Принцип работы теплового насоса. Схема теплового насоса.

Эта статья расскажет о принципе работы теплового насоса, способах автоматизации, контроля и аварийной сигнализации.

Функции автоматизации тепловых насосов

Тепловые насосы позволяют утилизировать низкотемпературную энергию. К теплонасосной установки выдвигаются высокие требования к автоматизации режима ее работы, при чем оборудование для автоматизации должно выполнять следующие функции:

  • автоматизацию и контроль внутренних процессов холодильной машины;
  • независимую работу элементов установки и их взаимосвязки в единую систему;
  • регулирование мощности теплового насоса в соответствии с изменением нужной мощности в теплопотребители;
  • автоматизацию системы циркуляции горячей и холодной воды;
  • обеспечение повышенной надежности установки, ее отключения при превышенные допустимых параметров и безопасный режим эксплуатации;
  • автоматическое управление и контроль за установкой и сигнализацию о параметрах режима.

Контрольно измерительные приборы

Контрольно-измерительные приборы ТНУ управляют всеми процессами при эксплуатации установки, например, регулируют заполнение испарителя, контролируют давление малая, регулируют уровень на стороне высокого давления, предотвращают перегрузкой двигателя, испаритель от замерзания и др.
Чтобы обеспечить стойку и в то же время экономическую эксплуатацию установки, необходимо использовать такое реле низкого давления, которое надежно бы срабатывало при малом дифференциале и в тех случаях, когда параметры режима работы приближаются к предельным значениям. То же относится и к реле высокого давления. Для получения высокой температуры воды на выходе установка эксплуатируется с таким давлением в конденсаторе, которое почти отвечает максимально допустимому рабочему давлению.
Поэтому рабочее давление, давление срабатывания предохранительного реле и давление срабатывания предохранительного клапана несущественно отличаются друг от друга.

Устройства автоматизации и управления тепловым насосом

Для эксплуатации теплонасосной установки в автоматическом и полуавтоматическом режимах необходимы специальные устройства, которые управляют установкой. Они влияют на взаимосвязь отдельных элементов установки в соотношении с разными условиями эксплуатации и нагрузки. К задачам такого управления относятся:

  • пуск и остановка установки с запуском компрессора и насоса на холостом ходе и в безопасном режиме;
  • включение насоса для циркуляции горячей и холодной воды, циркуляции в линиях с источником теплоты;
  • включение холодильной установки, прежде всего компрессора;
  • последовательное включение отдельных поводов при возможных часовых пиковых нагрузках, чтобы уменьшить пусковой ток и обеспечить защиту повода в период эксплуатации, например, последовательное включение насосов горячей и холодной воды, компрессора, а также защита, при которой компрессор может работать только при протекании воды через испаритель и конденсатор;
  • управление переключающими клапанами, когда тепловой насос на стороне испарителя и конденсатора работает на несколько контуров циркуляции воды. Задача такого упра- вления заключается в приведении в действие переключающих клапанов, обеспечивающих максимальное использование источников теплоты при оптимальном режиме работы установки в соответствии с условиями эксплуатации и нагрузками;
  • эксплуатация установки в автоматическом режиме во время отсутствия персонала (ночью и в выходные дни). В конце воскресенья насос работает в автоматическом режиме без персонала из второй половины дня в пятницу до утра в понедельник, то есть почти 72 часа.

Устройства контроля и сигнализации

Поэтому часто нужны вспомогательные устройства для осуществления контроля, сигнализации и выполнения специальных управляющих функций : например, нужные приборы для контроля уровня масла в компрессоре, уровня заполнения установки водой, предупредительной сигнализации о повреждении, автоматического включения установки потом перерыва в электропоставке, регулирование с коррекцией в зависимости от действия окружающей среды.
Контрольно-измерительные приборы нужны также через необходимость контролирования и обеспечения безопасности установки :

  • определение и запись эксплуатационных параметров, например температуры;
  • сигнализация об условиях эксплуатации, например о включении насоса и компрессора, положения клапанов;
  • контроль параметров установки и режима работы, а также сигнализация о превышении предельных значений и повреждений;
  • контроль режима эксплуатации в аварийной ситуации и проведения операций для предотвращения аварий и повреждений, например: защита от высокого давления, предотвращение замерзания, контроль пускового тока с отключением компрессора и насоса при повышении допустимого пускового тока, защита от перегрузки двигателя.

Работа теплового насоса

Режим работы теплового насоса — одинаковая потребность в холоде и теплоте. Обе стороны теплового насоса (конденсатор и испаритель) работают без излишка. Теплота, которая была забрана у охладительной воды в испарителе, привстает к горячей воде в конденсаторе в соответствии из компрессора. Кроме приводной энергии, в схеме теплонасосной установки не происходит теплообмена с окружающей средой и, соответственно, теплота не попадает от источников и не отдается теплообменниками.
Тепловой насос используеться полностью, конденсатор и испаритель включены только в соответствующий контур полезной циркуляции. Горячая и холодная вода регулируется в соответствии с заданными параметрами.
Для данной системы автоматического регулирования характерные следующие особенности:
— регулируемыми параметрами является температура горячей и холодной воды;
— регулирующие влияния в циркуляционном контуре горячей воды заключаются в изменении компрессора и затраты горячей воды через конденсатор; оба регулирующих влияния выполняются последовательно;
— так как изменение компрессора служит регулирующим действием в обоих циркуляционных контурах, необходимо применять оптимизирующую систему регулирования, переключающая цепь управления компрессором на другой контур.
В другом контуре регулирующим влиянием является изменение затраты потока, которая осуществляется соответствующим его дросселированием.

