менее 15 тыс у.е. Здесь имеются в виду только фирменные надежные вещи. Первичные запросы менеджеров могут быть более скромными, но если учитывать все затраты, весь объем, а также и выявленные менеджерами «невыгодные обстоятельства», то указанная цифра даже заниженная.
В сравнении с самым дорогим отоплением электричеством с помощью электрокотла, окупаемость грунтового теплового насоса составит не меньше 15 лет. В сравнении с дешевым магистральным газом, окупаемость отодвигается куда-то в далекое будущее. ( Выбрать наиболее экономичное отопление )
Но стоимость котлов, хоть «электро», хоть «газо», — сущие копейки в сравнении с тепловым насосом.
Приобретение теплового насоса по такой цене — сродни капитальным вложениям. А во что вкладывать-то? Оборудование это через 10 лет все равно станет устаревшим и приравняется к хламу. Не лучше ли эти деньги пристроить, например, в банк, а отопление оплачивать с процентов, которых с лихвой хватит хоть на «электро», хоть на «газо».
В итоге через 15 лет все деньги (с приростом) останутся в кармане, а в доме все это время будет тепло без всяких проблем.
Вкладывать средства в тепловой насос с теплообменником в грунте экономически не выгодно.
Теплообменник «Воздух-вода» — что с мощностью
Гораздо предпочтительней на первый взгляд тепловой насос «Воздух-вода». Его теплообменник — блок с вентилятором, похожий на кондиционер, который устанавливается на платформе у дома, поворачивающейся против ветра. Казалось-бы это проще и дешевле чем грунтовые теплообменники. Но сейчас еще невозможно получать тепло из воздуха эффективно.
Оказывается, что у насосов «Воздух-вода» при температурах воздуха минус 12 – минус 20 градусов, отдаваемая мощность весьма низкая, а коэффициент преобразования составляет 1,5 – 1,3.
Продающие компании этот факт стараются умолчать и не сообщают сведений о реальной отдаваемой мощности при разных температурах.
Рассмотрим, что же происходит на самом деле.
Отдача в зависимости от температуры воздуха
Для насоса мощностью в 10 кВт потребление компрессором и другим оборудованием составит 2,5 – 3,0 кВт. А отдаваемая мощность при температурах – 12 – 20 градусов (ниже аппараты не работают) составляет около 3,5 -4,7 кВт в лучшем случае.
(Эти данные для температуры в системе отопления дома 55 градусов. При 35 градусах коэффициент и отдаваемая мощность несколько больше, – но кому нужна такая температура радиаторов, когда на улице мороз? Да и 55 градусов явно недостаточно….)
Как отапливать дом, когда на улице холодно? Для отопления дома в тепловом насосе «Воздух-вода» вмонтирован электротен, который и выдаст недостающие 6 – 7 кВт для отопления. Т.е. все это нагромождение технологий в хороший мороз превращается в простой электрокотел.
Когда на улице плюс 5 – 10 градусов, то для отопления дома нужно всего лишь пару киловатт энергии. Но теперь насос может выдать заявленные 10 кВт, которые не нужны. При этом потребляет 3,5 кВт электроэнергии, т.е. его реальный коэффициент преобразования намного меньше единицы (для дома забирается всего 2 кВт).
Отсутствие окупаемости у воздушного теплового насоса
Сгладить ситуацию может применение еще одной дорогостоящей вещи – теплоаккумулятора, который позволит запускаться насосу кратковременно, но на полную мощность с коэффициентом 4 — 5. Как работает теплоаккумулятор
Оптимальной для насоса является температура воздуха примерно от минус 5 градусов до 0, когда его коэффициент преобразования составит 2,5 – 3,0.
При температурах воздуха ниже 8 градусов С более 50 процентов энергии будет вырабатываться за счет электротена.
Для климата средней полосы, где морозы не редкость (20 дней в году ниже 10 градусов), если посчитать стоимости оборудования и потребление электроэнергии, то трудно отыскать даже окупаемость, в сравнении с самым дорогим отоплением – электричеством.
С магистральным газом вообще не сравнимые…. Там где в основном температура зимой находится в пределах -5 — +5 градусов картина несколько иная, но тоже далеко не блестящая.
Учитывая техническую сложность, поломки, забор энергии на оттаивание в мороз (есть и такое, о чем молчат продавцы), то на сегодняшний день тепловой насос «Воздух-вода» является скорее дорогостоящей игрушкой требующей затрат и ухода.
Где применяются тепловые насосы
У нас фирмы-установщики тепловых насосов держатся на одной рекламе.
При существующих наших тарифах на газ и электричество устанавливать тепловые насосы не выгодно.
А что в Европе? А в странах запада тепловой насос набирает популярность с каждым годом. И государства стимулируют его внедрение путем компенсации части стоимости оборудования – примерно 1/5. Тарифы на газ и на электричество там в разы больше наших. Морозы меньше.
