Уникальный двухконтурный солнечный тепловой насос: что это такое?

Преимущества двухкомпрессорных тепловых насосов OvanterX2

Как показывает практика, во время отопительного сезона около 80% продолжительности рабочего периода ресурсы котельной используются в половину своей мощности, а за сезон эксплуатации средний показатель загрузки находится в пределах 25-45 %.

Соответственно, один тепловой насос большой мощности в условиях малой и неравномерной нагрузки расходует излишние энергоресурсы. В результате, компенсация тепловых затрат осуществляется неэффективно. Возможно ли этого избежать? Да, благодаря каскадной системе OvanterX2. Данная система способствует созданию условий для обеспечения равномерной работы котельной: каскадное регулирование позволяет в любое время года поддерживать более оптимальную мощность ТН. Это достигается посредством последовательного подключения компрессоров.

Принцип работы теплового насоса заключается в том, что он забирает тепло из низкотемпературного источника тепла (например, водоема или подземной скважины) и доставляет его, с преобразованием на отапливаемый объект . Функционирование насоса обеспечивается электричеством: 2 кВт потребляемой электроэнергии обеспечивает 8-10 кВт тепла.

Каскадная система позволяет решить ряд задач, в числе которых достижение баланса системы отопления и мощности котельной. Так, во время теплой зимы, а также в межсезонье, система обеспечивает длительное функционирование котельной в условиях невысоких температур теплоносителя. Кроме того, происходит повышение уровня комфорта потребителей. Двухкомпрессорный тепловой насос OvanterX2, по сравнению с традиционными вариантами, отличается также рядом других существенных преимуществ, в числе которых особое внимание следует обратить на его высочайший уровень экономии, надежности и продолжительной срок эксплуатации.

За счет чего достигается непревзойденная надежность такого теплового насоса? Это становится возможным благодаря наличию в системе двух компрессоров. Их совместная работа позволяет обеспечивать работу системы отопления даже при прекращении работы одного из компрессоров. Ежедневная смена очередности запуска компрессоров, которая предусмотрена программным обеспечением, создает условия для оптимального распределения нагрузки: так, запуск второго насоса осуществляется только в том случае, если потребуется работа теплового насоса на полную мощность.

Такой режим способствует увеличению эксплуатационного ресурса теплового насоса и, соответственно, в целом повышает срок эксплуатации котельной. Важно отметить, что каскадная система отличается экологичностью, тихой работой. Кроме того, она дает возможность установить котельную большей мощности при напряжении 220в, разнеся пусковые токи а регулирование можно осуществлять в зависимости от погодных условий. Система занимает небольшую площадь в помещении, так как два компрессора находятся в одном корпусе причем для установки других компонентов может использоваться не только пол.

Подводя итог, кратко перечислим главные преимущества каскадного регулирования:

  • Простота технического решения;
  • Меньший уровень шума;
  • Увеличение срока эксплуатации котельной;
  • Легкость монтажа и запуска системы;
  • Удобство присоединения контуров к ТН;
  • Экономичность: установка системы является выгодной инвестицией;
  • Полная автоматизация управления;
  • Управление работой котельной, а также контроль можно осуществлять дистанционно – через персональный компьютер либо программатор;
  • Установка двух компрессоров в одной системе обеспечивает высокий уровень надежности;
  • Возможность установки более мощного ТН ;

Сделав выбор в пользу каскадной системы OvanterX2, вы сможете не только обеспечить максимально комфортные условия в помещении, но и значительно сэкономить. Проводимые в отношении различных объектов исследования экономических показателей до и после установки каскадного регулирования полностью доказывают это утверждение: так, после начала эксплуатации системы пользователи получают возможность существенно сократить потребление энергии (приблизительно, на 40% в год).

Таким образом, вы можете быть абсолютно уверены в целесообразности установки каскадной системы: вложения окупятся в минимальный срок.

Солнечный тепловой насос – принцип работы

Солнечный тепловой насос – это решение, которое позволяет совместное использование солнечных коллекторов и теплового насоса в единой системе солнечного теплоснабжения. Данное комбинирование солнечного коллектора и теплового насоса позволяет повысить энергетическую эффективность системы, также при эксплуатации системы, снимается вопрос о снижении эффективной работы в межсезонье, потому как комбинированная система (солнечный тепловой насос) предоставляет постоянную, стабильную работу на протяжении всего года.
Для подробного описания принципа работы солнечного теплового насоса рассмотрим принципиальную схему, изображенную на Рис.1

Всю систему можно разделить на 4-ре контура, а также выделить 4-ре режима работы системы солнечного теплоснабжения.

Конструктивными особенностями I-ого контура является то, что в него входят:

– бак-аккумулятор;
– циркуляционный насос;
– подающий теплопровод;
– обратный трубопровод;
– конденсатор теплового насоса.

Ко II-у контуру относятся:

– дроссель;
– испаритель;
– компрессор.

III-й контур включает в себя испаритель.

