Тепловые насосы вода лед

Типы тепловых насосов: вода-вода и лед – вода

Тепловые насосы «лед – вода». Вы можете еще раз убедиться, что ни один из множества тепловых насосов, предлагаемых дилерами, не подходит для российских климатических условий. Тем не менее, возможен вариант реализации в жизнь тепловых насосов типа «лед- вода». Суть в том, что вода, замерзая, выдает много тепла (350 Кдж/кг), что в 85 раз больше, чем она выдает при остывании всего на 1 градус. К тому же фактически не меняется ее температура (всего остывает на 1 градус) пока вся не замерзнет. Тепло, возникшее при фазовом переходе воды из жидкого в твердое состояние, весьма заманчиво использовать. Чтобы получить часовую норму отопления (38 тысяч Кдж) необходимо заморозить всего лишь 130 литров воды! При этом можно рекомендуется использовать тепловой насос типа «воздух-вода». Нужно только доработать теплообменник, что бы происходило охлаждение не воздуха, а воды, а также существовала возможность избавляться ото льда. Кроме этого придется разработать систему удаления образовавшегося льда. Формально, его можно складировать, а весной-летом он просто растает.

За зимний период можно накопиться приблизительно 200-300 тонн., что равно объему среднего городского бассейна. Подобный тепловой насос обладает всеми шансами для использования в российских условиях.

Более перспективны тепловые насосы типа «вода-вода». Для своей работы они используют тепло, проточных, грунтовых и других видов вод, в том числе и сточных. Поэтому канализация потенциальный источник тепла.

Вода более теплоемкое вещество, чем воздух. Для того чтобы получить 38 тысяч Кдж, нужно охладить 4-5 тонн воды на 4-5 градусов. Это не мало, поскольку грунтовая вода имеет не высокую температуру в + 5-6 градусов и переохлаждать ее сильно нельзя, чтобы сохранялась возможность ее дренирования, а не замерзания. Добыть данное количество воды не будет проблемой, так как у нас избыток грунтовых вод. Проблема в дренаже. За сутки придется дренировать десятки тонн! Многие неверно думают, что ее можно сливать в такую же скважину.

Но это нельзя сделать, поскольку грунт не сможет принять такое количество воды из-за проблем с всасыванием.

Источник

Тепловое отопление.

Тепловое отопление в доме осуществляется при помощи тепловых насосов, которые в зависимости от принципа работы бывают компрессионные и абсорбционные. Чтобы насосы первого типа нормально функционировали, требуется обеспечить их дополнительным источником энергии. Абсорбционные же насосы позволяют использовать тепло в полном объеме для решения всех рабочих задач. Но основная классификация такого оборудования идет по источнику отбора тепла и насосы делятся по этому признаку на следующие виды:

– геотермальные тепловые насосы, которые бывают открытого типа и замкнутого (водные, вертикальные, горизонтальные);

– от использования вторичного тепла.

Насосы последнего вида применяются только в промышленности, а вот воздушные и геотермальные сейчас часто используют для отопления частных домов (эти насосы отбирают тепло у воздуха или грунтовых вод).

Тепловые насосы еще делятся по типам теплоносителей, которые используются во входном контуре и получаются на выходе. Речь идет обычно об оборудовании типа:

У каждого конкретного варианта существуют индивидуальные технические параметры, рекомендации по использованию в различных климатических поясах, своя специфика установки, а также достоинства и недостатки.

Насосы теплового отопления типа вода – вода.

Насос данного типа считается наиболее перспективным оборудованием. Основан принцип его работы на использовании грунтовых, проточных, сточных и других вод, имеющих плюсовую температуру. Очень хорошо, когда на участке или недалеко от него имеется водоем, но если его нет, то можно обойтись и двумя скважинами. Тепловые насосы вода – вода подходят лучше всего, чтобы обеспечить тепловое отопление в доме и решить проблему с нагревом воды.

Насосы теплового отопления типа воздух – воздух.