Поэтому стоимость теплового насоса по сравнению с расходами на обычное отопление электричеством или газом в Европе не является слишком большой. В странах Европы установка теплового насоса сейчас выгодна. У нас – нет.
Можно отапливать дом твердым топливом и электричеством ]
Что такое теплообменник?
Что такое теплообменник? Если вы хотите обогреть или охладить свой дом с помощью воздушного теплового насоса, теплообменник является жизненно важным оборудованием. Фактически, вашему тепловому насосу для работы требуются два теплообменника. Чтобы понять, почему, вам нужно изучить, как работает тепловой насос.
Что такое теплообменник?
Отопительные системы, такие как печи и котлы, сжигают топливо для производства тепла. Тепловые насосы с воздушным источником используют совершенно другой подход.Вместо того, чтобы создавать тепло, они перемещают его из одного места в другое. Когда тепловой насос настроен на обогрев внутреннего пространства, он будет отбирать тепловую энергию из воздуха снаружи и передавать эту энергию воздуху внутри вашего дома, повышая температуру внутри. Когда требуется охлаждение, процесс просто меняется на противоположный; Тепловая энергия, скрытая в воздухе внутри, собирается тепловым насосом и выводится наружу. Будь то отопление или охлаждение, тепловой насос работает по единому принципу: теплопередача.Как ни странно, по такому же принципу работают холодильники.
Понимание принципа теплопередачи
Когда вы наклоняете или наклоняете стакан, вода внутри него обычно пытается выровняться. Аналогичным образом ведет себя тепловая энергия. Он естественным образом переместится из помещения с более высокими температурами в область с более прохладными. Когда эта тенденция используется для нагрева или охлаждения помещения, область с большим количеством тепла называется источником тепла . Охлаждающая зона называется радиатором . Для обогрева вашего дома тепловой насос с воздушным источником использует наружный воздух в качестве источника тепла, а внутренний воздух вашего дома — в качестве радиатора. Как в него вписывается теплообменник? Это технология, которая сначала извлекает, а затем высвобождает тепловую энергию.
Роль теплообменников
Для чего используется теплообменник? Тепловой насос с воздушным источником имеет два теплообменника. Первый находится во внешнем блоке. Змеевик из трубок, заполненный хладагентом, использует принцип теплопередачи для передачи тепловой энергии из воздуха.Поскольку пространство внутри змеевика заполнено жидкостью, более холодной, чем окружающий воздух, тепловая энергия втягивается в змеевик. Это нагревает хладагент так, что он переходит в газ. В этой форме хладагент попадает в дом к внутреннему блоку воздушного теплового насоса.
Внутренний блок теплового насоса содержит второй теплообменник, который обеспечивает точку перехода между более высокими температурами внутри змеевика теплообменника и относительно прохладной окружающей средой в доме.Естественно, тепловая энергия, которая переносится внутри дома, ищет баланс и начинает перемещаться из области с большим количеством энергии (змеевик теплообменника) в область с меньшим количеством энергии (ваш дом). Когда вентилятор направляет это тепло в воздуховоды, чтобы оно могло циркулировать по дому, хладагент охлаждается и снова конденсируется в жидкость. Затем хладагент возвращается во внешний блок, чтобы продолжить цикл по мере необходимости, чтобы поддерживать желаемую температуру внутри жилища.
Поддержание вашего комфорта
Поскольку тепловые насосы с воздушным источником энергии перемещают существующую тепловую энергию, а не производят ее, они невероятно эффективны как для обогрева, так и для охлаждения вашего дома.Как и любая механическая система, они требуют небольшого регулярного обслуживания, чтобы они работали наилучшим образом. Чтобы ваша система всегда соответствовала задаче по поддержанию комфорта в доме, вы должны проверять теплообменники и другие компоненты у специалиста по отоплению и охлаждению не реже одного раза в год. Это регулярное обслуживание может предотвратить потенциальные проблемы до того, как они вызовут проблемы, повысит эффективность вашей системы и продлит срок ее службы.
Long Refrigeration позволяет легко распрощаться с заботами о техническом обслуживании с помощью нашей программы обслуживания Comfort Club.Как член клуба, вы будете получать два профилактических посещения каждый год: один весной / летом, когда начинается сезон охлаждения, а другой — осенью / зимой, поскольку потребность в тепле имеет приоритет. Во время каждого технического обслуживания мы можем проверить теплообменники и другие компоненты системы, очистить стоки и заменить фильтры. Мы также будем следить за признаками предстоящих проблем и предупреждать вас о любом ремонте, который может потребоваться в ближайшем будущем. Что делать, если нужен ремонт? Члены клуба получают круглосуточный доступ к обученным на заводе техническим специалистам, способным обслуживать практически любую марку оборудования HVAC, а также 10-процентную скидку на стоимость запчастей и рабочей силы.Доступный как для частных, так и для коммерческих клиентов, наш клуб Comfort Club обеспечивает долгожданное душевное спокойствие, поскольку помогает поддерживать бесперебойную работу теплового насоса с воздушным источником воздуха.