Оборудование IV-ого контура следующее:
– солнечный коллектор;
– насос;
– бак-аккумулятор;
– обводной байпасный трубопровод.
Каждый контур имеет свое функциональное название:
I-й контур в силу включающего в себя оборудования называется «контур циркуляции теплоносителя»;
II-ой контур известен, как контур циркуляции хладагента в тепловом насосе;
III-й контур характерен подачей воды из грунтового аккумулятора в испаритель;
IV-й контур именуется, как система утилизации солнечной энергии с солнечного коллектора.
Принцип работы солнечного теплового насоса заключается в следующем.
Нагретый теплоноситель, вследствие отбора тепла полученного при поглощении солнечной энергии, поступает на испаритель теплового насоса, где охлаждается.
После этого охлажденный теплоноситель, для дальнейшей циркуляции и нагрева, возвращается обратно в бак-аккумулятор. Описываемая последовательность в работе солнечного теплового насоса возможна при нормально солнечной активности. В случае же изменения сезона, погоды или времени суток процесс будет иной. Различие в том, что теплоноситель не будет проходить через солнечный коллектор. Это обусловлено тем, что при прохождении теплоносителя через байпасную линию, а не через солнечный коллектор, теплоноситель избегает тепловых потерь. Для обеспечения работы солнечного теплового насоса в холодные времена года необходимо заменить аккумулятор на грунтовой аккумулятор. При поступлении на испаритель хладагент испаряется, что естественно, учитывая то, что тепло поступающее от солнечного коллектора низкопотенциальное. Вследствие парообразования результирующие сжатые пары поступают в компрессор. Образованные пары имеют температуру 80-85°С, что позволяет нагревать теплоноситель I-ого контура. Теплоноситель нагревается до 65°С и после течет в бак-аккумулятор, откуда поступает на отапливаемую территорию.
Повышение энергетической эффективности достигается путем сокращения тепловых потерь, что есть следствием из тождественности температур теплоносителя в солнечном коллекторе с температурами окружающей среды. Благодаря этому, также уменьшается потребность в большой площади поверхности, покрываемой солнечными коллекторами, что в результате повышает надежность, как самих солнечных коллекторов, так и всей системы солнечного теплоснабжения (солнечного теплового насоса).

Рисунок 2. Характер изменение коэффициента эффективности средне- и низкотемпературных СК в течении сезоня

Для большей детализации и понимания рассмотрим принцип работы солнечного теплового насоса, выделив 4-е режима:

В случае благоприятствующих климатических условий, также в месяцы с хорошей, либо повышенной солнечной активностью в работе солнечного теплового насоса принимают участие солнечные коллекторы. Соответственно при данном режиме работы нагретая вода посредством солнечного коллектора напрямую подается в системы отопления, горячего водоснабжения.

Естественно, что для наиболее эффективной работы солнечного коллектора необходимы объемы солнечной энергии. В случае непреднамеренного снижения температуры теплоносителя при подаче составляет ниже 50°С на выходе из солнечного коллектора, повышение температуры теплоносителя будет происходить посредством подогрева на выходе из грунтового контура солнечной энергией.

Этот режим обусловлен аккумулированием солнечной энергии прямо в грунте. Начальные условия схожи со вторым режимом – изменение температуры теплоносителя на выходе из солнечного коллектора. Данный режим актуален при температурах теплоносителя более 100°С на выходе из солнечного коллектора, при отсутствии потребления сгенерированного тепла. В случае возникновения такой ситуации, теплоноситель подогревается на выходе из грунтового контура путем солнечной энергии в промежуточном теплообменнике, после чего теплоноситель направляется в грунтовой теплообменный аппарат, в котором мы можем проследить аккумулирование солнечной энергии.

Данный режим предусматривает работу системы теплоснабжения в отсутствии солнечной энергии. В таком случае система будет функционировать, как тепловой насос, где источником энергии является грунт.

Уникальный двухконтурный солнечный тепловой насос: что это такое?

Горячее Отопление Тепловой насос Гибридная система Отопление Прайс Контакты Энергия Солнца – Инвестиции в будущее водоснабжение

Гибридная отопительная система (ТН+солнечный коллектор).

Затраты на отопление до 4-х раз меньше, чем при отоплении магистральным газом!

Гибридная отопительная система — это гибрид солнечной и геотермальной отопительных систем, является бестопливной и по этому экологически чистой! Теперь, не смотря на суровые климатические условия России, владельцы тёплых, энергоэффективных домов имеют возможность использовать экологически чистое тепло со стоимостью гораздо меньшей, чем любые топливные отопительные системы.

На сегодняшний день стоимость тепловой энергии для отопления частных домов выглядят приблизительно так :

  • Электроэнергия 1кВт*час ………………….. 3,37 рубля (1,37 рубля ночной тариф)
  • Дизтопливо (литр) 1кВт*час= 39р/(8.9*0.9)=4,87 рубля
  • Сжиженный газ (литр) 1кВт*час=18/(6,9*0.9)=2,89 рубля
  • Тепловой насос 1кВт*час=3,37/4=0,84 рубля
  • Магистральный газ 1кВт*час=5,14/8,9*0,9=0,64 рубля (без стоимости обслуживания)
  • Гибридная отопительная система 1кВт*час = 0,46 рубля
  • Гибридная отопительная система с большим тепловым аккумулятором 1кВт*час = 0,18 рубля (если есть ночной тариф)

Для примера возьмём Дом, построенный по СНиП площадью 200м2, который имеет тепловые потери около 10 кВт, что требует для поддержания температуры внутри +20С, при морозе на улице -30С, греть дом тепловой мощностью 10 кВт.

Те же 10 кВт необходимы дому площадью 350 м2, построенному по энергоэффективной технологии, или Пассивному дому площадью 580 м2.

Гибридная система, для нашего примера, будет состоять из батареи водяных солнечных коллекторов тепловой мощностью 16 кВт и геотермального теплового насоса мощностью 9,4 кВт (режим 0С/35С).

Для рассмотрения нашего примера возьмем некоторые климатические данные.

