Реферат: Использование низкотемпературного тепла земли, воды и воздуха
Источник тепла – грунт. Грунт аккумулирует солнечную энергию. Эта энергия воспринимается грунтом либо непосредственно в форме солнечной радиации, либо косвенно, в форме тепла, получаемого от дождя или из воздуха и составляет в течение всего года 8–12 градусов. Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведет к относительно равномерному уровню температуры источника тепла на протяжении всего года, это обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким коэффициентом мощности (к. п. д.).
Аккумулированное грунтом тепло передается вместе со смесью из воды и антифриза, точка замерзания которой должна находиться примерно на уровне -15°С, через горизонтально проложенные грунтовые теплообменники или через вертикально расположенные грунтовые зонды.
Спиралевидные коллекторы являются альтернативой при использовании тепла грунта. Посредством вертикального бурения они помещаются на глубину от 2 до 4 метров. На расстоянии около 4 метров друг от друга.
Коллекторы, работающие на энергии грунта, располагаются горизонтально на 20 см ниже границы промерзания грунта. На практике, в большинстве случаев эта глубина от 1 м до 1.4 м. Размер коллектора зависит от отопительной нагрузки здания и особенностей аккумулирования энергии, но об этом позаботится специалист. Источник тепла – грунтовые воды.
Грунтовые воды – хороший аккумулятор солнечного тепла. Даже в холодные зимние дни они сохраняют постоянную температуру до +12°С. По причине неизменного температурного уровня источника тепла коэффициент мощности теплового насоса остается высоким в течение всего года. Ели грунтовые воды не содержат кислорода, но содержание железа и марганца в них высокое, то колодцы могут разрушаться. В этих случаях нельзя допускать контакта грунтовых вод с окружающим воздухом или необходимо соответствующим образом обработать воду.
На использование грунтовых вод должно быть получено разрешение соответствующего ведомства (обычно службы Госводонадзора). Для использования тепла необходимо построить поглощающий колодец и водопоглощающий или инфильтрационный колодец.
Источник тепла – воздух. Тепловые насосы воздух / вода в настоящее время могут эксплуатироваться круглый год, однако при низких температурах коэффициент мощности резко уменьшается. Окружающий (атмосферный) воздух особенно легко использовать в качестве источника тепла, поскольку он имеется везде и в неограниченном количестве.
В случае насосов, использующих тепло окружающего воздуха, расчет размеров источника тепла задается конструкцией или размером установки. Требуемое количество воздуха подается вентилятором (который встроен в установку) на испаритель через воздушные каналы, при этом происходит охлаждение воздуха
Существуют три типа тепловых насосов, работающих на энергии воздуха и воды: – компактные тепловые насосы для размещения снаружи, – компактные тепловые насосы для размещения внутри здания, – и тепловые насосы, составные части которых расположены как внутри здания, так и снаружи.
Новостройки. Отопление тепловым насосом является идеальным вариантом для низкотемпературных систем отопления. К ним относятся панельное отопление и «теплый» пол. Их преимуществом является то, что они обходятся низкими температурами (30–40 градусов). Традиционным радиаторам необходима температура по меньшей мере 50 градусов.
Старые дома.
Существует специальное отопление и «теплый» пол, которые можно установить при ремонте старых домов. Раньше радиаторы были очень больших размеров – это как раз тот случай, когда вы можете использовать также тепловой насос. Существуют также высокотемпературные тепловые насосы, которые предусмотрены как раз для старых домов. В любом случае, с этими тепловыми насосами можно продолжать использовать уже имеющиеся радиаторы. Так же как не существует препятствий для установки теплового насоса при модернизации системы отопления. Режим эксплуатации. Правильный режим эксплуатации определяет экономичность установки с тепловым насосом.
Существуют следующие режимы эксплуатации:
Одновалентный
В нем нагревает исключительно тепловой насос. При очень низкой температуре окружающей среды одновалентный тепловой насос производит достаточно тепловой энергии. Обычно, одновалентными являются тепловые насосы, работающие на энергии грунта и грунтовых вод.
