партнерам
Використання теплових насосів в міському господарстві
Про теплові насоси
Тепловий насос - це холодильна машина, що відрізняється за принципом роботи від звичайного холодильника тільки наявністю спеціального реверсивного клапана, який може міняти напрямок потоку тепла. Теплові насоси можуть бути типізовані за ознакою виду використовуваних робочих середовищ у первинному й вторинному робочих контурах:
- – тепловий насос «повітря-повітря» — обидва контури використовують повітря як робочі середовища;
- – тепловий насос «вода-повітря» — первинний контур використовує воду як теплоносій, вторинний - повітря;
- – тепловий насос «вода-вода» — обидва контури використовують воду як теплоносій .
У межах справжньої презентації розглядаються тільки теплові насоси двох останніх типів, а саме, насоси з первинним водяним контуром, які на наш погляд, найбільш оптимальні для створення штучного клімату в міських умовах.
Найпоширенішим рефрижерантом у цей час є R-407, однак світові виробники переходять на нешкідливі для природи рефрижеранти, такі як R-410A. Усі сучасні рефрижеранти мають максимальну ефективність (відношення кількості корисного тепла до кількості витраченої електроенергії) при температурі первинного контуру, близької до кімнатної: 20-28 °C. Ця обставина робить ці насоси ідеальним засобом опалення й охолодження в міських умовах.°C.
Багатоповерхові житлові будинки
У цей час Україна переживає будівельний бум. Це найбільше помітно в таких містах як Київ, Дніпропетровськ, Харків та інші. Висота цих будинків може бути від 5 до 50 поверхів.
Середня висота стелі таких квартир близько трьох метрів і в них може бути легко встановлена система центрального кондиціювання повітря. У той же час стандартним розв'язком для обігріву квартир дотепер є звичайні високотемпературні радіатори або/і системи «теплих підлог». У багатьох випадках кондиціювання повітря відсутнє.
При можливості ці багатоповерхові будинки приєднуються до теплоцентралі. У випадках, коли такий розв'язок неможливий через відсутність теплоцентралі або нестачі на деяких її ділянках потужності, на таких будинках установлюються індивідуальні теплові пункти (ІТП). У рідких випадках будинку обладнані системою «Чилер-Фен-Койл».
Розглянемо ряд випадків, коли використання теплових насосів може суттєво спростити розв'язок завдань теплопостачання й кондиціювання й поліпшити якість житла в міських умовах.
Існуюча теплоцентраль вичерпала ресурси високо потенційного тепла
У цьому випадку вода в центральній мережі ще має досить низький рівень потенційного тепла для обігріву значної частини будинку. Зворотна вода звичайно має температуру 30-40 °C.
На цій діаграмі наведений приклад використання зворотньої води із центрального теплового пункту для нагрівання контуру водяних теплових насосів. Ця система використовує теплообмінник і триходовий клапан для підтримки температур у прямій трубі контуру теплових насосів у діапазоні 25-28 градусів. Вода у зворотній трубі теплових насосів звичайно опускається до 15-20 градусів.
Діаграма ілюструє випадок, коли гаряча питна вода поставляється традиційним методом із ЦТП. У якості альтернативи для гарячого водопостачання можуть бути використані індивідуальні теплові насоси типу Вода-Вода серії WP, розташовані в кожній квартирі.
Підключення будинку прямо до зворотньої труби центральної теплової мережі
Насос P11 або P12, оснащений частотним перетворювачем, забирає воду зі зворотньої труби теплової мережі, прокачує її через теплообмінник і повертає в ту ж трубу. Система керування регулює швидкість насоса таким чином, щоб температура в прямій трубі контуру теплових насосів була в оптимальному діапазоні від 25-28 градусів. Переваги цієї системи полягає в її порівняно малому розмірі , легкості монтажу.
В обох випадках легко додається система охолодження при установці на даху градирні
На цій діаграмі в періоди, коду потрібне опалення, працюють насоси Р1 і Р2 і клапан V1 включений у стан обходу градирні, градирня вимкнена. Система керування підтримує температуру ТІ в діапазоні 25-28 градусів. Коли потрібне охолодження, насоси Р1 вимикаються, клапан V1 включається в стан пропуску води через градирню, система керування регулює швидкість вентилятора градирні так, щоб температура в прямій трубі контуру теплових насосів була в діапазоні 25-28 градусів.
Необхідно відзначити, що в перехідні періоди року значну частину часу не буде потрібно зовнішнього опалення або охолодження будинку, оскільки теплові насоси, наприклад на північній і південної сторонах будинку будуть працювати в протилежних режиму, і тепло буде перекачуватися з південної сторони будинку на північну.
