Рабочий цикл теплового насоса

По сути, тепловой насос — это одна из разновидностей холодильных машин. Ранее мы уже рассматривали типы тепловых насосов, а в сегодняшней статье разберем рабочий цикл теплового насоса с воздушным внешним контуром.

Принцип действия легко объяснить по аналогии с бытовым холодильником. Как и в нем, в тепловом насосе ключевые роли выполняют конденсатор – горячая решетка на задней стенке холодильника, испаритель – алюминиевая вставка в морозильной камере. В тепловом насосе конденсатор отдает тепло в дом через систему отопления и греет воду для горячего водоснабжения, испаритель вынесен вне дома и собирает тепло земли, воздуха или воды – не важно. Это тепло солнца, которое машиной перекачивается в ваш дом. Наружный контур теплового насоса может быть воздушным, геотермальным, или комбинированным.

Наружный контур геотермального теплового насоса – одна из самых дорогостоящих его составляющих.

Разберемся в нашей весьма упрощенной классификации. Для потенциального потребителя продукта, прежде всего, важны практические аспекты.

Воздушный контур – предназначен для снятия тепла уличного воздуха, в принципе он похож на очень развитый радиатор автомобиля, и проблемы с его обслуживанием примерно такие же. Он должен быть всегда чистым, но при этом он настолько сложен и нежен, что даже очистка напорной струей воды способна его повредить.

Недостатки теплового насоса с воздушным контуром отчасти неустранимы – его коэффициент преобразования (эффективность ТН относительно электрического котла) напрямую зависит от температуры окружающей среды и обратно пропорционален ей.

Это означает, что в холодный период, когда потребность в тепле наибольшая, эффективность системы минимальна, и наоборот. Для чего летом может понадобиться такое соотношение? Например, для нагрева воды в бассейне. Здесь тепловой насос с воздушным наружным контуром вне конкуренции.

Геотермальный контур устроен совершенно иначе. Несколько типов геотермального контура:

• Поверхностный контур

Это длинные пластиковые трубы, уложенные в грунт немного ниже глубины промерзания. Такой контур имеет очень большой размер (в несколько десятков соток земли). При пучинистых грунтах строить над ним нельзя. Теплофизические параметры контура нестабильны, то есть расчет этого контура не так прост, как бурового, а эффективность его в период наибольшей потребности в тепле несколько ниже, чем для бурового или водяного. В разных странах применяются различного размера трубы, это отражается и на прочих параметрах контура. У нас принята полиэтиленовая труба диаметром 40мм. Для этого контура невозможно применение пассивного кондиционирования.

• Буровой (вертикальный) контур

Те же трубы сложенные вдвое, помещены в буровые скважины глубиной около 100 м. При всех преимуществах имеет весомый недостаток в виде высокой цены, поскольку стоимость бурения заметно отражается на общей стоимости проекта.

• Буровой веерный контур

Совмещает достоинства вышеназванных типов земляных контуров. Компактен, эффективен, недорог. Возможно пассивное кондиционирование.

Недостатки: Требует специальной буровой установки и решения некоторых технических вопросов. Зачастую специализированные установки подобного рода имеют ограничения на работу в определенных видах грунтов – например, предназначены только для работы в супесчаных и суглинистых грунтах без включений камней. Для более сложных грунтов, как правило, требуется потратить больше времени на поиск исполнителя, в парке которого есть необходимая техника.

• Водяной контур

Внешне весьма похож на поверхностный, но утапливается в воду близлежащего водоема. Самый дешевый и достаточно эффективный, однако имеет недостаток в виде того, что не у каждого участка есть непосредственный доступ к водоему. Пассивное кондиционирование невозможно, если водоем прогревается летом у дна примерно до +10С.