В Long Refrigeration мы стремимся предоставлять членам нашего сообщества первоклассные услуги по обогреву и охлаждению, которых они заслуживают. Чтобы узнать больше о тепловых насосах с воздушным источником или глубже узнать о многих преимуществах участия в нашей программе обслуживания Comfort Club, свяжитесь с нами сегодня. Мы также можем ответить на любые ваши вопросы, связанные с вопросом «Что такое теплообменник?»
Скачать брошюру по нагревателю бассейна См. Часто задаваемые вопросы HotSpot предлагает готовые к установке полностью готовые жилые дома. системы обогрева бассейнов с рекуперацией тепла для центральных кондиционеров и отопления насосы от 2 до пяти тонн.Эти системы обычно устанавливаются менее чем за день вашим местным профессиональным специалистом по HVAC. они не подходят для мини-сплит-систем. Поддержка компрессоров с регулируемой скоростью вращения ограничена. Доступны коммерческие системы обогрева бассейнов с рекуперацией тепла от пяти до двадцати тонн. Возможна поставка до 200 тонн индивидуальных систем рекуперации тепла. Почему титан? Почему ПВХ для внешнего корпуса ? |
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Специальный выпуск: Проектирование теплообменников для тепловых насосов
Уважаемые коллеги,
Мы рады предложить вам представить доклад для специального выпуска Energies по теме «Проектирование теплообменников для тепловых насосов».
Как известно, тепловые насосы (ТН) позволяют подавать тепло без прямого сжигания как в гражданских, так и в промышленных применениях. Это очень эффективные системы, которые за счет использования электроэнергии значительно сокращают локальное загрязнение окружающей среды и глобальные выбросы CO 2 . Тот факт, что электричество является частично возобновляемым ресурсом, и поскольку коэффициент полезного действия (COP) может достигать четырех и более, означает, что ВД могут быть почти углеродно-нейтральными для полного устойчивого будущего.
Правильный выбор источника тепла и правильная конструкция теплообменников имеют решающее значение для достижения высокого КПД — примерами могут быть теплообменники с заземлением, системы озера / моря / сточных вод, улучшенные поверхностные теплообменники и HP, использующие отходы тепло от промышленных и гражданских процессов.
Теплообменники (также с точки зрения стратегий управления HP), следовательно, являются одним из основных элементов HP, и улучшение их характеристик повышает эффективность всей системы.Для правильного выбора размера необходимо учитывать как теплопередачу, так и падение давления, особенно в случае мини- и микрогеометрии, для которых традиционные модели и корреляции не могут быть применены. Новые модели и измерения требуются для лучшего проектирования систем высокого давления, включая стратегии оптимизации использования энергии, контроля температуры и механической надежности. Важной особенностью также является фазовый переход хладагента, который может вызвать проблемы, связанные с фазовым распределением в теплообменнике.
Кроме того, выбор подходящей охлаждающей жидкости важен для улучшения энергетических характеристик и повышения экологической совместимости. Таким образом, требуется мультидисциплинарный подход к анализу.
Статьи, представленные для этого специального выпуска, могут быть исследовательскими работами (теоретическими и экспериментальными), обзорами или анализом тематических исследований.
Проф. Марко Фосса
Проф. Антонелла Приароне
Приглашенные редакторы
Информация для подачи рукописей
Рукописи должны быть представлены онлайн по адресу www.mdpi.com, зарегистрировавшись и войдя на этот сайт. После регистрации щелкните здесь, чтобы перейти к форме отправки. Рукописи можно подавать до установленного срока. Все статьи будут рецензироваться. Принятые статьи будут постоянно публиковаться в журнале (как только они будут приняты) и будут перечислены вместе на веб-сайте специального выпуска. Приглашаются исследовательские статьи, обзорные статьи, а также короткие сообщения. Для запланированных статей название и краткое резюме (около 100 слов) можно отправить в редакцию для объявления на этом сайте.
Представленные рукописи не должны были публиковаться ранее или рассматриваться для публикации в другом месте (за исключением трудов конференции). Все рукописи проходят тщательное рецензирование путем слепого рецензирования. Руководство для авторов и другая важная информация для подачи рукописей доступна на странице Инструкции для авторов. Energies — это международный рецензируемый журнал с открытым доступом, выходящий раз в полгода, издающийся MDPI.
Пожалуйста, посетите страницу Инструкции для авторов перед отправкой рукописи.Плата за обработку статьи (APC) для публикации в этом журнале с открытым доступом составляет 2000 швейцарских франков. Представленные документы должны быть хорошо отформатированы и написаны на хорошем английском языке. Авторы могут использовать MDPI Услуги редактирования на английском языке перед публикацией или во время редактирования автора.