У тих випадках, коли будується нова галузь теплової мережі,
розрахована на використання теплових насосів, вона може бути розрахована на максимальну температуру 70 °C. Така система забезпечить гаряче водопостачання й опалення протягом всього року.
Приєднання контуру теплових насосів може бути здійснене між прямою і зворотньої трубами теплової магістралі, або тільки до зворотньої труби з використанням циркуляційних насосів, як це показано на діаграмі. Основна перевага такого підходу є та обставина, що теплова магістраль може працювати при низьких тисках і може бути виконана з нержавіючих пластикових матеріалів.
При відсутності теплової мережі може бути використана схема «Котел-Градирня»
У цьому випадку низько потенційне тепло для обігріву генерується спеціальними високоефективними конденсаційними котлами. При необхідності виводу тепла вмикається градирня й включається клапан V3. При необхідності введення тепла в будинки, клапан V3 закривається, градирня вимикається, клапани V1 і/або V2 відкриваються, і включаються один або два котли.
Слід зазначити, що така система є значно більш енергетично економічною в порівнянні із традиційним водяним опаленням, оскільки значну частину часу тепло перекачується усередині системи з одних приміщень, що вимагають охолодження (наприклад, з південної сторони будинку) в інші приміщення, що вимагають опалення.
Система опалення й кондиціювання окремої квартири
Устаткування квартири може містити в собі тепловий насос із повітряним вторинним контуром. Для забезпечення адекватної вентиляції в насос подається необхідна кількість зовнішнього повітря, попередньо обробленого колективною приточною установкою (яка може бути побудована 
з використанням теплового насоса). Система може бути обладнана зонним регулюванням температури, при якій кожна зона (кімната) обладнається повітряною заслінкою й термометром, і система автоматики підтримує точну температуру в кожній зоні. При бажанні може бути встановлений тепловий насос типу «Вода-Вода», який забезпечить живлення теплих підлог, наприклад, у ванній.
Також може бути встановлений тепловий насос типу "Вода-Вода" з накопичувальним баком для забезпечення гарячого водопостачання. В останньому випадку до кожної квартири підводять тільки три труби: дві труби контуру теплових насосів і труба холодної води. Легко помітити, що пропонована система в стані забезпечити практично будь-який рівень комфорту протягом всього року , включаючи ті місяці, коли теплова мережа працює тільки в режимі гарячого водопостачання.
Існує тільки одна схема опалення й кондиціювання, яка може забезпечити порівнянний рівень комфорту. Це схема опалення й кондиціювання за допомогою фен-койлів. При цій схемі для нагрівання використовується тепло зі звичайної тепломережі, і для цілей охолодження використовується чилер з повітряним або водяним первинним контуром. Система теплових насосів має цілий ряд переваг у порівнянні з аналогічною системою з фен-койлами:
- Система з фен-койлами, що використовує в якості джерела тепла тепломережу, забезпечує обігрів тільки коли тепломережа функціонує в опалювальному режимі; тобто значна кількість днів у році в перехідні й літній періоди, коли зовнішня температура низька, система не забезпечує комфорту;
- Система з фен-койлами вимагає чотирьохтубне розведення з гарною теплоізоляцією. Система з тепловими насосами вимагає тільки дві труби й не вимагає теплоізоляції тому що труби мають температуру, близьку до кімнатної;
- Система с фен-койлами потребує установки великого і потужного чилеру, що находиться в комунальній власності. Система з тепловими насосами має основне обладнання в приватному користуванні, що значного полегшує вимоги щодо комунального сервісу системи.
- Оскільки значна частина енергії у випадку системи з тепловими насосами оплачується власником квартири (офісу), є достатній стимул до економії енергії;
- Як вказувалося вище, системи з тепловими насосами часто зовсім не використовують зовнішню теплову енергію, а використовують тільки електроенергію для перекачування тепла з одних приміщень в інші.
Підводячи підсумок, можна дійти висновку, що сучасні теплові насоси можуть знайти дуже широке застосування в міському будівництві, допомогти розв'язати багато роблем сучасного централізованого теплопостачання й у той самий час суттєво збільшити рівень комфорту в житловому й офісному фонді.
Слід також зазначити, що технологія теплових насосів має довгу історію розвитку, починаючи з п'ятдесятих років минулого століття. Це дуже добре освоєна технологія, що широко застосовується в житловому і комерційному будівництві цілого ряду країн, особливо в США і Японії.