Годовой тепловой баланс дома для Подмосковья выглядит следующим образом:

Итого (кв*ч) :

  • летний избыток -9325
  • зимний недостаток 11305

(*) — площадь Солнечных Коллекторов «нетто». «Нетто» — это площадь «брутто» умноженная на апертурный коэффициент и КПД коллектора.

Гибридная отопительная система работает так, что солнечное тепло сразу подаётся в системы ГВС и отопления дома (тёплые полы), избыток дневного тепла сохраняется в тепловом аккумуляторе для дальнейшего использования ночью и в последующие дни. Если солнечного тепла не хватает, то в работу автоматически включается тепловой насос.

Читайте также:  Все, что нужно знать про бетонные аккумуляторы

Летом избыток солнечного тепла (9 325 кВт*часов) закачивается в геотермальный контур, повышая его температуру до +12+18С к началу грядущего отопительного сезона, что повысит эффективность работы теплового насоса на 30-50% в отопительный сезон.

Суммарный тепловой дефицит зимой (11 305 кВт*часов) покрывается работой теплового насоса.

На что тепловому насосу потребуется около 2500 кВт*часов электроэнергии стоимостью около 8400 рублей (если нет ночного тарифа).

Гибридная отопительная система имеет теплоаккумулятор большего размера и позволяет включаться тепловому насосу только в ночное время, при стоимости электроэнергии в 3 раза меньше, чем днём.

В итоге требуемые на отопление 18149 кВт*часов тепла в год обойдутся домовладельцу в скромную сумму 3425 рублей или 18 копеек за 1кВт*час, для гибридной системы , с ночным тарифом электроснабжения.

И около 46 копеек за 1кВт*час. Для гибридной системы, без ночного тарифа электроснабжения.

Единственный недостаток Гибридной отопительной системы — это установочная стоимость, которая может быть существенно выше стоимости подключения магистрального газа.

Установочная стоимость гибридной системы составляет окло 1000 $ за 1кВт суммарной тепловой мощности.

Преимущества, которые Вы получаете:

  • Независимость от энергомонополий. Система требует минимальной подведённой мощности электроснабжения, от 3кВт.
  • Затраты на отопление до 4-х раз меньше, чем при отоплении магистральным газом, и до 25-и раз при отоплении дизтопливом или сжиженным газом.
  • Гибридная отопительная система открывает дорогу к строительству полностью Автономного дома, в любом живописнейшем месте, особенно в регионах с резко-континентальным климатом, где зима морозная и солнечная.
  • Гибридная отопительная система позволяет построить дом круглогодичного проживания даже в Садовом товариществе, и при этом иметь минимальные эксплуатационные издержки.
  • Гибридная отопительная система подходит для домов ЭКОпоселений с жесткими требованиями для сжигания углеводородов.
  • Мощная батарея солнечных коллекторов позволяет нагреть бак ГВС даже если солнышко выглядывало на 1,5-2 часа в день. Это решает проблему эффективности использования солнечных коллекторов в средней полосе России, где солнечная энегия поступает очень неравномерно в течении года. Суммарный запас горячей воды составляет от 580 до 1150 литров. А для системы с большим тепловым аккумулятором , более 1500литров.
  • Излишки тепловой энергии, получаемые летом, аккуратно накапливаются в геотермальном тепловом аккумуляторе.
  • Летний нагрев геотермального теплового аккумулятора позволяет увеличить эффективность (СОР) теплового насоса на 25%, мощность перекачиваемого тепла на 50% и позволяет сместить рабочую точку теплового насоса из предельной 0С/+35С, в комфортную +10С/+35С, что увеличивает ресурс работы теплового насоса.
  • Европейские производители тепловых насосов рекомендуют устанавливать тепловые насосы на 70% от требуемой отопительной мощности в самую холодную пятидневку и использовать дополнительные электрические мощности для догрева. В Гибридной отопительной системе эта проблема решается автоматически мощной батареей солнечных коллекторов, которые эффективно работают в морозные солнечные дни.
  • Гибридная отопительная система делает дом экономически выгодным, ликвидным на рынке недвижимости. Например, уже сейчас мало кто хочет иметь автомобиль с высоким расходом топлива. Так же и дома с высокими эксплуатационными издержками становятся слаболиквидными.
  • Установочную стоимость можно существенно снизить, если часть системы заложить на стадии монтажа фундамента будущего дома.
  • Гибридная отопительная система — это, наконец, просто выгодное вложение денег с годовым доходом более 10%. Через 20-30лет ваши дети и внуки по достоинству оценят ваше приобретение.

Преимущества установки Солнечной гибридной отопительной системы.

Для отопления компактного современного дома площадью до 200кв.м, утеплённого не хуже СНиП, требуется мощность не более 10кВт. Классический Немецкий Пассивный дом, построенный в Европейской части России, потребует всего 3-4кВт тепловой мощности в 30-ти градусный мороз. Согласитесь, что ради таких не значительных мощностей тащить к дому газовую трубу, устанавливать огромные газовые котлы, вешать металлоёмкие радиаторы, тратить время и средства на согласование всех подключений, не совсем разумно.

Решить проблему отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования, для не огромного, тёплого дома, можно установив гибридную отопительную систему. На сегодняшний день — это наиболее гармоничное, экологически чистое и дружественное с природой и человеком инженерное решение.

Для тепловой мощности в 10 кВт , отопительная система потребляет из электросети в среднем не более 2кВт, даже меньше чем обычный электрический чайник.

