April 3 2024

Тепловий насос - що це і як він працює?

Чіллер – холодильна машина для охолодження рідини, що має широке застосування у всіх галузях виробництва, де є потреба у відведенні зайвого тепла. Незважаючи на це, варіативність опцій чилерів є досить широкою. Вони можуть бути оснащені гідромодулем, опцією freecooling, можуть мати підвищену ефективність або знижений шум. Але сьогодні ми розглянемо одну із найпопулярніших опцій для чіллерів – тепловий насос. То що це за обладнання і як воно працює?

Тепловий насос – прилад для отримання теплової енергії з навколишнього середовища та використання її для опалення та нагрівання води. Такі насоси успішно опалюють та забезпечують гарячою водою цілі міста. Популярність обладнання та зростання попиту на нього пов’язані з економічністю роботи пристрою: витрачаючи 1 кВт електроенергії, тепловий насос виробляє 3-5 кВт теплової енергії .

Принцип роботи теплового насоса, як і чіллера, ґрунтується на перенесенні тепла. Якщо чіллер переносить тепло від споживача на вулицю, тепловий насос навпаки переносить тепло з вулиці до споживача, таким чином міняються місцями конденсатор та випарник.

Для того щоб змінювати режим “обігрів” на “охолодження” використовується 4-х ходовий клапан, що перемикає напрямок потоку фреону.

ККД теплового насоса приводить багатьох у замішання, оскільки якщо порахувати, він принципово більше 1 00%. Однак, подібні розрахунки просто неправильні і не враховують джерело енергії, крім електрики, що споживається. Таким джерелом зазвичай є повітря. Електроенергія у пристрої не витрачається безпосередньо на нагрівання, а лише на «концентрацію» енергії джерела низькопотенційного тепла, як правило, забезпечуючи енергією роботу компресора. Тобто, тепловий насос має два джерела енергії – електрику і джерело низькопотенційного тепла, а розрахунки не враховують друге джерело, і помилково виходять значення більше одиниці.

Більш правильним для характеристики продуктивності теплового насоса було прийнято коефіцієнт СОР – коефіцієнт трансформації (або коефіцієнт продуктивності). Чим вища цифра, тим ефективніший тепловий насос. Отже, якщо в технічній документації пишуть, що ККД дорівнює 400%, це потрібно трактувати як: СОР даного обладнання дорівнює 4. СОР вираховується за формулою:

СМІР=Т2/(Т2-Т1)

де:
Т1—- температура природного джерела (повітря)
Т2—- температура теплоносія

Ідея теплового насосу була розроблена ще в 1852 році видатним британським фізиком – лордом Кельвіном. Проте, практичне застосування тепловий насос придбав у 1940-х роках, коли винахідник Роберт Вебер експериментував із холодильним обладнанням. Вебер випадково торкнувся гарячої труби конденсатора і зрозумів, що тепло просто викидається назовні. Винахідник задумався над тим, як використати це тепло, і вирішив помістити трубу в бойлер для нагрівання води. В результаті Вебер забезпечив свою сім’ю величезною кількістю гарячої води . І при цьому частина тепла від нагрітої води потрапляла у повітря. Це підштовхнуло вченого до думки, що від одного джерела тепла можна нагрівати одночасно воду і повітря , тому Вебер удосконалив свій винахід і почав проганяти гарячу воду по спіральному теплообміннику, а за допомогою невеликого вентилятора поширювати тепло по будинку з метою його опалення.

На даний час все більшого поширення набуває чіллер-тепловий насос, так званої, чотиритрубної системи з повітряним охолодженням конденсатора. Такий чіллер являє собою пристрій, призначений для одночасного охолодження та нагрівання теплоносія. Даний агрегат здатний цілий рік забезпечувати систему охолодженої та гарячої води, а також постачати теплою водою для санітарних потреб. Завдяки цьому об’єкт може обійтися без додаткових витрат, що гарантує значну економію електроенергії.

Чотирьохтрубний чіллер-тепловий насос відмінно підходить для задоволення потреб виробничих підприємств, медичних установ, логістичних компаній, музеїв, овочесховищ та інших об’єктів, у приміщеннях яких потрібно підтримувати задані температурні умови.

Чотирьохтрубний чіллер-тепловий насос може експлуатуватися в одному з трьох режимів:
1. Тільки охолодження;
2. Тільки нагрівання;
3. Охолодження та нагрівання.
Також він може автоматично регулювати потужність охолодження та нагрівання води залежно від умов навколишнього середовища та налаштувань користувача, швидко перемикатися з одного режиму роботи в інший.

Робочий діапазон температур сучасних теплових насосів знаходиться в межах:

У режимі охолодження – при температурах зовнішнього повітря від 0 до 45°С можуть забезпечувати температуру холодоносія від 3 до 20°С. Однак, багато виробників випускають моделі, що допускають експлуатацію обладнання для отримання теплоносія мінусових температур до -10 ° С , а також роботу при температурі навколишнього середовища до -15 ° С або навіть нижче. У такому випадку необхідно використовувати в якості теплоносія незамерзаючі суміші, такі як: пропіленгліколь, етиленгліколь та ін.
У режимі обігріву – при температурах зовнішнього повітря до -15 ° С вони забезпечують подачу гарячої води з температурою до 60 ° С , проте також існують моделі, які можуть працювати і при температурі повітря до -25 ° С.

Підсумовуючи, можна сказати, що чіллер-тепловий насос може працювати при температурі зовнішнього повітря взимку до -25 °С, влітку до 48 °С . Температура води здатна становити до 60 °С в режимі нагрівання і до 10 ° С в режимі охолодження. Однак потрібно сказати, що вже при температурі навколишнього середовища -15 ° С починається збільшення енергоспоживання та зменшення продуктивності теплового насоса.

Сучасні чіллери-теплові насоси виготовляються як із пластинчастими, так і кожухотрубними теплообмінниками. Для обладнання великої потужності застосовують гвинтові компресори, адже продуктивність останніх можна плавно регулювати в діапазонах від 100% до 25%, що забезпечує більш точну та плавну підтримку необхідної температури. При цьому, для обладнання середньої та малої потужності застосовують спіральні компресори, а для регулювання їх продуктивності застосовують так звані інвертори або частотні перетворювачі. Так само, для обох типів компресорів, з метою забезпечення стабільної роботи системи, при негативних температурах навколишнього середовища застосовують технологію парорідинної інжекції (уприскування) фреону в компресор.

Якщо на вулиці ще не дуже холодно, то випарник виробляє достатню кількість пари. Він надходить у компресор переважно через лінію низького тиску, а лінія інжекції майже задіяна. У цьому режимі тепловий насос працює з максимальною ефективністю поглинаючи теплоту зовнішнього повітря. У міру зниження температури зовнішнього повітря, кількість пари в цій лінії зменшується, і система управління збільшує витрату холодоагенту в ланцюзі інжекції, підтримуючи необхідну витрату газу через компресор.

Компанія Evroprom має в асортименті безліч чіллерів з тепловим насосом, такі як SYSTEMAIR SYSAQUA 90 з потужністю 91,4/88 кВт, PANASONIC ECOI-W AQUA-Z 2C 170CH з потужністю 170/187 кВт та гідромодулем, або AERMEC NRB 3600 XHA з потужністю 969/1002 кВт, гідромодулем та функцією підвищеної ефективності. Окрім цього, наш асортимент має безліч вживаних чіллерів, які ви можете знайти на нашому сайті!