На рынке конструкций эти насосы являются наиболее выгодным решением из всех представленных вариантов. Его работа построена на том, что забирая из наружного воздуха тепловую энергию, насос ее сразу передает в помещение. Насосы такого типа используются для удешевления работы энергетической системы теплового отопления и нагревают воду. Применять устройство в ряде случаев можно и в «обратную» сторону, то есть охлаждать помещение в жаркий летний период. По сравнению с другими моделями тепловые насосы воздух – воздух имеют ряд конкурентных преимуществ:

– универсальность в применении;

– надежность в эксплуатации;

– наличие оптимизированной вентиляционной системы.

Насосы теплового отопления типа вода – воздух.

Один из видов геотермального теплового насоса, который для своей работы использует тепло грунтовых и других вод. Тепловое отопление в такой системе осуществляется за счет воздуха, что для частного дома идеальным решением не считается.

Насосы теплового отопления типа воздух – вода.

Конструкция такого теплового насоса близка к системе «воздух – воздух». Этот насос прост в установке, отличается невысокой ценой и не нуждается в проведении каких-либо земельных работ. Жидкость постоянно циркулирует в отопительном контуре данного устройства, поэтому эти насосы рекомендуют использовать при запуске отопительной системы дома.

Насосы теплового отопления типа лед – вода.

Такой вид насосов не получил широкого распространения. Работает по принципу системы «воздух – вода», но вода при охлаждении используется до критической температуры замерзания, а высвобождаемая при этом энергия вполне покрывает нужды одного дома.

Насосы теплового отопления типа грунт – вода.

Является одним из самых надежных насосов. Он использует тепло земли, но для эффективной работы нужно в грунте проложить трубопроводы большой длины. Это необходимо, чтобы грунт после отдачи тепла заново нагрелся, а нанос продолжил работу. Такой процесс является трудозатратным и не всегда его можно осуществить в пределах одного участка.

Многообразие видов позволяет для любого дома подобрать подходящий тепловой насос. Это устройство будет снабжать дом необходимым объемом тепла, но при этом рационально использовать природные ресурсы и не портить экологию. Прежде чем осуществить выбор насоса, рекомендуется почитать отзывы на тепловые насосы, чтобы учесть особенности эксплуатации и установки. Самостоятельно устанавливать тепловые насосы не стоит, ведь от качества монтажных работ зависит, насколько хорошо тепловое отопление будет функционировать во всем доме.

Источник

Отопление с помощью льда. Извлечение энергии фазового перехода вода-лёд

Любое отопление – это получение энергии (в основном химическим способом окисления топлива), либо перенос энергии теплоносителем тепловыми насосами. Эта тема относится к модификации грунтового теплового насоса. Информация будет интересна для тех, кто знаком с принципом его работы.

Заголовок статьи звучит парадоксально, но этот способ можно кратко описать именно так. Используется физическое явление выделения энергии при фазовом переходе вода-лед:

Известно, что вода при замерзании выделяет много тепловой энергии (330 кДж/кг), это почти в 80 раз больше, чем выделяется при её остывании на 1 гр. При этом процессе замерзания вода не меняет свою температуру (-1С) пока не замерзнет весь ее объем.

Система представляет из себя не грунтовый теплообменник как в тепловом насосе грунт-вода, а тепловой насос вода-вода: в бетонную или иную надежную емкость, закопанную на глубину 4 м, устанавливают сам теплообменник и заливают воду. Тепловой насос извлекает тепло из воды, а в момент ее замерзания – вода отдает еще больше тепла.

Замершая вода в крайнем цикле процесса. А что дальше? Выкачивать тепло из льда уже не получится. Система останавливается? Да, и тепловой насос должен переключиться на вторую установку, вторую емкость. А первая переходит в режим оттаивания. Но тепло от грунта будет растапливать этот лед месяцами. Это и есть основной минус системы. Также нужна надежная емкость. Лед расширяется при замерзании воды и может деформировать бетонные кольца.

Для ускорения процесса оттаивания используют солнечные коллекторы:

В сибирские морозы в пасмурную погоду они не работают, но в ясную солнечную могут выдавать определенный объем тепловой энергии для оттаивания подземной емкости с водой. После замерзания воды во втором контуре – коллекторы переключаются на него, а система переходит на извлечение тепла из первой. Как становится понятным, нужна автоматика, контроллеры, следящие за температурой воды.