Почему желательно не более 10 кВт?

Просто для отопительной мощности до 10 кВт всё получается очень красиво, гармонично и конкурентно с классическими топливными отопительными котлами и кондиционерами.

Стоимость системы прямо пропорциональна отопительной мощности, по этому мощности в 20, 30, 50 кВт требуют уже огромных начальных инвестиций. До 10кВт стоимость «под ключ» очень высока, но при этом ещё доступна каждому грамотному застройщику.

Снизить издержки по установке можно, если позаботится об этом на стадии проектирования будущего дома. Это позволит, в большинстве случаев, избежать дорогостоящих буровых работ. Первые действия по установке Гибридной Отопительной Системы начинаются после снятия плодородного слоя грунта под фундамент, устройства дренажа или канавы под ограждения.

Тепловые потери в 10 кВт примерно соответствуют площади дома в 200м2, построенному по СНиП, или 350 м2, для дома построенному по энергоэффективной технологии. Эти размеры очень хорошо согласуются с принципами разумной достаточности, компактности и уюта, а удельный расход тепла меньше 50 Вт на кв.м. позволяет избавится от металлоёмких высокотемпературных радиаторных батарей.

Благодаря низкотемпературному принципу отопления , достигается максимальный комфорт проживания, за счёт 100% площади тёплого пола, (плинтусов, стен или отопительных (охладительных) панелей).

Тепловые насосы мощностью до 10кВт ещё не требуют 3-х фазного электроподключения. Вполне достаточно обычной сети 220В.

Гибридная отопительная система использует ВСЁ тепло от солнечных коллекторов по принципу: ГВС — Отопление — Запас на Зиму. Чем больше солнечных коллекторов, тем лучше. Всё тепло сортируется автоматически, не зависимо есть хозяева дома или нет, есть расход горячей воды Летом или нет.

Стоимость, гарантия, обслуживание.

Лучше всего когда всю Отопительную систему от начала и до конца собирает один подрядчик. В случае каких то проблем, это исключает перекладывание ответственности друг на друга , если подрядчиков 2 и более.

Например, как часто бывает, тёплые полы делают одни, геотермальный контур другие, а тепловой насос ставят третьи. В итоге одно с другим не совмещается, или работает очень плохо.

Что бы этого не происходило, желательно сделать всё вместе и сразу. На дом в 120м2 (6кВт) , стоимость оборудования (без стоимости монтажных работ) для гибридной отопительной системы обойдётся в сумму от 700 тыс. рублей, включая горячее водоснабжение и пассивное охлаждение. За эти деньги вы получаете:

  • ДВА полноценных неисчерпаемых источника тепла в виде геотермального контура и батареи солнечных коллекторов, (вместо газа, солярки и дров)
  • «котёл» в виде теплового насоса с потреблением не более 1.3кВт в рабочем режиме.
  • источник холода для пассивного охлаждения летом
  • буферную ёмкость со свободными входами для подключения 2-х любых дополнительных источников тепла, например, резервный котел на дровах, дизельный котёл или теплообменник от камина.
  • бак для горячего водоснабжения с бесплатной (70% времени в году) горячей водой от солнечных коллекторов.

Наша организация дает гарантию 2 года на всё установленное оборудование, 2 года бесплатного обслуживания, и 10 лет гарантии на геотермальный контур.

Затем абонентское обслуживание не более 8 тыс. рублей в год.

Тепловые насосы для отопления дома

Многие участники нашего портала давно пользуются тепловыми насосами и считают их наилучшим способом отопления. Тепловой насос до сих пор остается дорогим устройством, и срок окупаемости у него большой. Но есть удачные опыты самостоятельного изготовления тепловых насосов: это позволяет избежать каких-то нереальных расходов.

  • Принцип работы теплового насоса
  • Как сделать тепловой насос своими руками
  • Выгодно ли делать тепловой насос

Принцип работы теплового насоса

Объясняя принцип действия теплового насоса, люди часто вспоминают холодильник, где в радиатор на задней стенке сбрасывается тепло, «снятое» с продуктов в камере.

Принцип работы теплового насоса, как холодильника: решетка на его обратной стороне греется, морозилка – охлаждается. Если мы удлиним трубки с фреоном и опустим их в ванну, то вода в ней будет охлаждаться, а решетка холодильника – нагреваться; холодильник будет перекачивать тепло из ванны и греть помещение.

По этому же принципу работают и кондиционеры, и тепловые насосы. Работа приборов основана на цикле Карно.

Теплоноситель движется по грунту или воде, в процессе «снимая» тепло и повышая свою температуру на несколько градусов. В теплообменнике теплоноситель отдает накопленное тепло хладагенту, тот становится паром, поступает в компрессор, где поднимается его температура. В этом виде он поставляется в конденсатор, отдает тепло теплоносителю ОС дома, и охладившись, снова превращается в жидкость и поступает в испаритель, где нагревается от новой порции нагретого теплоносителя. Цикл повторяется.

Мы разберем это на конкретном примере нашего пользователя, который сделал тепловой насос своими руками.

Тепловые насосы работают на энергии природных источников тела:

Собирать тепло с грунта (ниже глубины промерзания его температура всегда около +5 – +7 градусов), можно двумя способами:

  • горизонтальный грунтовый коллектор
  • уложенные горизонтально разными способами трубы.

По трубам течет «рассол» – на FORUMHOUSE часто используют пропиленгликоль, который забирает тепло земли, передает его хладагенту, и остыв, снова отправляется в грунтовый коллектор.

