Книга - Монтаж и сервис оборудования по использованию возобновляемых источников энергии. Том 4. Монтаж и сервис тепловых насосов

Монтаж и сервис оборудования по использованию возобновляемых источников энергии. Том 4. Монтаж и сервис тепловых насосов
Юрий Степанович Почанин


В книге "Монтаж и сервис оборудования по использованию возобновляемых источников энергии", том 4. Монтаж и сервис тепловых насосов" рассмотрены основные элементы оборудования тепловых насосов типа грунт-вода, вода-вода, воздух-вода, воздух-воздух для отопления и для горячего водоснабжения дома, производственных помещений. Предложены оптимальные схемы подключения оборудования тепловых насосов. Рассмотрен монтаж и сервис тепловых насосов. Книга может представлять интерес для школьников, студентов и специалистов, занимающихся установкой и сервисом тепловых насосов.




ПОЧАНИН Ю.С.

МОНТАЖ И СЕРВИС ОБОРУДОВАНИЯ ПО ИСПОЛЬЗОВАНИЮ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ ЭНЕРГИИ

Том 4. Монтаж и сервис тепловых насосов




Введение


В земле находится огромное количество тепла. Данное тепло исходит из двух источников: внутреннего и внешнего. Внешний источник тепла питается за счет тепловой энергии солнца и дождя: на практике влияние этого источника ощущается в грунте на глубине до 15 м. Внутренним источником тепла является энергия распада радиоактивных элементов, присутствующих в земной коре. На практике влияние данного источника начинает сказываться на глубинах свыше 20 м, и это тепло классифицируется как геотермальное. Геотермальная энергия, в отличие от других видов энергии (таких как энергия солнца, ветра или моря), не зависит от состояния атмосферы, а также от запасов топлива. Это стабильный и удобный в использовании вид энергии. Известно, что на глубине 4-5 м и более температура грунта в течение года практически постоянна и соответствует среднегодовой температуре атмосферного воздуха.

Устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой называется тепловым насосом. Использование низкопотенциального тепла Земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно и в настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии. Согласно прогнозам Мирового энергетического комитета к 2020 г. 75% теплоснабжения (коммунального и производственного) в развитых странах будет осуществляться с помощью тепловых насосов. Этот прогноз успешно подтверждается. В настоящее время в мире работает порядка 20 млн. тепловых насосных установок (ТНУ) различной мощности – от нескольких киловатт до сотен мегаватт. На сегодняшний день тепловые насосы широко применяются во всем мире. Количество тепловых насосов, работающих в Японии, Европе и США исчисляется десятками миллионов штук. Производство тепловых насосов в каждой стране, прежде всего, ориентировано на удовлетворение потребностей внутреннего рынка. В Японии и США наибольшее применение получили тепловые насосы класса «воздух-воздух» для отопления и летнего охлаждения воздуха. В Европе – тепловые насосы класса «вода-вода» и «вода-воздух». В США исследованиями и производством тепловых насосов занимаются более шестидесяти фирм. В Японии ежегодный выпуск тепловых насосов превышает 500 тысяч единиц. В Германии ежегодно вводится более 5 тысяч установок. В Швеции и странах Скандинавии эксплуатируются, в основном, крупные тепловые насосные установки. В Швеции уже к 2000 году эксплуатировалось более 110 тысяч теплонасосных станций (ТНС), 100 из которых имели мощность около 100 МВт и выше. Наиболее мощная ТНС-320 МВт работает в Стокгольме, использующая в качестве источника низкопотенциального тепла (ИНТ) воду Балтийского моря. Эта установка, расположенная на причаленных к берегу баржах, охлаждает зимой морскую воду от 4°С до 2 °С. Количество тепла, вырабатываемого теплонаносными установками в Швеции, уже составляет около 50% от потребного.

В США, по данным 2017 г., более 13 млн частных домовладений применяют тепловые насосы для отопления.

В Японии широко распространены воздухо-воздушные реверсивные ТНУ круглогодичного кондиционирования воздуха, мощностью от 1,2 до 16,5 кВт. В эксплуатации находится несколько миллионов подобных ТНУ.

В Германии в эксплуатации находятся около 1 млн. ТНУ. Они используются в водяных системах отопления, а также в воздушных системах отопления и кондиционирования воздуха. В качестве источников теплоты используются воздух наружный и вытяжной, грунт, вода и т.д. Крупные ТНУ работают, как правило, в системе центрального теплоснабжения.

Опыт стран, занимающих лидирующее положение в применении тепловых установок показал, что их целесообразно использовать при переходе к децентрализованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее потребителя.

Тепловые насосы (ТН) нашли широкое применение в различных отраслях промышленности, жилом и общественном секторах:

– в общественных зданиях с кондиционированием воздуха обычно применяют реверсивные тепловые насосы, обеспечивающие охлаждение воздуха в теплый период и нагревание в холодный период года;

– в жилищно-коммунальном секторе с помощью ТН может осуществляться автономное теплоснабжение коттеджей и отдельных зданий для отопления и горячего водоснабжения, а также осуществляется кондиционирование в летний период года;

– на промышленных предприятиях различных отраслей ТН применяют для утилизации теплоты низко потенциальных технологических выбросов, водооборотных систем и стоков, с целью использования такого тепла для теплоснабжения, отопления и горячего водоснабжения. При необходимости используется и вырабатываемый тепловыми насосами холод

Идеальный вариант для ТН – наличие вблизи от потребителя источника сбросного тепла промышленного или коммунального предприятия. В качестве довольно универсального источника низко потенциального тепла можно использовать теплоту грунта.

Основу эксплуатируемого сегодня в мире парка тепло-насосного оборудования составляют парокомпрессионные тепловые насосы, но применяются также и абсорбционные, электрохимические и термоэлектрические. Статистика производства тепловых насосов типа грунт-вода и воздух-вода за последние 8 лет представлена на рис.1.

По объемам производства установок лидируют США и Китай. Первые – благодаря качеству продукции, вторые – из-за низкой стоимости. Количество проданных тепловых насосов в 2015 г. по странам ЕС представлено на рис. 2. В настоящее время в развитых странах ведутся разработки новых моделей и технологий использования тепловых насосов. Так, например, японские производители создали тепловые насосы «воздух— вода», приспособленные к работе в холодном климате. Они сохраняют высокую тепловую производительность при температуре наружного воздуха до -15°C. Для обеспечения работы при минусовых температурах используются различные решения, предотвращающие обледенение. Среди них, тепло аккумуляторы, обогрев через байпасный контур, нагревательные спирали. Технология парожидкостного впрыска позволяет поддерживать поток хладагента на необходимом уровне даже при очень низкой температуре наружного воздуха.