Принципиальная схема

Принципиальная схема работы теплового насоса.

Принципиальная схема работы теплового насоса.

В закрытом контуре происходит поочерёдное испарение, сжатие, конденсация (сжижение) и расширение рабочего вещества – хладагента, закипающего уже при невысокой температуре.

1.Испаритель — в испарителе находится жидкий хладагент низкого давления. Его темпе-ратура ниже, чем температура источника тепла. Поэтому тепло от источника тепла передаётся хладагенту, что приводит к испарению хладагента.

2.Компрессор — газообразный хладагент сжимается в компрессоре до высокого давления и при этом настолько сильно нагревается, что температура хладагента после компрессии ста-новится выше температуры, необходимой для отопления и ГВС. Кроме того, энергия привода компрессора тоже преобразуется в тепло и «перетекает» к хладагенту.

3.Конденсатор — очень горячий хладагент высокого давления отдаёт в конденсаторе всё своё тепло, то есть тепло, полученное от источника тепла, а также тепло энергии привода компрессора в систему отопления (перепад тепловых потенциалов). При этом хладагент сильно охлаждается и снова становится жидким.

4.Расширительный клапан — затем хладагент проходит через расширительный клапан и снова возвращается в испаритель. В расширительном клапане происходит декомпрессия до первоначального давления. Цикл завершился.

Режимы эксплуатации тепловых насосов — ТН(тепловой насос) для отопления помещений – в зависимости от типовых условий – могут эксплуатироваться самыми разнообразными способами. Выбор того или иного режима работы должен ориентироваться, прежде всего, на уже имеющиеся в здании или планируемые системы отдачи тепла и на выбранный источник тепла:

1). Моновалентный режим

О моновалентном режиме эксплуатации речь идёт тогда, когда ТН(тепловой насос) покрывает всю потребность в тепле для отопления и ГВС. Оптимальными для этого являются такие источники тепла, как грунт и грунтовые воды, так как эти источники тепла почти незави-симы от наружной температуры и поставляют вполне достаточно тепла даже при низких тем-пературах.

2). Бивалентный режим

В бивалентном режиме, наряду с ТН(тепловым насосом) всегда применяется второй теплогенератор, чаще всего – уже имеющийся жидкотопливный котёл. В прошлом для одно- и двухсемейных домов этот вид эксплуатации имел огромное значение, прежде всего – в сочета-нии с воздушно-водяным ТН(тепловым насосом). При этом основное теплоснабжение выпол-нялось ТН(тепловым насосом), а, начиная с наружной температуры, например, ниже 0°C, к работе подключался жидкотопливный котёл. Из экономических соображений – поскольку всегда требуется два теплогенератора – такие системы сейчас не получают широкого распространения и реализуются лишь в отдельных редких случаях.

Земляной зонд

Тепловой насос с земляным зондом

Тепловой насос с земляным зондом

Для получения тепла из земли надежным решением являются земляные зонды. Этот теплосборник особенно актуален при небольшой площади участка земли, готового к земляным работам.
1. Участок течения вперёд. Обратка с перепадом от теплового насоса к земляному зонду в песочной подушке на глубине примерно 1м.
2. Обсадная труба при невязном материале, длиной около 6-20м, диаметром примерно 170 мм.
3. Двутавро-трубчатый зонд (на одну бурильную скважину используетя два контура), глубина бурения в зависимости от свойств грунта согласно назначенным размерам.
4. Заполнение полостей бетоном, кварцевым песком или дамбовиком.
5. Диаметр бурильной скважины примерно 115-220 мм.
6. Минимальное расстояние от фундамента здания должно составлять не менее 2м.
7. Вентили.
8. Дополнительный металлический груз для установки коллектора, длиной около 90см, диаметром около 8см.
9. Отклоняющаяголовка предварительно приваривается к трубам коллектора, длина примерно 150 см, диаметр около 10см.

Земляной коллектор

Земляной коллектор особенно удачно подходит для домов с большой площадью участка земли. Мощьность отбора тепла завиит от свойств почвы. Чем влажнее почва, тем выше эта мощность. Земляной коллектор укладывается ниже уровня промерзания грунта. В климатических условиях подмосковья этот уровень около 1.4м. Выесь коллектор заполняется незамерзающей жидкостью. Над коллектором в грунт можно выаживать растения (кроме деревьев с глубокой корневой системой) и ставить небольшие постройки без фундамента (беседка, бытовка, сарай).

Земляной коллектор теплового насоса

Земляной коллектор теплового насоса

1. 0,5м Дистанция от внешнего края кроны дерева.
2. 1-1,5м глубина укладки коллектора.
3. 1,5м дистанция до трубопроводов с дождевой, питьевой и прочей воды.
4. 1,5-2м дистанция от фундамента здания.
5. 1м от фундаментов заборов и прочих лёгкихконструкций.

Запись опубликована в рубрике Альтернативные источники энергии и энергосбережение, Геотермальное отопление (Тепловые насосы). Добавьте в закладки постоянную ссылку.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

*

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <strike> <strong>


Похожие статьи: