Рисунок 1: Типичный тепловой насос.
Тепловой насос передает тепло между системой распределения отопления и охлаждения и заземлением. Это основной строительный блок системы GSHP. Наиболее распространенным типом теплового насоса, используемого в системах GSHP, является блок «вода-воздух» мощностью от 3, 5 кВт до 35 кВт в режиме охлаждения. Обозначение «вода-воздух» указывает, что жидкость, переносящая тепло к заземлению и из него, представляет собой воду или смесь воды / антифриза и что система распределения тепла внутри здания опирается на горячий или холодный воздух.
Тепловой насос может быть модулем с расширенным диапазоном, позволяющим снизить температуры входящей жидкости в режиме нагрева и более высокими температурами входящей жидкости в режиме охлаждения.
Все компоненты этого типа теплового насоса находятся в одном корпусе: компрессор, теплообменник заземления и хладагента, органы управления и система распределения воздуха, содержащая воздушный погрузчик, вентилятор воздуховода, фильтр, тепло от хладагента к воздуху теплообменник и система удаления конденсата для кондиционирования воздуха. Типичный упакованный блок теплового насоса показан на рисунке 1.
Для жилых помещений и небольших коммерческих систем достаточно одного теплового насоса. Для крупных коммерческих, институциональных или промышленных систем несколько тепловых насосных агрегатов обычно используются в распределенной сети, соединенной с общим контуром жидкости.
Тепловой насос работает в том же цикле, что и холодильник. Тепловой насос использует сжатие и расширение хладагента для подачи тепловых потоков между внутренней частью здания и заземлением. Согласно второму закону термодинамики, тепло будет течь только от более горячего до холодного вещества, но тепловой насос будет выделять тепло с земли, например, на 5ºC и использовать его для обогрева здания до 21ºC. В определенное время года температура земли будет такой, что тепло будет течь в желаемом направлении в любом случае. Тем не менее, тепловой насос все же должен работать, чтобы обеспечить достаточную скорость теплового потока.
Эта скорость связана с разностью температур между тепловым насосом и заземлением: при охлаждении, чем выше температура здания, тем лучше скорость передачи с заземлением.
В режиме обогрева тепловой насос работает следующим образом: тепло от заземления поступает на теплообменник заземления-хладагента, называемый испарителем (см. Рис. 2). На другой стороне теплообменника находится холодный хладагент в основном жидком состоянии. Хладагент холоднее, чем температура теплоносителя от заземления, поэтому тепло втекает в хладагент. Это тепло вызывает испарение жидкого хладагента; его температура не сильно возрастает. Этот газообразный, низкотемпературный и низкотемпературный хладагент затем переходит в компрессор с электрическим приводом. Это повышает давление хладагента и, как следствие, его температуру.
Высокотемпературный газовый выход компрессора высокого давления подается во второй теплообменник, называемый конденсатором. В тепловых насосах «вода-воздух» вентилятор продувает воздух, нагреваемый через эту «воздушную катушку». В тепловых насосах вода-вода вода, которая будет нагревать здание, течет через конденсатор. Поскольку хладагент более горячий, чем воздух или вода, он передает ему тепло. Когда он теряет тепло, температура хладагента несколько падает и конденсируется.
Этот высокотемпературный жидкий хладагент затем проходит через расширительный клапан. Клапан уменьшает давление хладагента, и, как следствие, его температура значительно падает. Теперь эта низкотемпературная жидкость течет к испарителю, и цикл начинается снова. Таким образом, тепло от воды или другого теплоносителя в заземляющем соединении переносится на воздух или воду в здании: отсюда и название «тепловой насос« вода-воздух »или« тепловой насос «вода-вода» ».
Одно существенное различие между тепловым насосом с заземлением и холодильником заключается в том, что тепловой насос с заземлением предназначен для работы в обоих направлениях. В режиме охлаждения теплообменник заземления и хладагента становится конденсатором, а теплообменник хладагент-воздух становится испарителем. Это достигается за счет реверсивного клапана внутри теплового насоса.
Пароохладитель, как показано на рисунке 2, обеспечивает быструю горячую воду, когда компрессор работает. Пароохладитель представляет собой небольшой вспомогательный теплообменник на выходе из компрессора. Он переносит избыточное тепло из сжатого газа в воду, которая циркулирует в резервуаре с горячей водой.
В течение сезона охлаждения, когда система кондиционирования работает часто, пароохладитель может обеспечить всю горячую воду, необходимую для применения в жилых помещениях.
Холодильный цикл (режим нагрева) типового упакованного теплового насоса.
Некоторые жилые тепловые насосы предназначены для обеспечения горячей воды круглый год в количествах, достаточных для удовлетворения потребностей домашних хозяйств.
ИСТОЧНИК: АНАЛИЗ ЧИСТЫХ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ ПРОЕКТОВ - RETScreen® International