Монтаж тепловых насосов

Монтаж тепловых насосов







Второе начало термодинамики гласит: «Теплота самопроизвольно переходит от тел более нагретых к телам менее нагретым». А можно ли заставить тепло двигаться в обратном направлении? Да, но в этом случае потребуются дополнительные затраты энергии (работа).

Системы, которые переносят тепло в обратном направлении, часто называют тепловыми насосами. Тепловой насос может представлять собой парокомпрессионную холодильную установку, которая состоит из следующих основных компонентов: компрессор, конденсатор, расширительный вентиль и испаритель. Газообразный хладагент поступает на вход компрессора. Компрессор сжимает газ, при этом его давление и температура увеличиваются (универсальный газовый закон Менделеева Клапейрона). Горячий газ подается в теплообменник, называемый конденсатором, в котором он охлаждается, передавая свое тепло воздуху или воде, и конденсируется — переходит в жидкое состояние. Далее на пути жидкости высокого давления установлен расширительный вентиль, понижающий давление хладагента. Компрессор и расширительный вентиль делят замкнутый гидравлический контур на две части: сторону высокого давления и сторону низкого давления. Проходя через расширительный вентиль, часть жидкости испаряется и температура потока понижается. Далее этот поток поступает в теплообменник (испаритель), связанный с окружающей средой (например, воздушный теплообменник на улице). При низком давлении жидкость испаряется (превращается в газ) при температуре ниже, чем температура наружного воздуха или грунта. В результате часть тепла наружного воздуха или грунта переходит во внутреннюю энергию хладагента. Газообразный хладагент вновь поступает в компрессор — контур замкнулся. Работа компрессора идет не на «производство» теплоты а на ее перемещение. Поэтому затрачивая всего 1 кВт электрической мощности на привод компрессора, можно получить теплопроизводительность конденсатора около 5 кВт. Тепловой насос несложно заставить работать в обратном направлении, то есть использовать его для охлаждения воздуха в помещении летом.

Принцип работы теплового насоса

Системы отопления, основанные на применении теплового насоса, отличаются экологической чистотой, так как работают без сжигания топлива и не производят вредных выбросов в атмосферу. Кроме того, они характеризуются экономичностью: при подводе к тепловому насосу, например, 1 кВт электроэнергии, в зависимости от режима работы и условий эксплуатации он дает до 3 — 5 кВт тепловой энергии. Среди достоинств теплового насоса указывают снижение капитальных затрат за счет отсутствия газовых коммуникаций, увеличение безопасности жилища благодаря отсутствию взрывоопасного газа, возможность одновременного получения от одной установки отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования. Большинство тепловых насосов могут работать в режиме как отопления, так и охлаждения воздуха.

Тепловой насос способен, используя высокопотенциальные источники энергии, «накачать» в помещение (в процентах от затраченной) от 200 % до 600 % низкопотенциальной тепловой энергии.

Системы отопления бывают моновалентные и бивалентные. Различие между двумя видами состоит в том, что моновалентные системы имеют один источник тепла, который полностью покрывает годичную потребность в отоплении. Бивалентные системы имеют в своем составе два источника тепла для расширения диапазона рабочих температур. Например, тепловой насос работает до температуры наружного воздуха -25°С, а при дальнейшем понижении температуры в дополнение к нему подключается газовый или жидкотопливный котел для компенсации снижения производительности теплового насоса.

В Санкт-Петербурге и Ленинградской области тепловые насосы могут выполнять функцию основного источника тепла для отопления любых помещений: промышленных предприятий, коттеджей, квартир, офисов, магазинов, кафе, ресторанов, больниц и т.д. Монтаж (установка) тепловых насосов в Петербурге производится в максимально сжатые сроки.

Общие сведения о применении тепловых насосов.

Тепловые насосы используют в различных отраслях промышленности, жилом и общественном секторе. В настоящее время в мире эксплуатируется более 10 млн. тепловых насосов различной мощности: от десятков киловатт до мегаватт. Ежегодно парк ТН пополняется примерно на 1 млн. штук. Так, в Стокгольме тепловая насосная станция мощностью 320 МВт, используя зимой морскую воду с температурой +4 °С, обеспечивает теплом весь город. В 2004 г. мощность тепловых насосов, установленных в Европе, составляла 4 531 МВт, а во всем мире тепловыми насосами была получена тепловая энергия эквивалентная 1,81 млрд. м3природного газа. Энергетически эффективны тепловые насосы, использующие геотермальные и подземные воды. В США федеральным законодательством утверждены требования по обязательному использованию геотермальных тепловых насосов (ГТН) при строительстве новых общественных зданий. В Швеции 50 % всего отопления обеспечивается геотермальными тепловыми насосами. К 2020 г. по прогнозам Мирового энергетического комитета доля геотермальных тепловых насосов составит 75 %. Срок службы ГТН составляет 25–50 лет.