Как работает тепловой насос? — HPT
Рынок и технологии:
Для реализации цикла теплового насоса необходимы следующие элементы: высокотемпературный теплообменник, низкотемпературный теплообменник и теплоноситель, который переносит тепло от низкотемпературного источника к высокотемпературному. раковина.В настоящее время наиболее распространенная конструкция включает четыре основных компонента: испаритель, конденсатор, компрессор и расширительный клапан. Теплоноситель называется хладагентом.
Испаритель
Испаритель представляет собой низкотемпературный теплообменник, в который хладагент входит в виде низкотемпературной жидкости, поглощает тепло от источника тепла за счет испарения при низком давлении и уходит в виде низкотемпературного пара.
КомпрессорВ компрессоре низкое давление низкотемпературного хладагента из испарителя повышается до давления, достаточно высокого, чтобы соответствовать желаемой температуре конденсации в конденсаторе.Во время сжатия повышается не только давление, но и температура хладагента.
КонденсаторКонденсатор представляет собой высокотемпературный теплообменник, в который хладагент входит в виде высокотемпературного пара, отводит тепло в радиатор путем конденсации под высоким давлением и выходит в виде высокотемпературной жидкости.
Расширительный клапанПо возвращении в испаритель из конденсатора высокотемпературный жидкий хладагент высокого давления должен быть заменен на низкотемпературную жидкость низкого давления, которая поступает в испаритель.Обычно это достигается с помощью дроссельного устройства, известного как расширительный клапан. Когда горячая жидкость проходит через этот клапан, понижается не только ее давление, но и температура. Когда давление падает, хладагент начинает испаряться в клапане, и тепло испарения отбирается от самого хладагента, что вызывает падение его температуры, что приводит к низкотемпературной смеси жидкости и пара под низким давлением.
Комфортный, высокоэффективный тепловой насос с водопоглощающими теплообменниками, покрытыми адсорбентом
Слой, покрытый адсорбентом
Наша концепция водопоглощающего теплообменника проиллюстрирована на рис.1c, который обычно работает при 10–20 ° C для охлаждения / адсорбции и при 40–50 ° C для нагрева / десорбции. В этой конструкции слой, покрытый влагопоглотителем, наклеивается на поверхность ребер основного теплообменника (здесь мы используем ребристый теплообменник в качестве примера), чтобы сформировать интегрированный тепло- и массообменник. Слой, покрытый осушителем, основан на композитном мезопористом осушителе на основе хлорида лития (CSGL) на основе силикагеля, изготовленном из хлорида лития в качестве наполнителя благодаря соответствующей относительной влажности расплывания и мезопористым частицам силикагеля (50–100 меш). как матрица из-за большого пустотного объема.Такой композитный осушитель может обеспечить небольшую адсорбционную способность при низкой относительной влажности (менее 50% RH) и высокую адсорбционную способность при средней относительной влажности (в диапазоне 50–80% RH) благодаря сочетанию капиллярной конденсации и абсорбции раствора. Учитывая, что температура испарения, необходимая для охлаждения, часто приближается к точке росы и что относительная влажность на поверхности ребер конденсатора обычно ниже 30% относительной влажности, CSGL полностью удовлетворяет требованию достаточной разницы водоадсорбционной способности при двух типичных условиях цикла ( например, 15 ° C / 80% относительной влажности и 45 ° C / 30% относительной влажности).Кроме того, водоразбавляемый составной клей, используемый в качестве связующего (толщиной приблизительно с радиус частицы), не только гарантирует прочное прилипание гранулированных осушителей к змеевику, но также обеспечивает защитное покрытие для предотвращения хлоридной коррозии. Между тем, легче избежать коррозии или уноса капель жидкости, контролируя содержание соли 21 , и предотвратить насыщение или утечку, регулируя продолжительность процесса поглощения влаги. Фактически, толщина слоя, покрытого адсорбентом, является одним из важных параметров, влияющих как на загрузку адсорбента, так и на конвекционную теплопередачу.Оптимальное значение, которое удовлетворяет обоим критериям, составляет примерно 10% площади плавника, исходя из нашего опыта. Подробности изготовления WSHE приведены в разделе «Методы».