Рис.1 Статистика производства тепловых насосов










Рис.2 Количество проданных тепловых насосов в 2015 г. по странам ЕС



Разработаны модели двойного действия – появились реверсивные тепловые насосы «воздух— вода», способные не только нагревать, но и охлаждать воду. Это решение обеспечивает максимальный комфорт как в зимнее, так и в летнее время.

Появились модели тепловых насосов «воздух— вода» могут иметь два контура и способны обслуживать сразу два помещения с различной потребностью в обогреве. Обеспечивая подачу двух потоков воды с разной температурой, они могут использоваться как для независимого обогрева, так и для охлаждения двух помещений или зон одного помещения. Объединение тепловых насосов «воздух— вода» с фотоэлектрическими панелями позволяет более эффективно использовать электроэнергию, вырабатываемую солнечными панелями, управляя энергопотреблением теплового насоса.

В районах с холодным климатом, таких как Северная Европа, где температура наружного воздуха может опускаться до – 40°С, эффективным способом получения горячей воды могут стать гибридные системы, объединяющие газовый котел и тепловой насос «воздух— вода». Уже установленный котел можно использовать для эффективного дополнительного нагрева. Ряд производителей представил на рынке интеллектуальные системы управления, позволяющие подключить тепловой насос к действующей системе отопления и горячего водоснабжения на базе газового котла. Если условия не позволяют использовать тепловой насос, включается газовый котел, обеспечивая непрерывное функционирование системы теплоснабжения.

Некоторые производители предоставляют услуги облачного сервиса для удаленного управления работой и энергопотреблением тепловых насосов «воздух— вода». Подключившись к облачному серверу, пользователь получает возможность полного контроля над устройством из любой точки планеты. Данная технология позволяет сэкономить электроэнергию, повысить уровень комфорта, добиться более гибкого управления ресурсами.

Созданы «умные» распределительные сети. Стремительный рост производства электроэнергии из возобновляемых источников привел к диспропорции между подаваемой и требуемой электрической мощностью. Для решения этой проблемы тепловые насосы «воздух – вода» с функцией управления распределением энергии обеспечивают более гибкое регулирование энергопотребления. Данная функция позволяет изменять алгоритм работы прибора по сигналу контроллера. В настоящее время созданы разнообразные внутренние блоки для тепловых насосов «воздух— вода», отличающиеся как назначением, так и функциональными возможностями. В регионах с холодным климатом требуемую тепловую мощность могут обеспечить радиаторы без вентиляторов, передающие тепло путем излучения. Комфортная температура при этом поддерживается без создания воздушных потоков, что существенно снижает энергопотребление и уровень шума. В ассортименте многих производителей имеются внутренние блоки «все-в-одном», способные охлаждать и отапливать помещение, а также подавать горячую воду. Такие устройства отличаются компактностью и простотой обслуживания.

Опыт стран, занимающих лидирующее положение в применении тепловых установок показал, что их целесообразно использовать при переходе к децентрализованным системам теплоснабжения (без протяженных дорогостоящих тепловых сетей), когда тепловая энергия генерируется вблизи ее потребителя. Внедрение таких экономичных и экологически чистых технологий теплоснабжения необходимо в первую очередь во вновь строящихся районах городов и в населенных пунктах при полном исключении применения электрокотельных, потребление энергии которыми в 3-4 раза превышает потребление ее теплонасосными установками. Использование теплонасосных установок перспективно в комбинированных схемах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии (солнечной, ветровой, биоэнергии), так как позволяет оптимизировать параметры сопрягаемых систем и достигать наиболее высоких экономических показателей. Применение теплонасосных установок вносит наибольший вклад в экономию невозобновляемых энергоресурсов с помощью технологий нетрадиционной энергетики. Использование низкопотенциального тепла Земли посредством тепловых насосов возможно практически повсеместно и в настоящее время это одно из наиболее динамично развивающихся направлений использования нетрадиционных возобновляемых источников энергии.

Анализ возможных областей применения технологий, использующих нетрадиционные источники энергии, показывает, что одной из перспективной областью их внедрения являются тепло насосные системы теплоснабжения, использующие низкопотенциальное тепло, накапливаемое в водоемах, грунте, геотермальных источниках, технологических выбросах (воздух, вода, стоки и др.– источники низкопотенциального тепла (ИТН). Однако, температура этих источников довольно низкая (1–25°С), таблица 1, и для эффективного их использования необходимо осуществить перенос этой энергии на более высокий температурный уровень (50–100°С). Это возможно осуществить с помощью тепловых насосов.

Таблица 1. Сведения о некоторых источниках низкопотенциального тепла








Основные достоинства тепловых насосов:

1) Экономичность. На данный момент тепловые насосы являются более экономичными чем котлы на дизельном топливе или электрокотлы, а в ближайшем будущем, когда цены на энергоносители сравняются с европейскими они будут превосходить даже газовые котлы.

2) Повсеместность применения. Источник рассеянного тепла можно обнаружить везде и тепловой насос будет бесперебойно отапливать ваш дом, не завися от капризов погоды, поставщиков дизельного топлива или падения давления газа в сети.

3)Экологичность. Тепловой насос не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, СO2, NOх, SO2, PbO2. Потому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Применяемые же в тепловых насосах фреоны не содержат хлор углеродов и озон безопасны. Экологическое оборудование должно работать исключительно с использованием экологически безвредного наполнителя.

4) Универсальность. Тепловые насосы обладают свойством обратимости (реверсивности). Они могут нагревать или охлаждать помещение.

5) Безопасность. Эти агрегаты практически взрыва- и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Взрываться здесь просто нечему, нельзя также угореть или отравиться. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей.

6) Надежность. Надежная автоматическая работа установки, не требующая постоянного присутствия человека. Длительный срок службы без капитального ремонта (10-20 лет: 45 тыс. часов для ТН с поршневым компрессором; 60 тыс. часов для ТН с винтовым компрессором).

7) Малые габариты и вес.




