Вибір теплових насосів за джерелом енергії | Матеріали теми | Виконання робіт з монтажу простих елементів установок систем відновлюваної енергетики Навчальна Програма

<div class="xblock xblock-public_view xblock-public_view-vertical" data-course-id="course-v1:Profosvita+CS-S054-DNMT+2024" data-init="VerticalStudentView" data-runtime-class="LmsRuntime" data-runtime-version="1" data-block-type="vertical" data-usage-id="block-v1:Profosvita+CS-S054-DNMT+2024+type@vertical+block@e56bf9a2fd614dc187eeca5e8de6faf6" data-request-token="0a9774c836ee11f0a9d01646c8dd5861" data-graded="False" data-has-score="False"> <div class="vert-mod"> <div class="vert vert-0" data-id="block-v1:Profosvita+CS-S054-DNMT+2024+type@html+block@5620323bdffc459086dca226d671d103"> <div class="xblock xblock-public_view xblock-public_view-html xmodule_display xmodule_HtmlBlock" data-course-id="course-v1:Profosvita+CS-S054-DNMT+2024" data-init="XBlockToXModuleShim" data-runtime-class="LmsRuntime" data-runtime-version="1" data-block-type="html" data-usage-id="block-v1:Profosvita+CS-S054-DNMT+2024+type@html+block@5620323bdffc459086dca226d671d103" data-request-token="0a9774c836ee11f0a9d01646c8dd5861" data-graded="False" data-has-score="False"> <script type="json/xblock-args" class="xblock-json-init-args"> {"xmodule-type": "HTMLModule"} </script> Тепловий насос ґрунт-вода Ґрунт - це найбільш універсальне джерело розсіяного тепла. Він акумулює сонячну енергію та цілий рік підігрівається від земного ядра. При цьому він завжди "під ногами" та здатен віддавати тепло не залежно від погоди. Адже вже на глибині 5-7 м температура практично постійна на протязі всього року. Для більшої території України вона складає 8-12°С. Більше того, в верхніх шарах землі мінімум температури досягається на декілька місяців пізніше від піків морозів - потреба в інтенсивному обігріві задопомогою геотермального теплового насоса до того часу зменшується. В цілому ж ґрунт достатньо надійно постачає калорії до теплонасосної системи. Необхідна енергія збирається теплообмінником, заглибленим в землю, та акумулюється в теплоносії, який потім подається у випарник та повертається назад за новою порцією тепла. В якості такого носія використовується незамерзаюча, екологічно безпечна рідина (її ще також називають "розсолом" чи антифризом). В більшості геотермальних теплових насосів використовується розчин води та пропіленгликолю чи етиленгліколю. Є й інша схема відбору тепла, коли замість "розсолу" в контурі циркулює фреон, який перетворюється в пару безпосередньо в трубах теплозбірника. Хоч ця схема застосування теплових насосів трішки підвищує ККД, але її експлуатація складна та негативно впливає на навколишнє середовище. Сьогодні найбільш популярними в Україні є теплові насоси грунт-вода (рис. 1) з "розсолом". В ньому використовується два види теплообмінників: ґрунтовий колектор та ґрунтовий зонд. Обидва виконуються із поліетиленових труб діаметром 40 мм з добавками теплопровідного пластифікатора. Ґрунтовий колектор (горизонтальний) являє собою довгу трубу, горизонтально вкладену під шаром ґрунту. Головна перевага - універсальність та простота монтажу. Недолік - велика потрібна площа під грунтовий колектор - 25-50 м2 на 1 кВт потужності геотермального теплового насоса (причому площадку можна використовувати лише під газон чи однорічні квіти). Є багато схем укладання труби: петля, змійка, зигзаг, плоскі та гвинтові спіралі різних форм, так званий спосіб "Slinky" та ін. Вибір способу визначається теплопровідністю ґрунту та геометрією ділянки. Продуктивність теплозбірника більша на зволожених суглинках та менша на сухих пісчаних ділянках. В середньому 1 м2 поверхні ґрунту може забезпечити "постачання" 10-35 Вт потужності в теплонасос. Довжину труби в одній петлі, причому суцільній, без з’єднань, прагнуть обмежити (не більше 600 м), в іншому випадку зросте