В качестве модельной системы содержание соли CSGL составляет 16,2 мас.%, Его изотермы представлены на рис. 2а. Можно видеть, что содержание воды в CSGL при 15 и 45 ° C при определенной относительной влажности мало различается, что указывает на то, что влагопоглощающая способность CSGL нечувствительна к температуре, но в основном зависит от относительной влажности.Разница в адсорбционной способности между типичной фазой охлаждения / адсорбции (относительная влажность 80%) и фазой конденсации / десорбции (относительная влажность 30%) составляет 0,34 кг кг -1 , что более чем в два раза больше, чем у силикагеля. Морфология поверхности похожа на разбитое стекло, а глобулярные силикагели погружены в затвердевший золь кремнезема (дополнительный рис. 1). Его толщина оценивается в диапазоне 0,2–0,25 мм, исходя из нагрузки осушителя на единицу площади, 158,6 г -2 , учитывая, что плотность гранулированного силикагеля 50 ~ 100 меш составляет 600-700 кг / м — 3 .Перепад высот слоя адсорбента составляет около 0,05–0,15 мм, на что указывают изменения цвета, показанные на рис. 2b, что также подтверждает распределение глобулярных силикагелей. Распределение пор по размерам слоя, покрытого осушителем, показывает двойные пики вокруг точек на 4 и 20 нм (дополнительный рисунок 2) со средним диаметром пор 8,4 нм, что немного меньше, чем у мезопористого силикагеля (10,4 нм). . Рациональным предположением было бы то, что большие поры частично заполнены или, по крайней мере, сужены.Совокупный объем пор при 4 нм очень мал, а при 20 нм относительно больше, что представляет собой затвердевшее связующее и глобулярный силикагель соответственно. Удельная поверхность и объем пор составляют 143 м 2 г -1 и 0,25 см 3 г -1 соответственно. Другие текстурные свойства пленки CSGL, такие как теплопроводность, удельная теплоемкость и константа скорости адсорбции, также были измерены как 5,27 Вт · м -1 K -1 ,1.2 кДж кг −1 K −1 и 1.0 × 10 −3 s −1 соответственно.
Рис. 2: Изотермы CSGL и фотография поверхности слоя, покрытого осушителем, с цифровой микроскопии.( a ) Изотерма адсорбции водяного пара CSGL при 15 и 45 ° C по сравнению с чистым мезопористым силикагелем. ( b ) Изображение толщины слоя из цифровой голографической микроскопии (DHM).
Слабо связанный тепло- и массообмен
Слой, покрытый влагопоглотителем, создает дополнительное тепловое сопротивление для теплопроводности, но снижает тепловое сопротивление для конвекции из-за увеличения скорости технологического воздуха, протекающего через WSHE, из-за суженного пространства оребрения.Между тем, вместо конденсации влаги путем переохлаждения воздуха, как это делает осушитель на основе охлаждения, слой, покрытый осушителем, притягивает влагу из воздуха, создавая область с низким давлением пара на поверхности осушителя. Следовательно, WSHE демонстрирует некоторые особые характеристики тепло- и массообмена, отличные от хорошо известных характеристик обычных теплообменников. Экспериментальная установка для определения характеристик тепломассопереноса (и их эффективности) показана на дополнительном рис.3, а подробное описание WSHE проиллюстрировано в дополнительной таблице 1. Для удобства мы выбрали жидкую воду в качестве теплоносителя. Условия испытаний показаны в Таблице 1, а приборы для испытаний описаны в Дополнительном примечании 1. Каждая процедура испытаний включает в себя два процесса: процесс охлаждения / адсорбции, управляемый холодной водой, и процесс нагревания / десорбции, управляемый горячей водой. Эти два процесса работают взаимозаменяемо, и динамическое поведение тепломассопереноса измеряется путем регистрации изменения температуры сухого термометра, а также отношения влажности входящего и выходящего воздуха в зависимости от времени.Результаты сравниваются с результатами для базового теплообменника того же размера, как показано на рис. 3a и b, а более подробные экспериментальные данные представлены в расширенной таблице данных.
Таблица 1 Условия испытаний для определения характеристик тепломассопереноса в воздухе. Рис. 3: Характеристики тепломассопереноса WSHE в воздушной зоне.( a ) Соотношение температуры и влажности воздуха по сухому термометру на выходе WSHE и базовой линии при температуре горячей воды 50 ° C и холодной воды 25 ° C.( b ) Соотношение температуры и влажности выходящего воздуха по сухому термометру обоих теплообменников при температуре горячей воды 50 ° C и холодной воды 20 ° C. ( c – e ) Скорость поглощения водяного пара и механизмы поглощения водяного пара при различных температурах холодной воды. ( f ) Обозначения, используемые для ( c – e) . ( г ) Результаты экспериментов и соответствие модели линейной движущей силы (LDF) накопленного содержания воды с течением времени при различных температурах холодной воды. ( ч ) Экспериментальные данные и линейная аппроксимация усредненной по времени скорости поглощения воды.
Коэффициенты конвективного тепло- и массообмена для WSHE остаются неизменными по сравнению с исходными условиями. Как показывает процесс охлаждения / адсорбции, изображенный на рис. 3a, температуры по сухому термометру на выходе как базовой линии, так и WSHE, T a , eo , в основном одинаковы. Это указывает на то, что слой, покрытый влагопоглотителем, практически не влияет на ощутимую нагрузочную способность. Разумно предположить, что слой, покрытый осушителем, вызывает незначительные изменения в коэффициенте конвективной теплопередачи h , или, другими словами, сопротивление теплопередаче, создаваемое проводимостью через слой, покрытое осушителем, относительно невелико.Точно так же конвективный коэффициент массообмена h m не усиливается и не ослабляется в соответствии с аналогией тепломассопереноса для пластинчатого теплообменника, поскольку теплопередача и массообмен ограничены (теплопроводность) и диффузия (водяного пара), соответственно, через один и тот же ламинарный пограничный слой, покрывающий поверхность ребра 22 .