Глава1 Принцип работы тепловых насосов


Идею создания испарительного теплового насоса была высказана английским физиком Кельвином в 1852 г. В основе теплового насоса лежат два физических явления. Первое: когда вещество испаряется, оно поглощает тепло, а когда конденсируется, отдает его. Второе: когда давление повышается повышается и температура испарения и конденсации вещества



В тепловом насосе происходит отбор теплоты низкопотенциального источника и его утилизация следующим образом. Теплоноситель, проходя по трубопроводу, проложенному в земле или воде, нагревается на несколько градусов, затем, проходя через теплообменник испарителя теплового насоса отдает аккумулированную теплоту. Хладагент с низкой температурой кипения в испарителе при низком давлении, отбирая эту теплоту, переходит из жидкого состояния в газообразное. Компрессор сжимает хладагент, при повышении давления повышается температура газа до 50-80°С, и затем горячий газ поступает в теплообменник конденсатора, где происходит передача тепла в систему отопления.

В настоящее время наиболее широко применяются два класса тепловых насосов. К одному классу можно отнести термоэлектрические на эффекте Пельтье, а к другому – испарительные, которые, в свою очередь подразделяются на механические компрессорные (поршневые или турбинные) и абсорбционные (диффузионные). Кроме того, постепенно возрастает интерес к использованию в качестве тепловых насосов вихревых труб, в которых работает эффект Ранка.

Тепловые насосы на эффекте Пельтье. Эффект Пельтье заключается в том, что при подаче на две стороны специально подготовленной полупроводниковой пластины, рис.3, небольшого постоянного напряжения, одна сторона этой пластины нагревается, а другая – охлаждается.








Рис. 3 Элемент Пельтье

Физическая суть эффекта состоит в следующем. Пластина элемента Пельтье (он же «термоэлектрический элемент», англ. Thermoelectric Cooler, TEC), состоит из двух слоёв полупроводника с разными уровнями энергии электронов в зоне проводимости. При переходе электрона под действием внешнего напряжения в более высокоэнергетическую зону проводимости другого полупроводника, он должен приобрести энергию. При получении им этой энергии происходит охлаждение места контакта полупроводников (при протекании тока в обратном направлении происходит обратный эффект – место контакта слоёв нагревается дополнительно к обычному омическому нагреву). Достоинством элементов Пельтье является максимальная простота их конструкции (что может быть проще пластины, к которой припаяны два проводка) и полное отсутствие каких-либо движущихся частей, а также внутренних потоков жидкостей или газов. Следствием этого является абсолютная бесшумность работы, компактность, полное безразличие к ориентации в пространстве (при условии обеспечения достаточного теплоотвода) и очень высокая стойкость к вибрационным и ударным нагрузкам. Да и рабочее напряжение составляет лишь несколько вольт, поэтому для работы вполне достаточно нескольких батареек или автомобильного аккумулятора.

Главным недостатком термоэлектрических элементов является их относительно невысокая эффективность – ориентировочно можно считать, что на единицу перекачанного тепла им потребуется вдвое больше подведённой внешней энергии, то есть, подведя 1 Дж электрической энергии, из охлаждаемой области мы сможем удалить лишь 0.5 Дж тепла. Понятно, что все суммарные 1.5 Дж выделятся на «тёплой» стороне элемента Пельтье и их надо будет отвести во внешнюю среду. Это во много раз ниже эффективности компрессионных испарительных тепловых насосов.

На фоне столь низкого КПД обычно уже не так важны остальные недостатки, – а это небольшая удельная производительность в сочетании с высокой удельной стоимостью. В соответствии с их особенностями, основная область применения элементов Пельтье в настоящее время обычно ограничивается случаями, когда требуется не очень сильно охладить что-либо не слишком мощное, особенно в условиях сильной тряски и вибраций и при жёстких ограничениях по массе и габаритам, – например, различные узлы и детали электронной аппаратуры, прежде всего военной, авиационной и космической. Пожалуй, самое широкое распространение в быту элементы Пельтье получили в маломощных (5..30 Вт) переносных автомобильных холодильниках.

Испарительные компрессионные тепловые насосы. Принцип работы этого класса тепловых насосов заключается в следующем. В основе работы теплового насоса лежит обратный термодинамический цикл Карно. Хладагент обладает важным свойством – закипать при отрицательных температурах. Что бы заставить хладагент переносить тепло, тепловой насос оснащают четырьмя ключевыми элементами: компрессор, расширительный клапан (ТРВ), испаритель и конденсатор, рис.4.

Для удобства описания принципа работы теплового насоса, разделим цикл на 4 основные фазы:

I. Расширение. Хладагент, находящийся в жидком состоянии, продавливается через расширительное устройство – терморегулирующий вентиль (ТРВ). Задача ТРВ резко понизить давление рабочей жидкости. При относительно низком давлении (около 7 бар) рабочая жидкость способна закипеть, даже при температуре -25 ?С. Это важно, поскольку кипение и испарение и есть процесс поглощения и выделения энергии, а это необходимое условие для второй фазы.

II. Кипение. После ТРВ жидкость поступает в испаритель, который представляет собой теплообменник. При помощи этого компонента, тепловой насос отбирает тепло от окружающей среды. Хладагент закипает и испаряется, поглощая теплоту. В итоге на выходе из испарителя хладагент находиться полностью в парообразном состоянии и всего на несколько градусов теплее своего первоначального состояния. Однако, благодаря переходу в пар, рабочая жидкость смогла получить достаточное количество энергии и готова к следующему этапу.

III. Сжатие. Дальше хладагент поступает в компрессор, при помощи которого тепловой насос сжимает рабочую жидкость. В процессе сжатия, давление хладагента повышается, это сопровождается одновременным нагревом.

IV. Сжижение. После компрессора, горячий хладагент поступает в конденсатор, который так же является теплообменником. В конденсаторе рабочая жидкость конденсируется, отдавая тепло и превращаясь снова в жидкость. Это тепло передается системе отопления и горячего водяного снабжения (ГВС). На выходе из конденсатора хладагент находится в жидкой фазе и снова поступает на ТРВ.








Рис.4 Схема рабочего цикла испарительного компрессионного теплового насоса.



Что бы лучше понять принцип работы теплового насоса, рассмотрим пять основных физических явлений, лежащих в его основе.

