Прошлое и настоящее
На сегодняшний день геотермальный тепловой насос (Geothermal Heat Pump или GHP система) является наиболее эффективной энергосберегающей системой отопления и кондиционирования. Геотермальные тепловые насосы получили широкое распространение в США, Канаде и странах Европейского Сообщества. GHP системы устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах. Толчок к развитию GHP системы получили после энергетических кризисов 1973 и 1978 годов. В начале своего развития GHP системы устанавливались в домах высшей ценовой категории, но за счет применения современных технологий геотермальные тепловые насосы стали доступны многим американцам. Они устанавливаются в новых зданиях или заменяют устаревшее оборудование с сохранением или незначительной модификацией прежней отопительной системы. Геотермальный тепловой насос был установлен даже в широко известном небоскребе Нью-Йорка The Empire State Building.
К настоящему времени масштабы внедрения геотермальных тепловых насосов в мире ошеломляют:
Преимущества
Экономичность.
Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД GHP системы (от 300% до 700%) и позволяет получить на 1 кВт затраченной энергии 3-7 кВт тепловой энергии или 15-25 кВт мощности по охлаждению на выходе. Система исключительно долговечна и прослужит от 25 до 50 лет без особого внимания к себе.
Гибкость.
Одиночный модуль контролирует отопление, охлаждение и нагрев воды.
Комфорт.
GHP система работает устойчиво, колебания температуры и влажности в помещении минимальны. Отсутствует шум. Применяется мультизональный климатический контроль.
Дизайн.
Установка GHP не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, т.к. нет внутреннего и внешнего блока, и занимает минимум пространства. |
Экология.
Экологически чистый метод отопления и кондиционирования, т.к. используется возобновляемая тепловая энергия земли.
Надежность.
Содержит минимум подвижных частей, отсутствует внешнее оборудование. Практически не требуется обслуживания.
Безопасность.
Нет открытого пламени, нет выхлопа, нет сажи.
Эффективность.
Более чем в четыре раза эффективней традиционных систем.
Принцип работы
GHP система работает как котел при отоплении и как кондиционер при охлаждении. Работа теплового насоса осуществляется в компрессионно-конденсаторном цикле. Теплоноситель (обычно вода) подается из земли или водоема в тепловой насос, где низко-потенциальное тепло Земли отбирается и передается по системе воздуховодов или трубопроводов к потребителю. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии может быть использовано тепло как естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов), так и тепло техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов и любое другое бросовое тепло). Цикл приводится в действие электрическим двигателем. Энергетический цикл можно представить несколько иначе. Электричество приводит в действие электродвигатель, от которого механический момент передается на компрессор. Инициируется термодинамический цикл и тепло, накопленное землей или водоемом, отбирается теплообменниками теплового насоса. Электрическая энергия затрачивается только на перекачивание жидкости, но ничего удивительного в получении дополнительной энергии нет, т.к. используется уже накопленное Землей тепло. Сегодня тепловые насосы выпускаются тепловой мощностью от 2 кВт до 200 МВт.
Работа зимой | Работа летом |
Зимой GHP система тепло неостывшей земли передает в дом. Этот же цикл используется и при нагреве воды. | Летом GHP система излишки тепла в доме передает через теплообменник в обратном направлении. |
Область применения тепловых насосов
Тепловые насосы нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, жилом и общественном секторах:
Типы устройств
Типы и параметры ИНТ и ПВТ
В качестве ИНТ (источника низкопотенциального тепла) чаще всего выступают водопроводная вода, грунт, морская и речная вода, канализационные стоки и т.д. Широко используются низко-потенциальные ВЭР предприятий. Иногда между ИНТ и тепловым насосом необходимо применять промежуточный контур.
Сведения о некоторых ИНТ
ИНТ | Среда промежуточного контура | Температура источника, °С |
Грунтовые воды | вода | 8..15 |
Грунт | антифриз | 2..10 |
Вода с водозабора | вода | 6..10 |
Речная вода | антифриз | 1..10 |
Канализационные стоки | вода | 10..17 |
Окружающий воздух | воздух | -8..15 |
Вытяжной воздух | воздух | 18..25 |
Большинство потребителей теплоты используют так называемую высокотемпературную теплоту. Температура теплоносителя в расчетный период составляет обычно не менее 95°С.
Сведения о ПВТ (потребитель высокотемпературной теплоты)
Система | Примечание | Расчетная температура ПВТ, °С |
Отопление | Теплые полы | 25..35 |
Жилой дом | 95-105 | |
Промышленное здание | 95-150 | |
Горячее водоснабжение | — | 50..55 |
Теплоснабжение вентиляции | — | 95..150 |
Существующие тепловые насосы не могут поднять температуру теплоносителя до таких величин и в большинстве своем обеспечивают 50—55°С, а в некоторых случаях — до 63°С. Когда температура теплоносителя в расчетный период превышает 55°С, требуется специальная подготовка: повышение площади теплообмена или использование пиковых догревателей при низких наружных температурах.