Моноэнергетический
Это обычный режим эксплуатации для теплового насоса, работающего на энергии воздуха или воды. При необходимости тепловой насос поддерживается электрическим нагревательным стержнем. Регулирование теплового насоса гарантирует, что этот вид дополнительного отопления следует использовать как можно реже, то есть только в очень холодные дни.
Двухвалентный
Наряду с тепловым насосом существует еще и второй производитель тепла, который поддерживает отопление дома при очень низкой температуре окружающей среды. Во время модернизации системы отопления им может оказаться котел, работающий на горючем. Какой режим эксплуатации выбрать, зависит от источника тепла. Неважно, какая система отопления установлена, важно сначала найти оптимальное решение вопроса теплоизоляции. Потому что чем лучше теплоизоляция, тем меньший прибор можно установить. А это означает небольшие инвестиции и небольшие затраты на отопление. Существуют разные виды подогрева воды. Около 10% энергии всей системы отопления расходуется на эту сферу. Поэтому и в этом вопросе следует искать экономный вариант.
Подогрев воды тепловым насосом системы отопления.
Если дом отапливается тепловым насосом, то он может при соответствующей регулировке осуществлять водоподогрев по приоритетной схеме. У водоподогрева в сравнении с отоплением есть преимущественное право, иными словами, когда тепловой насос подогревает воду, он не отапливает помещение. Поэтому важно установить достаточно большой аккумулятор.
Подогрев воды тепловым насосом системы водонагрева.
Компактные тепловые насосы системы водонагрева используются отдельно от системы отопления и служат для централизованной подачи горячей воды. Они забирают тепло из воздуха в помещении и подогревают таким образом хозяйственно-питьевую воду. Дополнительно может быть использовано отработанное тепло других приборов, например, холодильного шкафа. Преимуществом теплового насоса системы водоподогрева является то, что он забирает влагу из воздуха в помещении и охлаждает его, таким образом, помещение, где расположен тепловой насос, например, подвал, становится суше и холоднее. У этого прибора очень низкое энергопотребление. Тепловые насосы системы водонагрева обладают закрытым аккумулятором, в котором хранится тепло (в среднем вместимость составляет 300 литров), благодаря чему, горячую воду можно подавать в разные части дома.
Децентрализованный водоподогрев.
Это очень рациональная возможность подавать горячую воду в независимости от отопления благодаря децентрализованным источникам нагрева воды напрямую в кухню и ванную комнату.
«Солнечная» комбинация.
Солнечные коллекторы, соединенные с тепловым насосом, являются основным энергетически оптимальным решением водоподогрева, при этом они не наносят вред окружающей среде. Благодаря солнечной энергии можно подогреть 60–70% всей требуемой воды, что облегчит работу теплового насоса системы отопления. Оставшиеся 30–40% воды можно подогреть либо при помощи теплового насоса, либо энергией солнечных аккумуляторов.
Проветривание помещений при помощи рекуперации тепла и теплового насоса. Новостройки и дома с низким потреблением энергии обычно обладают хорошей изоляцией и изолированными, иногда даже звукоизолированными, окнами. Они почти герметичны. Вентиляционные приборы, рекуперирующие тепло, заботятся о том, чтобы в помещении было достаточно свежего воздуха. Кроме того, это снижает расходы на отопление. Специальные комплексные системы заботятся о теплоснабжении системы отопления, вентиляции помещений, о системе отдачи тепла и о подогреве воды. Эти системы также позволяют охлаждать помещения. Другой вариант представляет собой комбинацию, например, из теплового насоса, работающего на соляном источнике или воде, и вентиляционного прибора. Тепловой насос отапливает дом. Вентиляционный прибор забирает «грязный» воздух из определенных помещений (кухня, ванная, туалет). Благодаря интегрированному тепловому насосу, работающему на воздухе и воде, содержащееся в «отработанном» воздухе отработанное тепло используется для водонагрева. По встроенным в стены вентиляционным клапанам в помещение поступает свежий воздух из окружающей среды.
Модернизация отопления.