1. Тепло содержится в воздухе и земле даже при отрицательных температурах. Одним из препятствий на пути к пониманию принципов работы теплового насоса является заблуждение, что нельзя извлекать теплоту при отрицательных температурах воздуха или грунта. Тепло – это энергии связанная с движением (вибрацией) малейших частиц: молекул, атомов, ионов. В общепринятой и привычной нам шкале Цельсия – ноль градусов, это отметка замерзания воды. При этом, в воздухе содержится значительно меньше тепла чем при 40?С жары, но всё же оно есть и его можно использовать. Движение частиц полностью останавливается при температуре минус 273?С, что соответствует 0? по шкале Кельвина.

2. Тепло поступает от тёплого источника к холодной среде. Согласно второму закону термодинамики, тепло поступает от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Что бы «развернуть» этот поток при работе теплового насоса используются те самые два теплообменника. В первом теплообменнике (испарителе) хладагент с низкой температурой поглощает тепло от окружающей среды (воздух, грунт или вода), рис.5. Во втором теплообменнике (конденсаторе) уже горячий хладагент, после сжатия в компрессоре теплового насоса, передает тепло в контуре отопления, рис. 6. В обоих случаях выполняется закон передачи энергии от высокотемпературного источника энергии к низкотемпературному.








Рис.5 Передача тепла в испарителе теплового насоса










Рис.6 Передача тепла в конденсаторе теплового насоса



3. Сжатие газа повышает температуру, расширение её снижает. Тепловой насос нагревает рабочую жидкость после испарителя за счёт сжатия. Когда газ сжимается, температура, а значит и количество тепла, содержащееся в газе, увеличивается. Это происходит вследствие значительного увеличения вибрации частиц, которым становится «тесно». За этот процесс в работе теплового насоса отвечает компрессор. С другой стороны, расширение газа или жидкости приводит к снижению давления и температуры. Тепловой насос обеспечивает это при помощи расширительного клапана – ТРВ.

4. Фазовый переход рабочей среды. Если жидкость нагрелась до точки кипения, то наступает переходная фаза. Во время этой «паузы» жидкая и газообразная (пар) фаза хладагента в контуре теплового насоса существуют одновременно. Этот процесс продолжается, пока вся жидкость не превратится в пар. Основной фокус в том, что всё поглощённая энергия уходит на испарение и не вызывает рост температуры. Это тепло называют скрытой теплотой, и его количество у различных веществ различно. Хоть это тепло и называют скрытым, согласно закону сохранения энергии оно никуда не удаляется, а лишь накапливается и затем передается. Вся поглощенное во время испарения (кипения) энергия, затем выделяется при конденсации, т.е. обратном фазовом переходе из пара в жидкость. Использования фазового перехода, дает возможность значительно увеличить эффективность теплового насоса. Рабочая среда контура теплового насоса во время изменения фазы поглощает/выделяет значительно больше тепла, чем при изменении только температуры.

5. Температура испарения и конденсации рабочей среды зависит от давления. Температура, при которой рабочая жидкость конденсируется или испаряется, зависит от давления. Сжимая газообразный хладагент, компрессор так же значительно повышает давление. При большом давлении процесс конденсации происходит при относительно высоких температурах, позволяя отдавать тепловую энергию в конденсаторе теплового насоса в систему отопления.

В свою очередь, низкое давление рабочей среды приводит к тому, что хладагент может закипать при довольно низкой температуре. Этому способствует так же основное свойство рабочей жидкости.  Хладагент испаряется, а значит и поглощает тепло, при температуре -50?С в условиях атмосферного давления. Благодаря этому свойству хладагента тепловой насос может отбирать тепло из окружающей среды даже при температуре -20?С и отдавать тепло при температуре +60?С. В природе это явление можно сравнить с кипением воды в горах при разряженном воздухе. На высоте 3 000 м давление составляет 0,7 бар. В таких условиях вода кипит уже при 90?С. На уровне моря, при атмосферном давлении равном 1 бар, вода кипит при 100?С. С увеличением давления, увеличивается и температура кипения воды. Таким образом, на «горячем» участке компрессор-конденсатор-дроссель хладагент находится под высоким давлением и преимущественно в жидком состоянии, а на «холодном» участке дроссель-испаритель-компрессор давление низкое, а хладагент в основном находится в парообразном состоянии. И сжатие, и разрежение создаются одним и тем же компрессором. С противоположной от компрессора стороны тракта зоны высокого и низкого давления разделяет дроссель, ограничивающий поток хладагента.

В мощных промышленных холодильниках в качестве хладагента используется ядовитый, но эффективный аммиак, производительные турбокомпрессоры и иногда детандеры. В бытовых холодильниках и кондиционерах хладагентом обычно являются более безопасные фреоны, а вместо турбоагрегатов используются поршневые компрессоры и «капиллярные трубки» (дроссели).

В общем случае изменение агрегатного состояния хладагента необязательно – принцип будет рабочим и для постоянно газообразного хладагента, – однако большая теплота изменения агрегатного состояния многократно повышает эффективность рабочего цикла. Но вот если хладагент будет всё время находиться в жидком виде, эффекта не будет принципиально – ведь жидкость практически несжимаема, а потому ни повышение, ни снятие давления не изменят её температуру.

Достоинства компрессионных тепловых насосов. Главное достоинство этого типа тепловых насосов – их высокая эффективность, самая высокая среди современных тепловых насосов. Соотношение подведённой извне и перекачанной энергии у них может достигать 1:3 – то есть на каждый джоуль подведённой энергии из зоны охлаждения будет откачано 3 Дж тепла – сравните с 0.5 Дж у элементов Пельте. При этом компрессор может стоять отдельно, и выработанное им тепло (1 Дж) необязательно отводить во внешнюю среду в том же месте, где отдаются 3 Дж тепла, откачанные из зоны охлаждения.

Кстати, существует отличающаяся от общепринятой, но весьма любопытная и убедительная теория термодинамических явлений. Так вот, один из её выводов заключается в том, что работа по сжатию газа в принципе может составлять лишь порядка 30% от его общей энергии. А это означает, что соотношение подведённой и перекачанной энергии 1:3 соответствует теоретическому пределу и при термодинамических методах перекачки тепла не может быть улучшено в принципе. Впрочем, некоторые производители уже заявляют о достижении соотношения 1:5 и даже 1:6, и это соответствует действительности – ведь в реальных холодильных циклах используется не просто сжатие газообразного хладагента, но и изменение его агрегатного состояния, и именно последний процесс является главным.