Основные цифры, говорящие, сколько содержится тепла (энергии) в определенной емкости:

По моим подсчетам, этого тепла в зимний период хватит на 10 дней для отопления дома площадью 120 м2 (если не прав — поправьте).

Есть информация, что под Гамбургом введена в эксплуатацию такая система отопления от энергии фазового перехода вода-лед и работает с 2015г. Емкость 1,5 млн. литров воды отапливает 500 домов. В Европе такая система с использование солнечных коллекторов вполне применима. И там ее плюс будет в том, что не нужно бурить скважины для теплообменников традиционных тепловых насосов грунт-вода. Меньше затрат на эти работы.

В свое время попадалось видео, где пенсионер-изобретатель поливал стену своего дома водой, та замерзала и он доказывал, что при замерзании выделяется тепло, которое компенсирует теплопотери дома.

Фотографии взяты из открытых источников, с сервиса Яндекс.Картинки

Подписывайтесь на канал, заносите его в закладки браузера (Ctrl+D). Впереди много интересной информации.

Источник

Энергоэффективный дом

Принцип работы теплового насоса

Простым языком, принцип работы теплового насоса близок к бытовому холодильнику — берет тепловую энергию у источника тепла и передает его в систему отопления. Источником тепла для насоса может быть грунт, скальная порода, атмосферный воздух, вода из разных источников (реки, ручьи, грунтовки, озера).

Типы тепловых насосов классифицируют по источнику тепла:

• воздух-воздух;
• вода-воздух;
• вода-вода;
• грунт-вода (земля-вода);
• лед-вода (редко).

Обогрев, кондиционирование и ГВС — все это может обеспечить тепловой насос. Для обеспечения всего этого ему не нужно горючее. Электричество, идущее на поддержание работы насоса, составляет примерно 1/4 от потребления другими видами отопления.

Компоненты системы отопления на тепловом насосе

Компрессор — сердце системы отопления на тепловом насосе. Он концентрирует рассеянное низкопотенциальное тепло, повышая его температуру за счет сжатия, и передает теплоносителю в систему. При этом электроэнергия тратится исключительно на сжатие и перенос тепловой энергии, а не на нагрев теплоносителя — воды или воздуха. По усредненным подсчетам, на 10 кВт тепла тратится до 2,5 кВт электричества.

Накопительный бак для горячей воды (для инверторных систем). Аккумулирующий бак накапливает воду, выравнивающую тепловые нагрузки отопительной системы и ГВС.

Хладагент. Так называемое рабочее тело, находящееся под низким давлением и кипящее при низких температурах, поглотитель низкопотенциальной энергии источника тепла. Это газ, циркулирующий в системе (фреон, аммиак).

Испаритель, обеспечивающий отбор и передачу тепловой энергии насосу из низкотемпературного источника.

Конденсатор, передающий тепло от хладагента воде или воздуху в системе.
Терморегулятор.

Первичный и вторичный грунтовый контур. Передающая тепло от источника к насосу и от насоса в домашнее отопление циркуляционная система. Первичный контур состоит из: испарителя, насоса, труб. Вторичный контур включает в себя: конденсатор, насос, трубопровод.

Принцип работы теплового насоса заключается в поглощении и последующем выделении тепловой энергии в процессе испарения и конденсации жидкости а так же в смене давления и последующем изменении температуры конденсации и испарения.

Тепловой насос изменяет движение тепла — заставляет двигаться в обратном направлении. То есть ТН тот же гидравлический, перекачивающий жидкости снизу-вверх, вопреки природному движению сверху-вниз.

Хладагент подвергается сжатию в компрессоре и передается конденсатору. Высокое давление и температура конденсирует газ (фреон чеще всего), тепло передается теплоносителю в систему. Процесс повторяется, когда хладагент проходит испаритель снова — давление снижается и запускается процесс низкотемпературного кипения.

В зависимости от источника низкопотенциального тепла, каждый вид насосов имеет свои нюансы.

Особенности тепловых насосов в зависимости от источника тепла

Тепловой насос воздух-вода зависит от температуры воздуха, которая не должна опускаться ниже +5°С за бортом, а заявленный коефициент преобразования теплоты СОР 3,5-6 реально получить только при 10°С и выше. Насосы такого типа инсталлируются на участке, в самом продуваем месте, устанавливают и на крышах. Примерно то же можно сказать о насосах «воздух-воздух».