Горизонтальный грунтовый коллектор – самый дешевый способ получения энергии для работы теплового насоса. Проблема в том, что он занимает большую площадь. Чтобы обогреть дом 100 кв.м. потребуется около 5 соток на участке, и над коллектором нельзя будет возводить капитальных строений и сажать деревья с мощной корневой системой.

Люди с небольшими участками вынуждены использовать более дорогой способ – вертикальный грунтовый зонд. Это целая U-образная труба, опущенная на большую глубину (около 150 метров), или несколько таких труб, заглубленных на 20 метров (в итоге это получается дешевле и не требует получения разрешения).

Читайте также:  Какой камин можно привезти на дачу с собой?

Для экономии места можно бурить маленьким буром много неглубоких скважин. Получится дешевле чем бурить одну большую.

Также для работы теплового насоса используется вода – или из открытого водоема, или из скважины.

Способ устройства теплового насоса для отопления дома «вода- вода» считается самым выгодным (нет расходов на бурение и прокладку траншей), но только если дом, в котором будет установлен тепловой насос, стоит на берегу, не дальше, чем в 50 метрах от водоема. В этом случае трубопровод с «рассолом» опускается на дно реки – и все.

При втором способе необходимо пробурить две скважины: из одной вода будет поступать к тепловому насосу и передавать ему свое тепло, а во вторую будет отправляться уже «отработанная», остывшая вода. Расстояние между скважинами должно быть не менее 20 метров.

Тепловые насосы «воздух-воздух» эффективны только в южных регионах, где температура зимой не опускается ниже -5 градусов.

Самодельный тепловой насос

При всех преимуществах, которые имеет тепловой насос, цена этого устройства даже без обустройства коллектора составляет несколько тысяч у.е. Сократить расходы можно, сделав его самостоятельно.

Участник FORUMHOUSE c ником Saga сделал тепловой насос для отопления трехуровневого дома площадью 300 квадратных метров, собрав его из компрессора, пластинчатых теплообменников, фильтра-осушителя, ТРВ и других компонентов. В качестве хладагента использовал фреон R22.

На участке на глубине полутора метров проложил два контура трубы ПНД по 450 метров и один контур, на 600 метров, поместил в речку рядом с домом. Копал траншеи и все соединения делал сам – сейчас, с опытом, сделал бы все надежнее и экономнее.

Спустя три года домовладелец не пожалел о своем решении установить тепловой насос. Он смонтировал к нему еще и вентиляцию (ТН подогревает воздух перед рекуператором), а холодным воздухом летом бесплатно остужает дом. Отопление, подогрев воды и кондиционирование обходится ему в 25 000 в год.

На этой исторической фотографии видно, сколько электричества было потрачено за три года на отопление и подогрев воды – 38586 киловат (напомнаем, площадь дома – 300 кв.метров).

Счетчик на фото специально для теплового насоса: когда-то сам не верил .

Соседи, оценив потенциал теплового насоса, сделали себе такие же. Главной ошибкой в устройстве теплового насоса наш пользователь считает чрезмерную длину холодных контуров – 200 метров было бы достаточно. Еще один промах – теплообменник в системе вентиляции, его надо делать с большим запасом; обязательно пригодится.

Все мелкие ошибки связаны с попытками сэкономить.

Не экономьте на диаметре труб, покупайте фирменные фитинги и циркуляционные насосы и будет вам счастье.

Подведение итогов

Участники нашего портала используют тепловой насос, как полноценную систему отопления (а не вспомогательную). По нашим наблюдениям, тепловой насос становится все более популярным способом отопления загородного дома. По отзывам наших пользователей, тепловой насос лучше всего работает в домах с низкими теплопотерями, поэтому в идеале дом нужно «затачивать» под это устройство еще на этапе проектирования. Хорошим вариантом будет каркасник со всеми необходимыми утеплениями, мембранами и пленками, или каменный дом. Второй момент: тепловой насос наиболее эффективен в альянсе с низкотемпературными отопительными приборами, так что лучше сразу ориентироваться на теплый пол.

На FORUMHOUSE можно найти огромное количество информации для тех, кто решится сделать тепловой насос своими или чужими руками. Есть рекомендации по правильному устройству геотермального контура теплового насоса, бесценные подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса, инструкции по проектированию тепловых насосов, узнайте, как сделать самую бюджетную, «народную» систему отопления на основе теплового насоса, посмотрите наше видео про дом, который успешно отапливается тепловым насосом.

Перспективы совместного применения тепловых насосов и низкотемпературных солнечных коллекторов

А.Л. Петросян, к.т.н. доцент, А.Б. Барсегян, инженер,
Ереванский государственный университет
архитектуры и строительства, г. Ереван, Республика Армения

Введение

Небольшая эффективность и высокая стоимость существующих солнечных коллекторов (СК) ограничивают области целесообразного применения систем солнечного теплоснабжения. Однако истощение запасов органического топлива и его чрезмерное удорожание, тревожная экологическая обстановка в мире из-за вредных и тепловых выбросов в атмосферу диктуют необходимость поиска методов повышения энергоэффективности систем теплоснабжения, поскольку они потребляют значительное количество тепловой энергии различного потенциала. Согласно [1], до 40% всего добываемого в мире топлива расходуется на эти нужды и поэтому развитые европейские страны стремятся в сфере теплоснабжения максимально полно использовать нетрадиционные источники тепла: низкотемпературные вторичные и возобновляемые энергоресурсы. Особое значение имеют солнечная энергия, энергия грунта, сточных и грунтовых вод и т.д. Ряд стран бывшего СССР, ориентированных на привозное топливо и имеющих благоприятные климатические условия (страны Закавказья, Черноморского региона и т.д.), могут весьма успешно использовать эти виды энергии (особенно солнечную). Однако, проектировщики и узкие специалисты сталкиваются со слабой научной, проектной и эксплуатационной базой систем солнечного теплоснабжения, техническими трудностями и высокой стоимостью привозного европейского оборудования, а также с психологическими факторами: системы солнечного теплоснабжения в бывшем СССР были почти научной фантастикой.

