АНАЛИЗ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ ДЛЯ ТЕПЛОСНАБЖЕНИЯ КОТТЕДЖЕЙ ОМСКОГО РЕГИОНА

Тепловой насос представляет собой устройство, служащее для переноса тепловой энергии от теплоотдатчика с низкой температурой к теплоприемнику с высокой температурой.

Источниками низкопотенциальной теплоты могут служить наружный воздух, грунт, поверхностные воды, такие как озеро, река, море, подземные воды.

Наружный воздух как источник низкопотенциальной теплоты для тепловых насосов (рис 1) является очень доступным ресурсом. Однако коэффициент теплоотдачи воздуха очень низок и при изменениях его температуры в большом диапазоне, достигая отрицательных значений, эффективность теплового насоса сильно снижается [1]. Исходя из этих соображений, можно сделать вывод, что такой тип теплового насоса не подходит для условий Омского региона.

Рисунок 1. Воздушный тепловой насос:

1 – отопительный прибор; 2 – тепловой насос; 3 – испаритель

Тепловые насосы, использующие в качестве источника теплоты воду, можно разделить на два типа открытый и закрытый (рис. 2).

При открытом контуре (рис 2, а) в испаритель поступает вода непосредственно из водоема или скважины. Такой тип теплового насоса считается наиболее экономичным как в монтаже, так и в эксплуатации. Однако это только в идеальных условиях [3, 4]. В реальных условиях, при проектировании систем со скважинами и колодцами необходимо учесть требования, местных администраций [7].

Закрытый цикл (рис 2, б) возможен, если в непосредственной близости от здания имеется непромерзающий водоем. Теплообменник укладывается на дно и протягивается до дома. Такой тип требует минимума земляных работ, благодаря чему является достаточно экономичным при монтаже. Однако имеются требования по минимальной глубине и объему воды в водоеме для конкретного региона [3, 4].

Таким образом для реализации теплового насоса, использующего теплоту воды, необходимы либо большие затраты на очистное оборудование, либо, находящийся рядом со зданием, достаточно глубокий водоем, что является частным случаем. В связи с этим типы тепловых насосов, использующие воду в качестве низкопотенциальной теплоты, не подходят для повсеместного использования на территории Омского региона.

Грунтовые ТН можно поделить на три типа по виду теплообменника: горизонтальный, вертикальный, корзина и спираль.

У горизонтальных геотермальных тепловых насосов грунтовой теплообменник проложен горизонтально и называется коллектором (рис. 3, а). Коллектор в земле размещается кольцами или извилисто ниже глубины промерзания грунта (2–2,2 м в Омске). При этом минимальное расстояние между трубами составляет 0,7–1 м [1]. Следовательно, для такого типа теплового насоса необходимы большие по площади земляные работы. Поэтому для Омского региона он является не целесообразным.

Вертикальный теплообменник представляет собой систему труб, в виде U-образного колена, погруженную в скважину (рис. 3, б). Глубина скважины может варьироваться в пределах 20–120 м. Антифриз, циркулируя по трубам, переносит теплоту земли с глубины, где ее температура постоянна в течение года и равна примерно 8–10 °С. Достоинство такой системы в том, что она не занимает много места, а бурение скважины — относительно недорогая и быстрая процедура [3].

Отдельно классифицируются теплообменники типа «Корзина» или «Спираль» (рис. 4). Они объединили в себе свойства горизонтальных теплообменников и способ установки вертикальных теплообменников [2]. Такой тип теплообменника не требует глубокого бурения скважин и одновременно использует меньшую площадь, в сравнении с горизонтальным коллектором [6].

Рисунок 3. Геотермальный теплообменник типа «Корзина»

Поскольку не всегда бурение скважин на большую глубину может оказаться выгодным, теплообменники типа «Корзина» или «Спираль» кажутся более целесообразным для тепловых насосов, применяемых в Омске. Однако глубина промерзания в Омске больше по сравнению с Европейской частью России, где такие тепловые насосы получили большее распространения. Поэтому эффективность такого теплообменника может оказаться ниже для территории Омского региона.

Таким образом, для систем отопления может подойти тепловой насос, как с вертикальным теплообменником, так и с теплообменниками типа «Корзина» и «Спираль».

Список литературы:

1. Бондарь Е. С. Тепловые насосы: расчет, выбор, монтаж / Е.С. Бондарь // Сантехника, отопление, кондиционирование. – 2011 – № 4 (112) – С. 62-37.
2. Земляные зонды и водяные зонды [Электронный ресурс]. URL: http://www.altalgroup.com/ghp.htm (дата обращения: 29.03.2016).
3. Райх В. Геотермальные тепловые насосы / В. Райх // Сантехника, отопление, кондиционирование. – 2011 – № 1 (109) – С. 80-83.
4. Экономика-технологии-экология [Электронный ресурс]. – URL: http://eco-t-eco.ru/pumps (дата обращения: 29.03.2016).
5. Geotherm [Электронный ресурс]. URL: http://www.geotherm.com.ua/about/closedloop/heatbasket.html (дата обращения: 29.03.2016).
6. Solarsoul [Электронный ресурс]. URL: http://solarsoul.net/vodyanoj-teplovoj-nasos (дата обращения: 29.03.2016).