Тип насоса «грунт-вода»

Насос «грунт-вода» или геотермальный тепловой насос совершает забор тепловой энергии из грунта. Земля имеет температуру от 4°С до 12°С, всегда стабильных на глубине 1,2 -1,5 м.

Горизонтальный грунтовый коллектор

Размещать горизонтальный коллектор нужно на участке, площадь зависит от температур грунта и размера отапливаемой площади, над системой кроме травки ничего сажать и размещать нельзя. Есть вариант вертикального коллектора со скважиной до 150 м. Промежуточный теплоноситель церкулирует по трубам, проложенным в грунте и прогревается до 4°С, охлаждая почву. В свою очередь, грунт должен восполнить потери тепла, а это значит, что для эффективной работы ТН нужны сотни метров труб по участку.

Вертикальный грунтовый коллектор

Тепловой насос «вода-вода»

Тепловой насос «вода-вода» работает на низкопотенциальном тепле рек, ручьев, сточных водах и грунтовках. Вода более теплоемкая, нежели воздух, но в охлаждении грунтовых вод есть свои нюансы — нельзя охлаждать до замерзания, вода должна свободно дренировать в грунт.

Грунтовый водяной коллектор

Нужно иметь стопроцентную уверенность, что за сутки получится беспрепятственно пропустить сквозь себя десятки тонн воды. Эта проблема часто решается сбросом охлажденной воды в ближайший водоем, с тем лишь условием, что водоем у вас за забором, иначе такое отопление выливается в миллионы. Если до проточного водоема десяток метров, то отопление тепловым насосом «вода-вода» будет самым эффективным.

Водяной коллектор

Тепловой насос «лед-вода»

Тепловой насос «лед-вода» достаточно экзотический тип насосов, требующий доработки теплообменника — насос воздух-вода переделывается под охлаждение воды и отводит лед.

За отопительный сезон накапливается около 250 тонн льда, которые можно складировать (такой обьем льда может наполнить средний бассейн). Этот тип тепловых насосов хорош для наших зим. 330 Кдж/кг — столько тепла выделяет вода в процессе замерзания. В свою очередь, остывание воды на 1°С дает в 80 раз меньше тепла. Норма отопления 36000 Кдж/ч получается из заморозки 120 литров воды. На этом тепле можно построить систему отопления тепловым насосом лед-вода. Пока информации по данному типу насосов очень мало, буду искать.

Плюсы и минусы тепловых насосов

Не хочется мне тут разглагольствовать по поводу «зеленой» энергии и экологичности, так как цена на всю систему оказывается заоблачной и тут в последнюю очередь задумываешься об озоновом слое. Если опустить стоимость системы отопления на тепловом насосе, то плюсы такие:

1. Безопасное отопление. Сужу по себе — когда мой газовый котел врубает горелку с хлопком, на голове каждые 15 минут появляется седой волос. Тепловой насос не использует открытого пламени, горючего топлива. Никаких запасов дров и угля.
   КПД теплового насоса около 400-500% (берет 1 кВт электроэнергии, тратит 5).
2. «Чистое» отопление без отходов сгорания, выхлопа, запаха.
3. Тихая работа при «правильном» компрессоре.

Жирный минус тепловых насосов — цена на всю систему в целом и редко встречающиеся идеальные условия для эффективной работы насоса.

Окупаемость системы отопления на основе теплового насоса может быть и 5 лет, а может и 35, и вторая цифра, к сожалению, более реальна. Это очень дорогая система на этапе внедрения и очень трудоемкая.

Как может выглядеть укладка труб под геотермальный насос на вашем участке

Кто бы что вам не рассказывал, нынче развелось кулибиных, расчетами на тепловой насос должен заниматься только специалист теплотехник, с выездом на объект.

Максимально эффективны тепловые насосы в системах с теплым полом и другими низкотемпературными системами отопления (до 40°С), так как чем меньше разница температур между теплоносителем и источником тепла, тем выше КПТ (коэффициент преобразования тепла).

Источник