Недостатки компрессионных тепловых насосов. К недостаткам этих тепловых насосов можно отнести, во-первых, само наличие компрессора, неизбежно создающего шум и подверженного износу, а во-вторых, необходимость использования специального хладагента и соблюдение абсолютной герметичности на всём его рабочем пути. Впрочем, бытовые компрессионные холодильники, непрерывно работающие по 20 лет и более без какого-либо ремонта, – совсем не редкость. Ещё одна особенность – довольно высокая чувствительность к положению в пространстве. На боку или вверх ногами вряд ли заработает и холодильник, и кондиционер. Но это связано с особенностями конкретных конструкций, а не с общим принципом работы.

Как правило, компрессионные тепловые насосы и холодильные установки проектируются в расчёте на то, что на входе компрессора весь хладагент находится в парообразном состоянии. Поэтому попадание на вход компрессора большого количества неиспарившегося жидкого хладагента может вызвать в нём гидравлический удар и, как результат, серьёзную поломку агрегата. Причиной такой ситуации может быть как износ аппаратуры, так и слишком низкая температура конденсатора – поступающий в испаритель хладагент слишком холодный и испаряется слишком вяло. Для обычного холодильника такая ситуация может возникнуть, если пытаться его включить в очень холодном помещении (например, при температуре около 0°С и ниже) либо если он только что внесён в нормальное помещение с мороза. Для работающего на обогрев компрессионного теплового насоса это может случится, если пытаться отогреть им промороженное помещение при том, что на улице тоже холодно. Не очень сложные технические решения устраняют эту опасность, но они удорожают конструкцию, а при штатной эксплуатации массовой бытовой техники в них нет нужды – такие ситуации не возникают.

Использование компрессионных тепловых насосов. В силу своей высокой эффективности именно этот тип тепловых насосов получил практически повсеместное распространение, вытеснив все остальные в различные экзотические области применения. И даже относительная сложность конструкции и её чувствительность к повреждениям не могут ограничить их широкое использование.

Испарительные абсорбционные (диффузионные) тепловые насосы. Абсорбционный тепловой насос (АТН) – специализированный агрегат, служащий для теплоснабжения различных объектов. Источником энергии в АТН может выступать пар, горячие технические жидкости, газы, горячая вода. Тепловой насос (ТН) представляет собой устройство по трансформации теплоты с низким значением температуры на более высокий температурный уровень. АТН подразделяются на солевые и водоаммиачные. Последние наиболее распространены. В водоаммиачном оборудовании хладагентом служит вода, а абсорбентом – водный солевой раствор, преимущественно бромистого лития LiBr.

Абсорбционные тепловые насосы отличаются от компрессионных тем, что вместо механического компрессора процесс повышения давления рабочего тела осуществляется с помощью так называемого термохимического компрессора. Его действие основано на использовании экзотермических процессов смешения и эндотермических процессов разделения. Остальные элементы ТН принципиально аналогичны.

В составе АТН присутствует несколько теплообменных аппаратов, собранных в один агрегат. Тепло -масса обменные аппараты соединены контурами, предназначенными для циркулирования абсорбента и хладагента. У абсорбционного теплового насоса принцип работы основывается на поглощении пара более низкой температуры абсорбентом, с одновременным выделением теплоты. За счет тепла от источника НПТ хладагент закипает под вакуумом. Абсорбент выкачивается в генератор, где выпаривается ранее поглощенный водяной пар. После этого солевой концентрат возвращается в абсорбер, а конденсат паров хладагента – в испаритель. В результате серии теплообменных процессов абсорбционный тепловой насос генерирует тепло, используемое для различных нужд, в зависимости от назначения абсорбционного теплового насоса и сферы его применения.

Рабочими телами в абсорбционных ТН служат бинарные смеси, состоящие из рабочего агента и абсорбента (поглотителя), имеющих различные температуры насыщения и способность в процессе смешения повышать температуру смеси. Наиболее известны пары веществ вода – аммиак и вода – бромистый литий.

В качестве примера рассмотрим принцип работы водоаммиачного абсорбционного ТН, схема которого представлена на рис. 7. Образующийся при разделении рабочего тела в генераторе (за счет подвода теплоты Q (при температуре t = 300°К=27°C) концентрированный пар аммиака низкого давления р поступает в теплообменник-охладитель, где конденсируется, отдавая в окружающую среду количество теплоты Q


при температуре Т


. Полученный конденсат сжимается насосом до давления р


= 1,0 МПа. При этом давлении за счет вторичного подвода теплоты Q" при температуре t = 300°К в теплообменнике-испарителе жидкость испаряется. Образовавшийся насыщенный пар высокого давления поступает в смеситель-абсорбер, где смешивается с раствором низкой концентрации. Выделяющаяся за счет абсорбции теплота вызывает нагрев смеси до температуры Т


= 420°К. Образующийся из этой смеси в абсорбере пар с меньшей концентрацией, но с той же температурой Т


, поступает в теплообменник-конденсатор, где, конденсируясь, отдает теплоту сетевой воде, нагревая ее примерно до 370°К. Нагретую сетевую воду используют для нужд отопления и горячего водоснабжения. Образующийся в теплообменнике-конденсаторе конденсат раствора через дроссель направляется в генератор, где из него снова выпаривается аммиак. Обедненный раствор из генератора подается насосом в смеситель-абсорбер, и цикл повторяется.

Тепловые насосы нового поколения с одноступенчатой регенерацией бинарной смеси имеют коэффициент преобразования до 1,75, а с двухступенчатой – до 2,2.

Перспективная область применения абсорбционных ТН – круглогодовые системы кондиционирования воздуха, использующие ВЭР. В последние годы большое внимание в мире уделяется абсорбционным бромисто-литиевым ТН. Объясняется это их экологической чистотой и высокой эффективностью. Применяются они для получения горячей воды на нужды отопления, горячего водоснабжения, а также для одновременного нагрева и охлаждения технологических сред различных производств.








Рис. 7 Схема абсорбционной установки:

I – генератор; 2 – теплообменник-охладитель; 3 – теплообменник-испаритель; 4 – смеситель-абсорбер; 5 – теплообменник-конденсатор; 6 —дроссель








Рис.8 Тепловой насос абсорбционного типа

Абсорбционные тепловые насосы – довольно громоздкие агрегаты и используются, в основном, в промышленности, рис.8. Это обусловлено наличием большого количества низкотемпературного тепла на производствах, предприятиях, заводах.

АТН, в основном, применяются в промышленности, но сейчас доступны абсорбционные тепловые насосы малой мощности для дома. Единственное ограничение в их использовании – необходимость наличия низкотемпературного тепла в том виде, в каком его может поглотить абсорбент.