В данной статье рассмотрены вопросы совместного использования низкотемпературных СК и теплового насоса (НСК+ТН) в системе солнечного теплоснабжения, комбинация которых позволяет обеспечить высокую энергоэффективность и устойчивую работу системы за весь период летних и переходных месяцев года. С применением грунтовых аккумуляторов тепловой энергии такие системы могут конкурировать и с традиционными источниками тепла.

Для сравнения были также рассмотрены особенности вариантов систем теплоснабжения, в которых источником тепла являются среднетемпературные СК (ССК) и котлы районной котельной.

Схема с низкотемпературными солнечными коллекторами в комбинации с тепловым насосом

Принципиальная схема системы теплоснабжения с НСК+TН [2] с изложением основных узлов и принципа работы системы приведена на рис. 1.

Первый контур включает в себя бак-аккумулятор 1, циркуляционный насос 2, подающий 3 и обратный 4 теплопроводы, соединенные с внутренней системой жилых зданий микрорайона и конденсатором 5 ТН второго контура.

Во втором контуре источника тепла в состав ТН, кроме конденсатора 5, включены дроссель 6, испаритель 7 и компрессор 8.

Четвертый контур – это система утилизации солнечной энергии с низкотемпературным СК 9, насосом 10 и баком-аккумулятором 11 низкопотенциального источника тепла, обводным байпасным трубопроводом 12 со своей арматурой.

Принцип работы системы теплоснабжения с НСК+TН следующий. В часы солнечного сияния теплота радиации при помощи СК передается теплоносителю – воде или рассолу (NaCl). Нагретый в СК теплоноситель охлаждается в испарителе ТН и возвращается в бак-аккумулятор для последующего нагрева. В ночные и пасмурные часы вода или рассол проходит через байпасную линию, минуя СК, для сокращения тепловых потерь. При применении грунтового аккумулятора (на схеме не показано) вместо аккумулятора 11 можно получить возможность использования данной системы и в зимние месяцы, однако это, а также использование третьего контура (подача воды из грунтового аккумулятора в испаритель 7), в последующих расчетах не предусмотрено.

За счет низкопотенциального тепла, передаваемого от низкотемпературного СК, в испарителе 7 хладагент испаряется, и пары поступают в компрессор 8. Сжатые пары хладагента с температурой 80-85 С обеспечивают нагрев теплоносителя первого контура. Нагретый, например до 65 С, теплоноситель поступает в бак-аккумулятор 1 и далее подается к жилым зданиям микрорайона.

Поскольку температура теплоносителя в НСК близка температуре окружающей среды, то существенно сокращаются тепловые потери от поверхностей НСК, что и приводит к повышению энергетической эффективности системы солнечного теплоснабжения. Кроме того, значительно сокращается необходимая поверхность НСК, повышается их надежность. Сокращаются тепловые потери от теплопроводов при транспортировке низкотемпературного теплоносителя, однако повышается необходимая поверхность отопительных приборов при естественной циркуляции воздуха, установленных в помещениях зданий. Во избежание этого, следует применять фанкойлы, которые можно использовать также и при хладоснабжении зданий микрорайона.

Сравнение вариантов

В расчетах параметров оборудования системы теплоснабжения с ССК определяющей является площадь поверхности коллекторов (FССК), которая может быть определена различными методами. Нами выбран метод, изложенный в [3], а в качестве тепловой нагрузки принята нагрузка ГВС зданий городского микрорайона (∑QГВС):

где Iа – суммарная солнечная радиация местности, ηССК – коэффициент эффективности ССК.

Значения солнечной радиации местности определены в зависимости от месячных суммарных радиаций и продолжительности солнечного сияния. Актинометрические и метеорологические данные местности, например, для условий г. Еревана, представлены в таблице.

При снижении суммарной солнечной радиации и повышении среднемесячной температуры наружного воздуха эффективность ССК (ηССК) повышается и достигает максимума в июле месяце. В целом, среднесезонная эффективность ССК с неселективным поглощающим покрытием составляет примерно 0,48 (рис. 2). Наибольшая эффективность для НСК составляет 0,7-0,74.

Были проведены расчеты системы теплоснабжения для микрорайона г. Еревана с численностью 20 тыс. чел., нагрузкой ГВС – 7 МВт и продолжительностью нагрузки – 7 мес. в году (с апреля по октябрь). Площадь необходимой поверхности ССК для покрытия нагрузки ГВС составила 2 м 2 /чел. и, соответственно, для всего микрорайона – 40 тыс. м 2 .

Для системы теплоснабжения с НСК+ТН требуемая поверхность коллекторов (FНСК+ТН) в течение указанного сезона представлена в виде графика на рис. 3. Как следует из графиков этого рисунка расчетная поверхность НСК при использовании ТН может составить 16,5 тыс. м 2 , что в 2,4 раза меньше по сравнению с ССК.