витрата електричної енергії на циркуляційний насос грунтового контуру. Якщо потрібна більша потужність грунтового колектора, то петель роблять декілька. Ґрунтові зонди (вертикальні колектори) - це система довгих труб, які опущені в глибоку свердловину (40-150 м). Тепловий насос грунт-вода з використанням вертикальних колекторів потребує лише клаптик землі, але також потрібні дорогі роботи по бурінню. На глибині завжди однакова температура - близько 10°С, тому зонди потужніші від горизонтальних колекторів. Один метр їх довжини постачає від 30 до 100 Вт теплової енергії, залежно від ґрунту. Відомо біля десяти різних конструкцій зондів, навіть досить незвичайних (наприклад, в вигляді труб, забетонованих в палі фундаменту будинку). Але найбільш застосовуваними є дві: труба в трубі таU-подібна. По одній лінії "розсіл" подається циркуляційним насосом вниз, а по іншій їм же піднімається вгору, до випарника. У глибоких свердловинах трубопроводи теплообмінника завжди захищають обсадною трубою, в дрібних не завжди. Для поліпшення теплопередачі і підвищення міцності грунтового зонда зазор між землею або обсадною трубою і робочими трубами заповнюється бетонітом або бетоном. Якщо потрібно отримати велику потужність, таких теплозбірників роблять декілька. Відстані між вертикальними теплообмінниками теплового насоса грунт-вода складає 5-7 м. У вертикальних колекторів, окрім дороговизни, є ще одне слабке місце, про яке нічого не говориться у фірмових буклетах. Як показали дослідження вертикальних грунтових колекторів, рівновага процесів відбору тепла та відновлення "живлячої" здатності ґрунту (навколо грунтового зонду земля охолоджується) настає лише через 4-5 років експлуатації теплонасосної системи. Тому ще на стадії проекту потрібно враховувати всі особливості експлуатації. Фахівці проводять відповідні розрахунки, використовуючи програмні продукти, аналогів яким в Україні не існує, для врахування всіх вище перерахованих особливостей теплових насосів грунт-вода. А ось що дійсно може принести багато клопоту, то це здобуття від служби Держводнагляду дозволу на буріння глибокої свердловини під грунтовий зонд. Тому що, вірогідне обмерзання ґрунту здатне порушити поведінку водоносних шарів. Тому для невеликих котеджів закладають замість однієї глибокої декілька дрібніших (30-50 м) свердловин, оскільки на них схвалення чиновників не потрібне. <img width="100%" src="/assets/courseware/v1/82573cdb9c6c6c3de41b9044d6e306f4/asset-v1:Profosvita+CS-S054-DNMT+2024+type@asset+block/%D0%92%D0%B8%D0%B1%D1%96%D1%80_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%85_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%96%D0%B2_%D0%B7%D0%B0_%D0%B4%D0%B6%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%BC_%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D1%96%D1%97_1.png" alt="Вибір теплових насосів за джерелом енергії 1" style="max-width: 382px; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" /> Рисунок 1 - Схема установки грунт-вода Земні надра є безкоштовним джерелом тепла для теплового насоса, які мають однакову температуру протягом року. Використання тепла земних надр в теплонасосних технологіях є екологічно чистою, надійною та безпечною технологією забезпечення теплом та гарячим водопостачанням всіх типів будівель, великих та малих, громадських та приватних. Встановлення вертикальних колекторів не потребує багато місця та може бути впроваджена на ділянці малою площею. Об’єм робіт по облаштуванню території після буріння незначний, вплив пробуреної свердловини на навколишнє середовище мінімальний. Також під час використання свердловини, як джерела низькопотенційного тепла, не відбувається вплив на рівень ґрунтових вод, так як ґрунтові води не споживаються. Тепловий насос грунт-вода з горизонтальним теплообмінником (рис. 2). В поверхневому шарі землі накопичується тепло протягом теплого