Движущая сила теплопередачи для WSHE почти идентична базовой, в то время как движущая сила массопереноса может быть значительно улучшена.Температуры по сухому термометру на выходе на рис. 3a и b показывают, что движущая сила теплопередачи Δ T немного ослаблена, что зависит от разницы отношения влажности на выходе между двумя теплообменниками Δ d . Рациональное объяснение состоит в том, что большее Δ d приводит к большему количеству теплоты адсорбции / десорбции, накапливаемой / потребляемой слоем, покрытым осушителем, и замедляется падение / повышение температуры слоя, покрытого осушителем. Коэффициенты влажности на выходе, показанные на рис.3a и b ясно показывают, что очевидное улучшение движущей силы массопереноса может быть легко достигнуто. Стоит отметить, что, когда температура холодной воды на входе T w выше точки росы влажности T dp , скрытую нагрузочную способность базовой линии можно почти игнорировать, в то время как WSHE по-прежнему замечателен, как показано на рис. 3a. Когда T w приближается к T dp , преимущества осушения с помощью WSHE становятся более заметными.
Слой, покрытый адсорбентом, демонстрирует высокую адсорбционную способность за счет капиллярной конденсации и быстрой адсорбционной динамики, что подтверждается экспериментами по изотермической адсорбции на исходном адсорбенте. Как показано на рис. 3c, когда T w выше T dp весь процесс поглощения воды последовательно проходит через три различных режима поглощения воды: неизотермическая адсорбция, изотермическая адсорбция и капиллярная конденсация. .Как только T w приближается к T dp (рис. 3d), происходит конденсация при охлаждении. Однако, если T w ниже, чем T dp (рис. 3e), поведение динамического поглощения воды почти эквивалентно первому. Эти результаты ясно демонстрируют, что капиллярная конденсация составляет почти две трети адсорбционной способности до того, как происходит конденсация при охлаждении.Хотя существуют различные режимы поглощения, содержание воды Δ w в разное время t и разное T w в целом очень хорошо согласуется с моделью LDF 23,24 [линейная движущая сила], как показано на рис. 3g. Единственное исключение возникает на начальной стадии неизотермической адсорбции (продолжительность менее 15 с и Δw менее 5% от общей). Это указывает на то, что весь процесс адсорбции можно рассматривать как изотермический. Усредненные по времени скорости водопоглощения (отношение содержания воды к продолжительности) еще раз подтверждают эту особенность (рис.3ч). Хотя на начальном этапе он быстро увеличивается, с течением времени он начинает уменьшаться примерно линейно. Результаты подгонки LDF показывают, что константа скорости адсорбции k увеличена с 1,76 × 10 −3 до 2,32 × 10 −3 / с 25 , с улучшением на 31,82% по сравнению со значением, измеренным в изотермической эксперименты по адсорбции для исходного осушителя, как показано в Таблице 2. Кроме того, значения k уменьшаются, когда T w становится ниже, но с меньшей скоростью уменьшения (Таблица 2).
Таблица 2 Адсорбционная динамика, показанная на рис. 3g, адаптированная к модели LDF [Δ w = Δ w ∞ (1 — e — узлы )].Короче говоря, WSHE демонстрирует полезную характеристику воздушной зоны, заключающуюся в слабой связи тепломассопереноса. Более конкретно, допустимая нагрузочная способность такая же, как и у базовой линии, в зависимости от разницы температур между обрабатывающим воздухом и WSHE, в то время как скрытая нагрузочная способность может быть значительно увеличена в зависимости не только от температуры теплообменника, но и от продолжительности работы. процесс охлаждения / адсорбции.Используя преимущество этого дополнительного параметра по сравнению с обычными теплообменниками, соотношение влажности на выходе можно легко контролировать, регулируя продолжительность без изменения температуры теплообменника.
Эта функция дает прекрасную возможность добиться независимого от температуры и влажности регулирования с помощью одного теплообменника. Более того, для WSHE в цикле сжатия пара температура испарения значительно возрастет (например, с 5 до 15 ° C) в результате отказа от глубокого охлаждения для осушения.Температура конденсации будет эффективно снижаться (например, с 50 до 40 ° C) из-за увеличения рассеивания тепла в воздухе за счет испарения адсорбированной воды. Кроме того, для системы кондиционирования воздуха в помещении скрытое тепло можно обрабатывать исключительно с помощью осушителя, а осушитель будет регенерироваться с использованием тепла конденсации, и выделение тепла конденсации в окружающую среду будет значительно сокращено.