Рассматриваемые системы следует сравнить по технико-экономическим показателям с традиционными источниками тепла – с котлами. Производя подбор оборудования, следует определить приведенные затраты за сезон по удельным капитальным вложениям на сравниваемые системы теплоснабжения и стоимости условного топлива. Необходимо учесть и экологический ущерб из-за применения той или иной системы теплоснабжения с различными источниками тепла.

Читайте также:  Камин в рустикальном стиле: все, что нужно знать

В результате проведенных расчетов было определено, что для системы теплоснабжения с ССК приведенные затраты составят 444 тыс. долл. США/год, для системы с НСК+ТН – 454,7 тыс. долл. США/год, а для системы с районной котельной – 531,9 тыс. долл. США/год. Из полученных результатов следует, что сравниваемые варианты систем солнечного теплоснабжения почти равноценны (система с НСК+ТН по приведенным затратам превосходит систему с ССК на 2,4%). Однако каждая из систем имеет свои положительные и отрицательные стороны, как с экономической, так и технической стороны, которые могут нарушить эту равноценность. В частности, повышение стоимости электрической энергии, уменьшение тепловой нагрузки, приведут к удорожанию системы с НСК+ТН. В регионах, где интенсивность солнечного сияния и температура наружного воздуха в указанные месяцы ниже, а также высоки цены на земельные участки и т.п., снижаются энергоэкономические показатели системы с ССК. Вариант системы с районной котельной по затратам на 17% превышает другие системы и основная статья расходов – затраты на органическое топливо, которая имеет тенденцию к увеличению. Поскольку стоимость основного оборудования сравниваемых систем может повышаться относительно небольшими темпами, по сравнению со стоимостью топлива, следует произвести анализ систем по удельным расходам топлива, поскольку для стран, ориентированных на привозное топливо, кроме экономических показателей, наибольший интерес представляет вопрос топливо- или энергосбережения.

На рис. 4 для системы с НСК+ТН показано изменение удельного потребления топлива, которое связано с изменением среднемесячной температуры наружного воздуха. При этом среднесезонное удельное потребление топлива для этой системы составляет 53 г у.т./кВт*ч тепловой энергии, что намного больше, чем для системы с ССК (0,4 г у.т./кВт*ч). Это означает, что для условий г. Еревана система с ССК по топливо- и энергосбережению превосходит систему с НСК+ТН.

На этом же рисунке показано среднесезонное удельное потребление топлива для системы теплоснабжения на базе районной котельной. Как и следовало ожидать, это значение намного превышает соответствующие значения для систем солнечного теплоснабжения с различными комбинациями, т.к. последние используют солнечную энергию вместо органического топлива. Поскольку удешевление различных видов топлива невозможно из-за истощения их запасов, то эти показатели могут быть основными для стран, ориентированных на привозное топливо. Однако при этом следует учесть не только экономические, но и актинометрические и метеорологические показатели местности.

Из вышеизложенного следует, что предлагаемые системы солнечного теплоснабжения по приведенным затратам почти равноценны (из-за высокой цены ССК). Однако существуют другие варианты использования солнечной энергии, в частности, при помощи «солнечных» прудов или бассейнов, капвложения в которые намного ниже, чем в ССК. «Солнечные» пруды одновременно служат аккумуляторами низкопотенциального тепла, поскольку, при применении незамерзающей жидкости, даже в зимние месяцы, их температура равна или ниже температуры окружающей среды. Предварительные расчеты подтверждают это, однако, это уже тема другой статьи.

Выводы

1. Использование солнечной энергии в системах теплоснабжения с ССК и НСК+ТН по соображениям топливо- и энергосбережения намного эффективнее и экологически безопаснее, чем сжигание топлива в районных котельных.

2. При актинометрических и метеорологических условиях г. Еревана для ГВС микрорайона системы теплоснабжения с ССК и НСК+ТН по приведенным затратам равноценны, однако, по топливосбережению система с НСК+ТН намного уступает системе с ССК.

3. Система теплоснабжения с НСК+ТН и грунтовым аккумулятором может обеспечить ГВС микрорайона и в зимние месяцы, а также осуществить хладоснабжение микрорайона или других потребителей при комбинированной выработке теплоты и холода, что намного повысит энергоэкономические показатели данной системы.

4. Показатели системы с НСК+ТН и «солнечным» прудом или бассейном могут оказаться намного выше, чем при других системах солнечного теплоснабжения из-за низких капитальных вложений в систему и ее возможности работать в зимние месяцы.

Литература

Петросян А.Л. Использование солнечной энергии и тепловых насосов для теплоснабжения жилых зданий. Сб. научн. трудов Ереванского государственного университета архитектуры и строительства. Том 2. 2003. С. 122-124.

Бекман У., Клейн С., Даффи Дж. Расчет системы солнечного теплоснабжения. М.: Энергоиздат, 1982. С. 80.

Девочкин М.А. и др. Технико-экономические расчеты в энергетике на современном этапе. Известия вузов. Энергетика. Минск, 1987. № 5. С. 3-7.

МТ 34-70-010-83. Методика определения валовых выбросов вредных веществ в атмосферу от котлов тепловых станций. Союзтехэнерго. М., 1984. С. 19.

Посмотреть данную технологию более подробно,
Вы можете в Каталоге энергосберегающих технологий

Солнечные тепловые коллекторы

Для чего используются тепловые солнечные коллекторы? Где можно их использовать – сферы применения, варианты применения, плюсы и минусы коллекторов, технические характеристики, эффективность. Можно ли сделать самому и насколько это оправдано. Схемы применения и перспективы.