періоду року (весна, літо, осінь). Використання цієї енергії для опалення є доцільним для різних типів будівель. Найбільша кількість енергії забирається з поверхневого шару землі, який має великий вміст вологи. Тепло з поверхневого шару землі відбирається за допомогою пластикової труби. Екологічно чиста, морозостійка рідина циркулює в трубній системі та переносить тепло до теплового насоса. Дане джерело низькопотенційного тепла потребує значно більших площ, ніж вертикальний колектор, але зменшуються капітальні затрати на облаштування системи. <img width="100%" src="/assets/courseware/v1/626bb374ff5b6e9de766be37514fb627/asset-v1:Profosvita+CS-S054-DNMT+2024+type@asset+block/%D0%92%D0%B8%D0%B1%D1%96%D1%80_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%85_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%96%D0%B2_%D0%B7%D0%B0_%D0%B4%D0%B6%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%BC_%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D1%96%D1%97_2.png" alt="Вибір теплових насосів за джерелом енергії 2" style="max-width: 355px; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" /> Рисунок 2 - Тепловий насос грунт-вода з горизонтальним теплообмінником Тепловий насос вода-вода Сонце нагріває воду в морях, озерах та інших водних джерелах. Сонячна енергія накопичується в воді та глибинних шарах. Рідко температура води знижується нижче +4°С. Чим ближче до поверхні, тим більше змінюється температура протягом року, а на глибині вона відносно стабільна. Труба для передачі тепла вкладається на дні чи в ґрунті дна, де температура дещо вища, ніж температура води. Важливо, щоб труба укладалася з вантажем для попередження підняття труби на поверхню. Чим нижче вона залягає, тим менший ризик пошкодження. Водяне джерело, як джерело низькопотенційного тепла для теплонасосної системи дуже ефективне для різних типів будинків. Є варіант монтажу водяного теплонасоса без використання класичних водяних та грунтових колекторів. Можлива організація забору води зі свердловини чи водойми з її подальшим скидом, після проходження теплообмінника теплового насоса, через відвідний канал назад в водойму чи іншу свердловину. Самі теплонасоси майже не відрізняються від тих, які працюють з "розсолом". Але завдяки вищій температурі теплоносія взимку річна ефективність їх використання виявляється найвищою. Шкода, що теплонасосні технології вода-вода (рис. 3) придатні переважно для промислового використання. Дуже рідко виникають відповідні умови для приватної особи. Але якщо поруч тече незамерзаюча річка, ви можете укласти петлю труби з антифризом на дно (притопивши вантажами) та обігріватися практично за дарма. Звичайно, якщо водозахисна служба дасть дозвіл на такі роботи. Зі свердловиною складніше. Воду з неї (з розрахунку близько 0,25 м3/год на 1 кВт теплової потужності) свердловинним насосом подають прямо у випарник, а зливають у другу свердловину, віддалену від першої вниз за течією води в підземному шарі на 15-20 м. При цьому водоносний шар повинен прийняти і відвести воду, що злиться, інакше маленька повінь вам забезпечена. Ясно, що такі пласти на малій глибині зустрічаються не скрізь, а для артезіанських свердловин отримати дозвіл у нас непросто. І ще потрібно захистити випарник теплонасоса вода-вода від забруднення та корозії. Фільтрування та аналіз води обов'язкові. Якщо в ній надто багато солей, доведеться улаштувати проміжний теплообмінник, між ним і тепловим насосом циркулюватиме деаерована чиста вода чи антифриз, це залежить від системи. <img width="100%" src="/assets/courseware/v1/55023100b87cc0d65a848c42be3212e5/asset-v1:Profosvita+CS-S054-DNMT+2024+type@asset+block/%D0%92%D0%B8%D0%B1%D1%96%D1%80_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%85_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%96%D0%B2_%D0%B7%D0%B0_%D0%B4%D0%B6%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%BC_%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D1%96%D1%97_3.png" alt="Вибір