Слабосвязанное управление температурой и влажностью
В этой статье мы предлагаем новую концепцию слабосвязанного управления температурой и влажностью (THLC) в корпусе с одним тепловым насосом в соответствии с характеристиками слабосвязанного тепломассопереноса WSHE, как проанализировано выше.Основная идея этой новой концепции заключается в том, что явные и скрытые нагрузки можно обрабатывать независимо от WSHE. Согласно методу ε — NTU 26,27 , можно оценить явную теплоемкость WSHE как испарителя, Q c , s , игнорируя потери теплоемкости из-за его тепловая инерция,
Согласно балансу массы воды, ее скрытая теплоемкость, Q c , l , может быть получена как
, где G a — расход приточного воздуха в кг с −1 м d масса осушителя в кг, T a , ei температура воздуха на входе в ° C, T e 2 температура в ° C, C p , a удельная теплоемкость воздуха, NTU e количество теплообменников, d ei и сухой воздух в let и усредненные по времени отношения влажности на выходе в кг кг −1 соответственно, γ теплота конденсации в кДж кг −1 , а — усредненная по времени скорость поглощения воды в кг кг −1 с -1 .
Конструкция и стратегии управления этой новой концепцией заключаются, во-первых, в том, что требуемая температура приточного воздуха регулируется путем регулирования температуры испарения, проиллюстрированной уравнением. (1), и, во-вторых, влажность приточного воздуха удовлетворяется путем регулирования продолжительности адсорбции / десорбции в соответствии с кривыми усредненной по времени скорости поглощения воды осушающим слоем при определенной температуре, как показано на рис. 3h и проиллюстрировано уравнением. (2). Например, как показано на рис. 3h, когда скрытая нагрузка становится больше, а ощутимая нагрузка остается неизменной, требуется только сокращение продолжительности и поддержание неизменной температуры испарителя.Напротив, когда скрытая нагрузка остается неизменной, в то время как ощутимая нагрузка увеличивается, необходимо снижение температуры испарения и увеличение продолжительности. Таким образом можно гибко приспособиться к различным ощутимым и скрытым нагрузкам на здания в любом климате. Следовательно, WSHE с THLC может эффективно улучшить нагрузочную способность и передачу энергии теплового насоса, а также гибкость управления. В то же время эта концепция сохраняет всю систему компактной и простой.
Энергоэффективность
Для первой демонстрации этого подхода мы разработали одинарный тепловой насос DX с улучшенным влагопоглотителем, состоящий из двух частей, контура сжатия пара и воздуховодов, которые расположены в шкафу с двумя воздухозаборниками ( наружный воздух, OA, и возвратный воздух, RA) и два воздуховыпускных отверстия (приточный воздух, SA, и вытяжной воздух, EA) (рис. 1a и b). Два идентичных WSHE в контуре сжатия пара работают как испаритель или конденсатор при помощи четырехходового клапана.Соответственно, обрабатывающий воздух (смесь OA и RA) и отработанный воздух (смесь OA и RA) могут быть переключены на испаритель и конденсатор с помощью переключателя переднего воздуховода. Выходящий воздух из испарителя и конденсатора может быть направлен в SA и EA с помощью переключателя заднего воздуховода. Подробная информация о конструкции системы приведена на дополнительном рисунке 4 и в дополнительной таблице 2, а испытательные приборы описаны в дополнительном примечании 1. Рабочие характеристики демонстрационной системы были протестированы по обычному сценарию летом для кондиционирования воздуха в помещении (наружная температура 35 ° C / 60% относительной влажности и 25 ° C / 50% относительной влажности в помещении, 30% наружного свежего воздуха) в соответствии со стандартом ISO 5151: 1994.Результаты экспериментов (рис. 4a и b) показывают, что температура конденсации приближается к 43 ° C, температура испарения составляет примерно 13 ° C, средняя температура приточного воздуха по сухому термометру составляет примерно 20 ° C, соотношение влажности составляет примерно 8,5 г / кг сухого воздуха (относительная влажность 50%), а мощность, потребляемая компрессором и вентиляторами, составляет примерно 980 и 149 Вт соответственно. Другими словами, общая холодопроизводительность составляет 7,0 кВт при КПД компрессора примерно 7,14 и КПД системы 6,2. Это почти вдвое больше, чем у обычных комнатных кондиционеров.
Рис. 4. Энергетические характеристики теплового насоса DX с улучшенным адсорбентом.( a ) Температура испарения, температура конденсации, температура приточного воздуха по сухому термометру (температура SA) и коэффициент влажности (коэффициент влажности SA) демонстрационной установки с продолжительностью 3 мин. ( b ) Мощность, потребляемая компрессором.
Основы геотермального теплового насоса | NREL
Геотермальные тепловые насосы используют почти постоянную температуру Земли для обогрева и охлаждения зданий.
Центр предпринимательства Западной Филадельфии использует геотермальную систему теплового насоса для большего более 31 000 квадратных футов пространства.