Достоинства абсорбционных тепловых насосов. Главное достоинство абсорбционных тепловых насосов – это возможность использовать для своей работы не только электричество, но и любой источник тепла достаточной температуры и мощности – перегретый или отработанный пар, пламя газовых, бензиновых и любых других горелок – вплоть до выхлопных газов и солнечной энергии.

Второе достоинство этих агрегатов, особенно ценное в бытовых применениях, – это возможность создания конструкций, не содержащих движущихся деталей, а потому практически бесшумных.

Наконец, в бытовых моделях рабочее тело (обычно это водо-аммиачная смесь с добавлением водорода или гелия) в используемых там объёмах не представляет большой опасности для окружающих даже в случае аварийной разгерметизации рабочей части (это сопровождается весьма неприятной вонью, так что не заметить сильную утечку невозможно, и помещение с аварийным агрегатом придётся покинуть и проветрить «автоматически»; сверхмалые же концентрации аммиака естественны и абсолютно безвредны). В промышленных установках объёмы аммиака велики и концентрация аммиака при утечках может быть смертельной, но в любом случае аммиак числится экологически безопасным, – считается, что в отличии от фреонов он не разрушает озоновый слой и не вызывает парниковый эффект.

Недостатки абсорбционных тепловых насосов. Главный недостаток этого типа тепловых насосов – более низкая эффективность по сравнению с компрессионными.

Второй недостаток – сложность конструкции самого агрегата и довольно высокая коррозионная нагрузка от рабочего тела, либо требующая использования дорогих и труднообрабатываемых коррозионно-стойких материалов, либо сокращающая срок службы агрегата до 5..7 лет. В результате стоимость «железа» получается заметно выше, чем у компрессионных установок той же производительности (прежде всего это касается мощных промышленных агрегатов).

В-третьих, многие конструкции весьма критичны к размещению при установке – в частности, некоторые модели бытовых холодильников требовали установки строго горизонтально, и уже при отклонении на несколько градусов отказывались работать. Использование принудительного перемещения рабочего тела с помощью помп в значительной степени снимает остроту этой проблемы, но подъём бесшумным термосифоном и слив самотёком требуют очень тщательного выравнивания агрегата.

В отличии от компрессионных машин абсорбционные не так боятся слишком низких температур – просто их эффективность снижается. Но это не значит, что они могут работать в лютую стужу – на морозе водный раствор аммиака банально замёрзнет в отличие от используемых в компрессионных машинах фреонов, температура замерзания которых обычно ниже –100°C. Правда, если лёд ничего не порвёт, то после оттаивания абсорбционный агрегат продолжит работу, даже если его всё это время не отключали из сети, – ведь механических насосов и компрессоров в нём нет, а мощность подогрева в бытовых моделях достаточно мала, чтобы кипение в районе нагревателя не стало слишком интенсивным. Впрочем, всё это уже зависит от особенностей конкретной конструкции.

Использование абсорбционных тепловых насосов. Несмотря на несколько меньшую эффективность и относительно более высокую стоимость по сравнению с компрессионными установками, применение абсорбционных тепловых машин абсолютно оправдано там, где нет электричества или где есть большие объёма бросового тепла (отработанный пар, горячие выхлопные или дымовые газы и т.п. – вплоть до солнечного нагрева).

В настоящее время в Европе газовые котлы иногда заменяют абсорбционными тепловыми насосами с нагревом от газовой горелки или от солярки – они позволяют не только утилизировать теплоту сгорания топлива, но и «подкачивать» дополнительное тепло с улицы или из глубины земли. Как показывает опыт, в быту вполне конкурентоспособны и варианты с электронагревом, прежде всего в диапазоне малых мощностей – где-то от 20 и до 100 Вт. Меньшие мощности – вотчина термоэлектрических элементов, а при больших пока безусловны преимущества компрессионных систем. Кстати, оценивая потребление энергии, стоит учитывать тот факт, что компрессионные холодильники почти всегда работают в коротко-периодическом режиме, а абсорбционные обычно включаются на гораздо более длительный срок или вообще работают непрерывно. Поэтому, даже если номинальная мощность нагревателя будет гораздо меньше мощности компрессора, соотношение среднесуточного потребления энергии может быть совсем другим.

Вихревые тепловые насосы. Вихревые тепловые насосы используют для разделения теплого и холодного воздуха, эффект Ранка. Суть эффекта заключается в том, что газ, тангенциально подаваемый в трубу на высокой скорости, внутри этой трубы закручивается и разделяется: из центра трубы можно отбирать охлаждённый газ, а с периферии – нагретый. Этот же эффект, хотя и в гораздо меньшей степени, действует и для жидкостей.

Главное достоинство этого типа тепловых насосов – простота конструкции и большая производительность. Вихревая труба не содержит движущихся деталей, и это обеспечивает ей высокую надёжность и долгий срок службы. Вибрация и положение в пространстве практически не оказывают влияния на её работу. Мощный поток воздуха хорошо предотвращает обмерзание, а эффективность вихревых труб слабо зависит от температуры входного потока. Очень важно и практическое отсутствие принципиальных температурных ограничений, связанных с переохлаждением, перегревом или замерзанием рабочего тела. В некоторых случаях играет свою роль возможность достижения рекордно высокого температурного разделения на одной ступени: в литературе приводятся цифры охлаждения на 200°С и более. Обычно одна ступень охлаждает воздух на 50..80°С.

Недостатки вихревых тепловых насосов. К сожалению, эффективность этих устройств в настоящее время заметно уступает эффективности испарительных компрессионных установок. Кроме того, для эффективной работы они требуют высокой скорости подачи рабочего тела. Максимальная эффективность отмечается при скорости входного потока, равной 40..50% от скорости звука – такой поток сам по себе создаёт немало шума, а кроме того, требует наличия производительного и мощного компрессора – устройства тоже отнюдь не тихого и довольно капризного.

Отсутствие общепризнанной теории этого явления, пригодной для практического инженерного использования, делает конструирование таких агрегатов занятием во многом эмпирическим, где результат сильно зависит от удачи: «угадал – не угадал». Более-менее надёжный результат даёт только воспроизведение уже созданных удачных образцов, а результаты попыток существенного изменения тех или иных параметров не всегда предсказуемы и иногда выглядят парадоксальными.