Примеры применения тепловых насосов в России и Санкт-Петербурге.

Отопление частного коттеджа

В 2008 году была установлена система ZUBADAN Inverter в частный загородный дом. Система применена для отопления частного коттеджа общей площадью отапливаемых помещений 72 м2. Материал стен — пенобетон 200 мм, стены утеплены изнутри пеноплексом 35 мм и вагонкой. Пол утеплен пеноплексом толщиной 50 мм. Крыша утеплена ватой URSA 100 мм. Окна металлопластиковые с двухкамерными стеклопакетами. Двери с герметичными уплотнителями (металлическая + деревянная).

В качестве источника тепла применён наружный блок PUHZ-HRP71VHA (мощность 8,0 – 11,2 кВт). Система отопления — радиаторные батареи. Теплоноситель - пропиленгликоль. Наружный блок подает тепло на пластинчатый теплообменник. С пластинчатого теплообменника циркуляционным насосом тепло передается в радиаторные батареи, которые нагревают воздух помещений.

Эксплуатация

За время осенней и зимней эксплуатации система отопления на базе теплового насоса ZUBADAN Inverter не имела аварийных остановок по причине неисправности оборудования. Система успешно выдержала морозы до –25°С в конце января 2009 года — в помещениях коттеджа поддерживалась целевая температура +21°С.

Проверялся автоматический запуск системы после аварийного отключения и подачи электропитания. После подачи питания система осуществляет самодиагностику и включается на заданный режим.

Экономическая эффективность

По требованию заказчика электропотребление системы замерялось отдельным счетчиком. В доме поддерживалась целевая температура +21°С. Результаты измерений следующие:

  • в октябре средняя потребляемая мощность составляла 0,62 кВт при средней температуре воздуха 0 ~ +5°С;
  • в ноябре — 1,50 кВт при средней температуре воздуха -3 ~ 0°С;
  • в декабре —1,89 кВт при температуре -3 ~ -8°С.
Результаты наблюдений позволяют сделать вывод, что для отопления дома площадью 72 м2при температуре наружного воздуха -3 ~ -8°С система ZUBADAN Inverter потребляет электроэнергии меньше, чем один масляный радиатор. 

Схема подключения

296 .jpg


Средняя образовательная школа.

На объекте не было магистрального газа, и провести его не представлялось возможным. Первоначально в школе было выполнено электроотопление, которое достаточно дорого обходилось в эксплуатации. Поэтому когда встал вопрос о капитальном ремонте этой системы, было принято решение использовать для отопления тепловые насосы «воздух−воздух».

В помещениях школы спроектирована система воздушного отопления и кондиционирования. Производительность тепловых насосов подобрана исходя из теплового расчета и технического задания заказчика.

Параметры наружного воздуха для расчетаотопления:

  • наружная температура для холодного периода года -25°С;
  • наружная температура для теплого периода года +22,3°С;
  • энтальпия для холодного периода года -25,3 кДж/кг;
  • энтальпия для теплого периода года +54 кДж/кг.

Параметры наружного воздуха для расчета системы кондиционирования:

  • наружная температура для холодного периода года -25°С;
  • внутренняя температура для холодного периода года +18 ~ +20°С (относительная влажность 30−45%);
  • наружная температура для теплого периода года +23 ~ +25°С (относительная влажность 30−60%).

Согласно тепловому расчету теплопроизводительность системы воздушного отопления должна составлять 78,4 кВт.

Были смонтированы 7 тепловых насосов системы Mr. Slim ZUBADAN Inverter производства компании Mitsubishi Electric.