теплових насосів за джерелом енергії 3" style="max-width: 304px; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" /> Рисунок 3 - Тепловий насос вода-вода Тепловий насос повітря-вода По універсальності вживання в вітчизняних умовах теплонасосні системи повітря-вода займають поки що друге місце. І сам повітряний тепловий насос дешевший, і труб (з незмінними земляними роботами) не вимагається. Недолік в теплонасосі повітря-вода (рис. 4) один, але істотний: з морозного повітря багато тепла не відбереш. Стабільно, хоча і із зменшеною потужністю, дані енергозберігаючі технології працюють до мінус 15-20 °С, а потім потрібно вмикати інший теплогенератор. Коли йдеться про вибір повітряних теплових насосів, корисно враховувати дві важливі обставини, зазвичай замовчуваних в статтях. По-перше, значення номінальної потужності, що приводиться в паспорті, відноситься до певної температури навколишнього повітря. Це може бути і 0, і 2, і 10, і навіть 25°С. Значить, по ефективності кожен тепловий насос повітря-вода потрібно порівнювати при однаковій температурі зовнішнього повітря. По-друге, з посиленням холодів повітряний теплонасос розвиває помітно меншу (інколи вдвічі) потужність, тому додатковий обігрівач потрібний обов'язково, якщо теплонасосна система опалення не розрахована з запасом. Конструктивно повітряні теплонасоси виконуються за двома компонувальними схемами: спліт та моно. У першому випадку тепловий насос складається з двох блоків, сполучених комунікаціями. Один, зовнішній, включає потужний вентилятор та випарник (монтується на ділянці недалеко від будинку). Другий, внутрішній, містить конденсатор та автоматику, і встановлюється в приміщенні. Компресор може розташовуватися або зовні, щоб не шумів, або в будинку. У моноблочних повітряних теплонасосних системах всі елементи збираються в загальному корпусі та монтуються в будинку, а з вулицею з'єднуються гнучким повітропроводом. Існують моноблоки, що допускають як зовнішній, так і внутрішній монтаж. Останніми роками, у зв'язку з погіршенням вентиляції житла завдяки широкому вживанню нових герметичних вікон із склопакетами, повітряні теплові насоси отримали додатковий розвиток. Окрім опалення та підготовки гарячої води, деякі моделі теплонасосів "навчилися" не лише працювати в системах вентиляції, але й використовувати тепло відпрацьованого повітря приміщень. Також теплонасосна система повітря-вода може використовувати теплові скиди самого приміщення для опалення та гарячого водопостачання: скидну воду, а також вентиляційні викиди та димові гази. В останньому випадку витяжна система повинна бути обладнана діючим вентиляційним агрегатом. Дана комбінація покращує вентиляцію будинку та зменшує проблеми з цвіллю, сирістю, радоновою загазованістю. <img width="100%" src="/assets/courseware/v1/f873f767d30b33f694332f3c18174254/asset-v1:Profosvita+CS-S054-DNMT+2024+type@asset+block/%D0%92%D0%B8%D0%B1%D1%96%D1%80_%D1%82%D0%B5%D0%BF%D0%BB%D0%BE%D0%B2%D0%B8%D1%85_%D0%BD%D0%B0%D1%81%D0%BE%D1%81%D1%96%D0%B2_%D0%B7%D0%B0_%D0%B4%D0%B6%D0%B5%D1%80%D0%B5%D0%BB%D0%BE%D0%BC_%D0%B5%D0%BD%D0%B5%D1%80%D0%B3%D1%96%D1%97_4.png" alt="Вибір теплових насосів за джерелом енергії 4" style="max-width: 248px; display: block; margin-left: auto; margin-right: auto;" /> Рисунок 4 - Тепловий насос повітря-вода </div> </div> </div> <script type="text/javascript"> (function (require) { require(['/static/js/dateutil_factory.762fd6ff462b.js?raw'], function () { require(['js/dateutil_factory'], function (DateUtilFactory) { DateUtilFactory.transform('.localized-datetime'); }); }); }).call(this, require || RequireJS.require); </script> <script> function emit_event(message) { parent.postMessage(message, '*'); } </script> </div>

Завершення тесту

Тестування завершено.