Хотя климат меняется в зависимости от сезона, в нескольких футах ниже поверхности земли остается при относительно постоянной температуре. Мелкая земля, или верхние 10 футов земли, поддерживает температуру от 50 до 60 ° F (10–16 ° C).Эта температура Зимой теплее воздуха над ней, а летом прохладнее.
Земляной теплообменник
Геотермальный тепловой насос использует это преимущество, обменивая тепло с землей через земной теплообменник . Теплообменник представляет собой систему труб, называемую петлей, которая закопана на мелководье. земля возле дома.Жидкость (обычно вода или смесь воды и антифриза) циркулирует по трубам, поглощая или отводя тепло в земле. Нагревать насосы работают так же, как холодильники, которые создают прохладное место (внутри холодильника) более прохладным, передавая тепло в относительно теплое место (окружающую комнату), делая он теплее.
Зимой тепловой насос отводит тепло от теплообменника и перекачивает его в система подачи воздуха в помещении, передающая тепло от земли внутрь здания.
Летом процесс обратный, и тепловой насос перемещает тепло из помещения. воздух в теплообменник, эффективно перемещая тепло из помещения на землю. Тепло, удаляемое из воздуха в помещении летом, также можно использовать для нагрева воды, предоставление бесплатного источника горячей воды.
Преимущества геотермальных тепловых насосов
Геотермальные тепловые насосы как возобновляемый источник энергии имеют много преимуществ, потому что они:
- Использует гораздо меньше энергии, чем обычные системы отопления, так как они потребляют тепло от земля
- Более эффективное охлаждение вашего дома
- Экономия энергии и денег
- Снижение загрязнения воздуха
- Подходят для всех областей США.
Дополнительные ресурсы
Для получения дополнительной информации о геотермальных тепловых насосах посетите следующие ресурсы:
Геотермальные тепловые насосы
Управление энергоэффективности и возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США
Руководство NREL для политиков по геотермальному отоплению и охлаждению
Геотермальная система ИКЕА может сообщить другим
Прочтите, как NREL помог ИКЕА успешно контролировать первую геотермальную систему с тепловым насосом
для использования на одном из их объектов.
C40 Cities — Глобальная сеть мэров, принимающих срочные меры для противодействия климатическому кризису и создания будущего, в котором каждый может процветать.
Сан-Паулу Гонконг Шанхай Стамбул Гуанчжоу Рио де Жанейро Дар-эс-Салам Сеул Буэнос айрес Мумбаи Лагос Тель-Авив — Яффо Куала Лумпур Амстердам Калькутта Quezon City Остин Хьюстон Сан-Франциско Абиджан Дурбан (eThekwini) Сиэтл Циндао Дубай Амман Копенгаген Портленд Джакарта Бангалор Дели NCT Роттердам Париж Барселона Сан-Паулу Гонконг Шанхай Стамбул Гуанчжоу Рио де Жанейро Дар-эс-Салам Сеул Буэнос айрес Мумбаи Лагос Тель-Авив — Яффо Куала Лумпур Амстердам Калькутта Quezon City Остин Хьюстон Сан-Франциско Абиджан Дурбан (eThekwini) Сиэтл Циндао Дубай Амман Копенгаген Портленд Джакарта Бангалор Дели NCT Роттердам Париж Барселона
Экурхулени Рим Аккра Медельин Фучжоу Вашингтон Торонто Фритаун Майами Лондон Мадрид Мехико Осло Варшава Жители Нового Орлеана Ухань Богота Лима Иокогама Нью-Йорк Сидней Карачи Лиссабон Йоханнесбург Москва Аддис-Абеба Ханой Гейдельберг Милан Филадельфия Дакар Дакка (север и юг) Ванкувер Экурхулени Рим Аккра Медельин Фучжоу Вашингтон Торонто Фритаун Майами Лондон Мадрид Мехико Осло Варшава Жители Нового Орлеана Ухань Богота Лима Иокогама Нью-Йорк Сидней Карачи Лиссабон Йоханнесбург Москва Аддис-Абеба Ханой Гейдельберг Милан Филадельфия Дакар Дакка (север и юг) Ванкувер
Мельбурн Бангкок Шэньчжэнь Ченнаи Сингапур Берлин Сальвадор Пекин Куритиба Чэнду Монреаль Токио Сантьяго Гвадалахара Стокгольм Кито Чикаго Далянь Ханчжоу Афины Феникс Венеция Кейптаун Нанкин Чжэньцзян Найроби Хошимин Окленд Лос-Анджелес Tshwane Бостон Мельбурн Бангкок Шэньчжэнь Ченнаи Сингапур Берлин Сальвадор Пекин Куритиба Чэнду Монреаль Токио Сантьяго Гвадалахара Стокгольм Кито Чикаго Далянь Ханчжоу Афины Феникс Венеция Кейптаун Нанкин Чжэньцзян Найроби Хошимин Окленд Лос-Анджелес Tshwane Бостон
.