Внутренние блоки канального типа PEAD-RP100EA установлены в коридорах. Разводка системы воздушного отопления выполнена оцинкованными воздуховодами прямоугольного сечения. На фотографиях показана вентиляционная сеть в процессе монтажа до выполнения теплоизоляции воздуховодов. Подача нагретого воздуха осуществляется в каждое помещение через прямоугольные приточные решетки. Для балансировки сети на воздуховодах выполнены регулировочные клапаны. В дверях помещений врезаны переточные решетки, и обратный воздух во внутренние блоки забирается из коридора.

Эта средняя образовательная школа является пилотным проектом для Волгоградской области. По результатам анализа работы систем отопления школ на базе тепловых насосов ZUBADAN будет принято решение о внедрении их в остальных сферах. Это направление даст новый импульс в развитии индивидуального децентрализованного отопления с внедрением новых технологий.

Тепловой насос в школе

Промышленное предприятие.

Других источников энергии, кроме электричества, на данном объекте не было.

Согласно техническому заданию требовалось обеспечить кондиционирование и обогрев трех производственных помещений: административного отдела, сборочного цеха, отдела упаковки и контроля. Температура внутри обслуживаемых помещений не должна опускаться ниже +18 ~ +20°C. Тепловыделяющее технологическое оборудование отсуствует.

Так как системе теплового насоса предстояло выполнять функции основного источника тепла, были выбраны тепловые насосы серии Mr. SLIM ZUBADAN Inverter, обеспечивающие гарантированный нагрев до минимальных расчётных наружных температур.

Требуемая расчетная теплопроизводительность составила 26 кВт. Для обеспечения помещений теплом и для возможности подмеса свежего воздуха были выбраны три системы ZUBADAN Inverter PUHZ-HRP125YHA с канальными внутренними блоками PEAD-RP125EA. Номинальная мощность нагрева каждой системы составляет 14 кВт. Номинальное значение теплопроизводительности не уменьшается при снижении температуры наружного воздуха до -15°C. С поставленной задачей на период более 90% отопительного сезона способны справиться две из них. Третья система установлена как резервная, а также планируется ее использование для компенсации снижения производительности двух основных тепловых насосов при снижении температуры ниже -15°C.

Использование гибких воздуховодов в сочетании с подвесным потолком позволяет в случае возникновения аварийной ситуации оперативно переподключить воздуховоды от основной системы к резервной и использовать ее в качестве основной.

  • Схема системы воздухораспределения представлена на рисунке ниже.

В январе 2009 года несколько ночей температура наружного воздуха снижалась до -21°C. Эксплуатация показала, что целевую температуру +18°C в помещениях при таких условиях способны обеспечивать два основных тепловых насоса без включения резервного.

Выбор теплового насоса «воздух−воздух» позволил без труда уложиться в поставленные сроки и выполнить требования по отоплению и кондиционированию.

Схема воздухораспределения

Тепловой насос на предприятии

Медицинский центр

Медицинский центр произвел реконструкцию в 2008 году. Целью данной работы было требование соответствия центра европейским нормам, поэтому вопросу качественной вентиляции уделялось большое внимание. Оказалось, что строительные особенности здания не позволяют разместить в нем приточную установку с классическим водяным калорифером.

Специалистами был предложен вариант использования подвесных приточных установок, расположенных за подшивным потолком вестибюля. Тепло и холод, необходимые для обработки приточного воздуха, установка получала от теплового насоса серии Mr. SLIM ZUBADAN Inverter. Предложение было принято и был произведен монтаж теплового насоса, поскольку оказалось лучшим по следующим параметрам:

  1. минимальные капитальные затраты;
  2. минимальное время инсталляции системы;
  3. минимальный объем строительных работ;
  4. минимальные затраты при эксплуатации.

Технические параметры приточной установки следующие:


  1. расход воздуха — 1250 м3/ч;
  2. напор вентилятора — 400Па;
  3. теплообменник — фреоновая секция;
  4. источник тепла/холода — компрессорно-конденсаторный блок PUHZ-HRP100YHA с комплектом автоматики PAC-IF011B-E.

В зимнее время тепловой насос полностью обеспечивает теплом приточную установку при температурах на улице до -15°С. При более низких температурах в качестве дополнительного нагревателя используется электрический калорифер, работающий совместно с тепловым насосом.

При наладке установки в январе 2009 года была установлена целевая температура +24°С (на выходе из установки), которая поддерживалась с точностью ±0,5°С вне зависимости от температуры на улице.

Медицинский центр получил свежий воздух высшего качества с минимальными затратами.

Тепловой насос в медицинском центре