Назначение

Устройство

Коллекторы состоят из трех основных частей:

Панели представлены в виде трубчатого радиатора, помещенного в короб с наружной стенкой из стекла. Их необходимо располагать на любом хорошо освещенном месте. В радиатор панели поступает жидкость, которая затем нагревается и передвигается в аванкамеру, где холодная вода замещается горячей, что создает постоянное динамическое давление в системе. При этом холодная жидкость поступает в радиатор, а горячая в накопительный бак.

Стандартные панели легко приспособить к любым условиям. При помощи специальных монтажных профилей их можно устанавливать параллельно друг другу в ряд в неограниченном количестве. В алюминиевых монтажных профилях просверливают отверстия и крепят к панелям снизу на болты или заклепки. После завершения работы панели солнечных абсорберов вместе с монтажными профилями представляют собой единую жесткую конструкцию.

Система солнечного теплоснабжения делится на две группы: с воздушным и с жидкостным теплоносителем. Коллекторы улавливают и поглощают излучение, и, совершая преобразование ее в тепловую энергию, передают в накопительный элемент, из которой тепло распределяется по помещению. Любая из систем может дополняться вспомогательным оборудованием (циркуляционный насос, датчики давления, предохранительные клапаны).

Принцип работы

В дневное время тепловое излучение передается теплоносителю (вода или антифриз), циркулирующему через коллектор. Нагретый теплоноситель передает энергию в бак водонагревателя, расположенного выше его и собирающего воду для горячего водоснабжения. В простой версии циркуляция воды осуществляется естественным образом благодаря разности плотности горячей и холодной воды в контуре, а для того, чтобы циркуляция не прекращалась, используется специальный насос. Циркуляционный насос предназначен для активной прокачки жидкости по конструкции.

В усложненном варианте коллектор включен в отдельный контур, наполненный водой или антифризом. Насос помогает им начать циркулировать, передавая при этом сохраненную солнечную энергию в теплоизолированный бак-аккумулятор, который позволяет запасать тепло и брать его в случае необходимости. Если энергии недостаточно, предусмотренный в конструкции бака электрический или газовый нагреватель, автоматически включается и поддерживает необходимую температуру.

Тем, кто хочет, чтобы в его доме была система солнечного теплоснабжения, для начала следует определиться с наиболее подходящим типом коллектора.

Коллектор плоского типа

Представлен в виде коробки, закрытой закаленным стеклом, и имеющий особый слой, поглощающий солнечное тепло. Этот слой соединен с трубками, по которым ведется циркуляция теплоносителя. Чем больше энергии он будет получать, тем выше его эффективность. Уменьшение тепловых потерь в самой панели и обеспечение наибольшего поглощения тепла на пластинах абсорбера позволяет обеспечить максимальный сбор энергии. При отсутствии застоя плоские коллекторы способны нагреть воду до 200 °C. Они предназначены для подогрева воды в бассейнах, бытовых нужд и отопления дома.

Коллектор вакуумного типа

Представляет собой стеклянные батареи (ряд полых трубок). Наружная батарея имеет прозрачную поверхность, а внутренняя батарея покрыта специальным слоем, который улавливает излучение. Вакуумная прослойка между внутренними и внешними батареями помогает сохранить около 90% поглощаемой энергии. Проводниками тепла являются специальные трубки. При нагревании панели происходит преобразование жидкости, находящейся в нижней части батареи в пар, который поднимаясь, предает тепло в коллектор. Этот тип системы имеет больший КПД по сравнению с коллекторами плоского типа, так как его можно использовать при низких температурах и в условиях плохой освещенности. Вакуумная солнечная батарея позволяет нагреть температуру теплоносителя до 300 °C, при использовании многослойного стеклянного покрытия и создании в коллекторах вакуума.

Тепловой насос

Системы солнечного теплоснабжения наиболее эффективно работают с таким устройством, как тепловой насос. Предназначен для сбора энергии из окружающей среды вне зависимости от погодных условий и может устанавливаться внутри дома. В качестве источника энергии здесь могут выступать вода, воздух либо грунт. Тепловой насос может работать, используя лишь солнечные коллекторы, если достаточно солнечной электроэнергии. При использовании комбинированной системы «тепловой насос и солнечный коллектор», не имеет значения тип коллектора, однако наиболее подходящим вариантом будет солнечная вакуумная батарея.

Что лучше

Система солнечного теплоснабжения может устанавливаться на крышах любого вида. Более прочными и надежными считаются плоские коллекторы, в отличие от вакуумных, конструкция которых более хрупкая. Однако при повреждении плоского коллектора придется заменить всю абсорбирующую систему, тогда как у вакуумного замене подлежит лишь поврежденная батарея.

Эффективность вакуумного коллектора гораздо выше, чем плоского. Их можно использовать в зимнее время и они производят больше энергии в пасмурную погоду. Достаточно большое распространение получил тепловой насос, несмотря на свою высокую стоимость. Показатель выработки энергии у вакуумных коллекторов зависит от величины трубок. В норме размеры трубок должны составлять в диаметре 58 мм при длине от 1,2-2,1 метра. Достаточно сложно установить коллектор своими руками. Однако обладание определенными знаниями, а также следование подробным инструкциям по монтажу и выбору места системы, указанными при покупке оборудования существенно упростит задачу и поможет принести в дом солнечное теплоснабжение.

Добавить комментарий