April 3 2024

Тепловой насос - что это и как он работает?

Чиллер – холодильная машина для охлаждения жидкостей, имеющая широкое применение во всех отраслях производства, где есть необходимость в отводе лишнего тепла. Несмотря на это, вариативность опций чиллеров является достаточно широкой. Они могут быть оснащены гидромодулем, опцией freecooling, могут иметь увеличенную эффективность или же пониженный шум. Но сегодня мы рассмотрим одну из самых популярных опций для чиллеров – тепловой насос. Так что же это за оборудование и как оно работает?

Тепловой насос – прибор для получения тепловой энергии из окружающей среды и использования ее для отопления и нагрева воды. Такие насосы успешно отапливают и обеспечивают горячей водой целые города. Популярность оборудования и рост спроса на него связаны с экономичностью работы устройства: тратя 1 кВт электроэнергии, тепловой насос производит 3-5 кВт тепловой энергии.

Принцип работы теплового насоса, как и чиллера, основан на переносе тепла. Если чиллер переносит тепло от потребителя на улицу, тепловой насос наоборот переносит тепло с улицы к потребителю, таким образом меняются местами конденсатор и испаритель.

Для того чтобы изменять режим «обогрев» на «охлаждение» используется 4-х ходовой клапан, переключающий направление потока фреона.

КПД теплового насоса приводит многих в замешательство, так как если посчитать, то он принципиально больше 100%. Однако, подобные расчёты просто неправильны и не учитывают источник энергии, кроме потребляемого электричества. Таким источником обычно является воздух. Электроэнергия в устройстве не тратится непосредственно на нагрев, а лишь на «концентрацию» энергии источника низкопотенциального тепла, как правило, обеспечивая энергией работу компрессора. Т.е., тепловой насос имеет два источника энергии — электричество и источник низкопотенциального тепла, а расчёты не учитывают второй источник, и ошибочно получаются значения больше единицы.

Более правильным для характеристики продуктивности теплового насоса был принят коэффициент СОР – коэффициент трансформации (или коэффициент производительности). Чем выше цифра, тем тепловой насос более эффективен. Итак, если в технической документации пишут, что КПД равен 400%, то это нужно трактовать как: СОР данного оборудования равен 4. СОР высчитывается по формуле:

СОР=Т2/(Т2-Т1)

где:
Т1—- температура природного источника (воздух) Т2—- температура теплоносителя

Идея теплового насоса была разработана ещё в 1852 году выдающимся британским физиком – лордом Кельвином. Однако, практическое применение тепловой насос приобрёл в 1940-х годах, когда изобретатель Роберт Вебер экспериментировал с холодильным оборудованием. Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе конденсатора и понял, что тепло просто выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать это тепло, и решил поместить трубу в бойлер для нагрева воды. В результате Вебер обеспечил свою семью огромным количеством горячей воды. И при этом часть тепла от нагретой воды попадала в воздух. Это подтолкнуло учёного к мысли, что от одного источника тепла можно нагревать одновременно воду и воздух, поэтому Вебер усовершенствовал своё изобретение и начал прогонять горячую воду по спиральному теплообменнику, а с помощью небольшого вентилятора распространять тепло по дому с целью его отопления.

В настоящее время все больше распространение получают чиллер-тепловой насос так называемой четырехтрубной системы с воздушным охлаждением конденсатора. Такой чиллер представляет собой устройство, предназначенное для одновременного охлаждения и нагрева теплоносителя. Данный агрегат способен круглый год обеспечивать систему охлажденной и горячей водой, а также снабжать теплой водой для санитарных нужд. Благодаря этому, объект может обойтись без дополнительных затрат, что гарантирует значительную экономию электроэнергии.

Четырехтрубный чиллер-тепловой насос отлично подходит для удовлетворения нужд производственных предприятий, медицинских учреждений, логистических компаний, музеев, овощехранилищ и иных объектов, в различных помещениях которых требуется поддерживать строго заданные температурные условия.

Четырехтрубный чиллер-тепловой насос может эксплуатироваться в одном из трех режимов:
1. Только охлаждение;
2. Только нагрев;
3. Охлаждение и нагрев.
Так же он может автоматически регулировать мощность охлаждения и нагрева воды в зависимости от условий окружающей среды и настроек пользователя, быстро переключаться из одного режима работы в другой.

Рабочий диапазон температур современных тепловых насосов находится в таких пределах:

В режиме охлаждения – при температурах наружного воздуха от 0°С до 45°С могут обеспечивать температуру хладоносителя от 3°С до 20°С. Однако, многие производители выпускают модели, допускающие эксплуатацию оборудования для получения теплоносителя минусовых температур до -10°С, а так же, работу при температуре окружающей среды до -15°С или даже ниже. В таком случае, необходимо использовать в качестве теплоносителя незамерзающие смеси, такие как: пропиленгликоль, этиленгликоль и др.
В режиме обогрева – при температурах наружного воздуха до -15°С они обеспечивают подачу горячей воды с температурой до 60 °С, однако так-же существуют модели, которые могут работать и при температуре воздуха до -25°С.

Подводя итог, можно сказать, что чиллер-тепловой насос может работать при температуре наружного воздуха зимой до -25 °С, летом до 48 °С. Температура воды способна составлять до 60 °С в режиме нагрева и до 10°С в режиме охлаждения. Однако нужно сказать, что уже при температуре окружающей среды -15°С, начинается увеличение энергопотребления и уменьшение производительности теплового насоса.

Современные чиллеры-тепловые насосы изготавливаются как с пластинчатыми, так и кожухотрубными теплообменниками. Для оборудования большой мощности применяют винтовые компрессора, ведь производительность последних можно плавно регулировать в диапазонах от 100% до 25%, что обеспечивает более точное и плавное поддержание необходимой температуры. При этом, для оборудования средней и малой мощности, применяют спиральные компрессора, а для регулирования их производительности применяют так называемые инверторы или частотные преобразователи. Так же, для обоих типов компрессоров, в целях обеспечения стабильной работы системы, при отрицательных температурах окружающей среды применяют технологию парожидкостной инжекции (впрыск) фреона в компрессор.

Если на улице еще не очень холодно, то испаритель производит достаточное количество пара. Он поступает в компрессор главным образом через линию низкого давления, а линия инжекции почти не задействована. В этом режиме тепловой насос работает с максимальной эффективностью, поглощая теплоту наружного воздуха. По мере снижения температуры наружного воздуха, количество пара в этой линии уменьшается, и система управления увеличивает расход хладагента в цепи инжекции, поддерживая требуемый расход газа через компрессор.

Компания Evroprom имеет в ассортименте множество чиллеров с тепловым насосом, такие как SYSTEMAIR SYSAQUA 90 с мощностью 91,4/88 кВт, PANASONIC ECOI-W AQUA-Z 2C 170CH с мощностью 170/187 кВт и гидромодулем, или же AERMEC NRB 3600 XHA с мощностью 969/1002 кВт, гидромодулем и функцией повышенной эффективности. Кроме того, у нас множество Б/У чиллеров, которые вы можете увидеть на нашем сайте!