Использование вихревых тепловых насосов. Тем не менее, в настоящее время использование таких устройств расширяется. Они оправданы в первую очередь там, где уже есть газ под давлением, а также на различных пожаро- и взрывоопасных производствах – ведь подать в опасную зону поток воздуха под давлением зачастую гораздо безопаснее и дешевле, чем тянуть туда защищённую электропроводку и ставить электродвигатели в специальном исполнении.

Пределы эффективности тепловых насосов. Почему же тепловые насосы до сих пор не получили широкого распространения для обогрева. Причин этому несколько, и помимо субъективных, связанных с отсутствием традиций обогрева с помощью этой техники, есть и объективные, главные среди которых – обмерзание теплоотборника и относительно узкий диапазон температур для эффективной работы.

В вихревых (прежде всего газовых) установках проблем переохлаждения и обмерзания обычно нет. Они не используют изменение агрегатного состояния рабочего тела, а мощный поток воздуха выполняет функции системы «No Frost». Однако эффективность их намного меньше, чем у испарительных тепловых насосов. В испарительных тепловых насосах высокая эффективность обеспечивается за счёт изменения агрегатного состояния рабочего тела – перехода из жидкости в газ и обратно. Соответственно, этот процесс возможен в относительно узком интервале температур. При слишком высоких температурах рабочее тело всегда останется газообразным, а при слишком низких – будет испаряться с большим трудом или вообще замёрзнет. В результате при выходе температуры за рамки оптимального диапазона наиболее энергоэффективный фазовый переход становится затруднённым или вовсе исключается из рабочего цикла, и КПД компрессионной установки существенно падает, а если хладагент останется постоянно жидким, то она вообще работать не будет.




Глава 2 Основные элементы теплонасосных установок


Схематично тепло насосную установку можно представить в виде системы из трех замкнутых контуров: в первом, внешнем, циркулирует теплоноситель, собирающий теплоту окружающей среды, во втором – хладагент (вещество, которое испаряется, отбирая теплоту тепло датчика, и конденсируется, отдавая теплоту теплоприемнику, в третьем- теплоприемник (вода в системах отопления и горячего водоснабжения, рис.9.










Рис.9 Контуры теплонасосной установки



Основными элементами теплового насоса являются: испаритель, компрессор, конденсатор и дроссель (регулятор потока), соединенные трубопроводом, в котором циркулирует хладагент – вещество, способное кипеть при низкой температуре и меняющее свое агрегатное состояние с газового в одной части цикла на жидкое – в другой.

1.Хладагент. Эти жидкости еще называют: хладонами, фреонами, хладагентами. Они обеспечивают стабильную работу и высокую эффективность теплового насоса, но могут создать экологические проблемы в связи с содержанием вредных веществ при изношенности оборудования или при аварийной ситуации. Принято делить периоды использования некоторых групп рабочих жидкостей на четыре поколения.

Первое поколение характеризуется первоначальными попытками человека создавать новые виды холодильных машин. В процессе поиска оптимума используется все, что попадается под руку, в том числе опасные вещества (токсичные, взрывоопасные, горючие).

Второе поколение рабочих жидкостей представляет собой фреоны (углеводороды с галогена замещенными атомами водорода). Временной отрезок хладагентов второго поколения приходится на 1930-1990-е годы, который иногда называют эрой фреонов. Ключевыми показателями фреонов становятся энергоэффективность и безопасность для человека (в отличие от агентов первого поколения).

Дальнейшее развитие стремительно форсируется открытиями озонового слоя и эффектами его разрушения. Все фреоны, содержащие хлор (основной разрушитель озона) объявляются вне закона, и начинается срочный поиск альтернатив. Типичным представителем синтетических хладагентов третьего поколения является озон безопасный R134a (который, однако, утепляет окружающую среду). Внедрение хладагентов четвертого поколения (с 2010 года) связано с необходимостью не только защитить озоновый слой, но и минимизировать эффекты глобального потепления, за которые ответственны холодильные агенты. Наиболее известным представителем хладагентов четвертого поколения является R1234yf (Opteon™ yf), представляющий собой гидрофторолефин.

Решения Монреальского протокола коренным образом изменили подход к традиционным озон разрушающим хладагентам, и начиная с 90-х годов на одно из первых мест вышел вопрос об опасности изменения климата и сохранения эмиссии парниковых газов, вызванной применением таких хладагентов. По степени озон разрушающей активности озонового слоя Земли галоидопроизводные углеводороды разделены на три группы:

1.хладагентами, с высокой озон разрушающей активностью, являются хлорфторуглероды (ХФУ) R11, R12, R13, R113, R114, R115, R502, R503, R12B1, R13B1 (или по международному обозначению CFC11, CFC12, CFC13 и т. д.) и др.;

2. хладагенты с низкой озон разрушающей активностью- гидрохлорфторуглероды (ГХФУ) R21, R22, R141b, R142b, R123, R124 (или по международному обозначению HCFC21, HCFC22, HCFC141b и т. д.) и др., в молекулах которых содержится водород. Для этих веществ характерно меньшее время существования в атмосфере по сравнению с ХФУ, и, как следствие, они оказывают меньшее влияние на разрушение озонового слоя. Ряд многокомпонентных рабочих тел, предлагаемых в качестве альтернативы ХФУ, содержат в своем составе ГХФУ, например R22;

3. хладагенты, не содержащие атомов хлора – это, фторуглероды ФУ (FC), гидрофторуглероды ГФУ (HFC), углеводороды (НС) и др. считаются полностью озон безопасными. Таковыми являются хладагенты R134, R134a, R152a, R143a, R125, R32, R23, R218, R116, RC318, R290, R600, R600a, R717 и др.

В качестве альтернативы запрещенным к производству хладагентам Монреальским протоколом рассматриваются следующие классы веществ: гидрохлорфторуглероды (ГХФУ), гидрофторуглероды (ГФУ) и природные хладагенты – аммиак, диоксид углерода, вода, углеводороды.

Традиционно, наиболее распространенные рабочие жидкости для тепловых насосов являются: R12 (хлорфторуглерод CFC-12) малая и средняя температуры (макс. 80°C); R114 (хлорфторуглерод CFC-114), высокая температура (макс. 120°C); R500 (фреон R500) средняя температура (до 80° C); R502 (фреон R500,) низкая и средняя температуры (макс. 55°C); R22 (хлорфторуглеводород HCFC-22), применяется практически во всех обратимых и низкотемпературных тепловых насосах (макс. 55°C). CFC (хлорфторуглероды). В связи высокой химической активностью и содержанием в составе этих рабочих жидкостей хлора хлорфторуглероды (CFC) вредны для окружающей среды. Данные рабочие жидкости обладают высоким озон разрушающим потенциалом и способствуют глобальному потеплению. CFC относятся к группе запрещенных хладагентов. Так же тепловые насосы должны обладать высокой энергетической эффективностью, что бы тепловые насосные системы оставались интересны с точки зрения энергосберегающей альтернативы традиционным видам получения энергии. В дополнении к поиску экологически чистых рабочих жидкостей важна модернизация и усовершенствование самих тепловых насосов. Поскольку эффективность тепловой насосной системы больше зависит от конструкции самого теплового насоса и системы распределения энергии, чем от рабочей жидкости, используемой в контуре сжатия.

HCFC (гидрохлорфторуглероды) так же содержат в своем составе хлор, но имеют гораздо более низкий потенциал разрушения озонового слоя чем CFC, около 2-5% от показателей R12. Так же у HCFC в пять раз ниже потенциал способствующего глобальному потеплению. Хладагенты группы HCFC являются, так называемыми переходными рабочими жидкостями. Они предназначены только для модернизации теплонасных систем.

Тепловые насосы заполняются различными безопасными хладагентами. В таблице 2 приведены характеристики хладагента R407C.

Таблица 2 Характеристики хладоагента R407C.






Если тепло отводится водой или воздухом, то различные хладагенты позволяют достичь следующих температур:

R717около+50°С, R502 около+50°С, R22 около+53°С, R134a около+72°С, R142 около+100 °С.

2. Высокопроизводительный испаритель. Испаритель как конструктивный элемент представляет собой емкость, в которой происходит превращение в пар жидкого хладагента. Хладагент, циркулируя по замкнутому контуру, проходит через испаритель. В нем хладагент разогревается и превращается в пар. Образующийся пар под низким давлением направляется в сторону компрессора. Для передачи тепла применяется пластинчатый теплообменник из нержавеющей стали, состоящий из множества наслоенных друг на друга и спаенных металлических пластин. Благодаря большой поверхности теплообменника и незначительной вместимости имеющаяся тепловая энергия может быстро переноситься от источника тепла к хладагенту. Теплообменник работает по принципу противотока с целью оптимального использования энергии. Пластинчатый теплообменник имеет изоляцию, защищающую от накапливающегося конденсата.

Технология, равномерно распределяющая хладагент через специальную систему впрыскивания по всем пластинам, позволяет добиться существенно лучшего теплообмена и тем самым более высокого коэффициента полезного действия.

3.Компрессор. В компрессоре пары хладагента подвергаются действию давления, и их температура возрастает. Компрессор перекачивает под большим давлением разогретый пар в сторону конденсатора. Обычно, в тепловых насосах используются объемные компрессоры, которые можно разделить на следующие типы: поршневые, роторные, спиральные и винтовые.

Компрессоры, в которых конечное давление перекачиваемой среды достигается в одном процессе сжатия, называются одноступенчатыми компрессорами. Соответственно компрессоры, в которых конечное давление достигается в нескольких последовательных процессах сжатия, между которыми охлаждается хладагент, называются многоступенчатыми компрессорами. Так же существует ряд других классификаций, однако мы рассмотрим 4 основных типа, перечисленных выше, которые чаще всего используются в тепловых насосах.

Поршневые компрессоры. В поршневых компрессорах процесс сжатия происходит в цилиндре, в котором поршень движется в возвратно-поступательном движении, рис.10.








Рис.10 Поршневой компрессор Bristol



Этот тип компрессоров обычно используется в тепловых насосах и холодильных машинах средней и большой мощности.  Он применим как к тепловым насосам воздух-вода, так и к геотермальным тепловым насосам.

Преимущества – высокая эффективность, долговечность.

Недостатки – высокий уровень шума и вибраций, высокая стоимость

Роторные компрессоры. В этом типе компрессора процесс сжатия осуществляется с помощью вращающихся элементов, через которые газ протекает непрерывно. Самой распространённой конструкций применяемой в тепловых насосах является эксцентриковые роторные компрессоры с вращающимся поршнем, рис.11.








Рис. 11 Строение роторного компрессора

Усовершенствованная модель имеет два поршня на одном валу. Благодаря этому удалось достичь меньших показателей вибрации и более высокого КПД. Именно такая конструкция используется в большинстве тепловых насосов типа воздух-вода мощностью до 15 кВт как у европейских, так и у азиатских производителей.

Преимущества – компактность и лёгкость, низкий уровень шума, невысокая цена.

Недостатки – низкая надёжность, невысокий КПД.

Спиральные компрессоры. В компрессоре спирального типа сжатие рабочей среды происходит при взаимодействии двух спиралей, рис.12.




Рис. 12 Спиральный компрессор scrollCopeland



Наибольшее распространение в тепловых насосах получила технология Scroll в основу, которой положена конструкция из архимедовых спиралей и вала с эксцентриком, принцип сжатия в котором представлен на рис. 13.








Рис. 13 Принцип сжатия в спиральном компрессоре типа scroll



Как правило, такими компрессорами оснащают тепловые насосы типа грунт-вода или воздушные тепловые насосы средней мощности.

Преимущества – низкий уровень шума, высокая эффективность, долговечность.

Недостатки – высокая цена

Винтовые компрессоры. Принцип работы компрессора данного типа на вращении двух роторов с винтами, рис14. Вращение происходит в различные стороны, за счет чего и происходит сжатие рабочей среды.








Рис.14 Строение винтового компрессора



Такие компрессоры чаще всего используются в теплонасосных установках большой мощности. Часто они применяются в многоступенчатых холодильных агрегатах.

Преимущества – высокая эффективность, надёжность

Недостатки – высокий уровень шумов, применимы только в установках большой мощности.

Область использования основных типов компрессоров для тепловых насосов представлена на рис. 15.








Рис. 15 Область использования основных типов компрессоров для тепловых насосов

Все вышеперечисленные компрессоры уже много лет успешно применяются в тепловых насосах различной мощности и назначения.

4.Предохранительный автомат мотора компрессора. Для внутреннего предохранения компрессор имеет предохранительный автомат мотора, который в качестве термо-предохранителя, защищает катушки мотора от перегрева. Он в случае нарушения самостоятельно отключает компрессор и после требующегося на охлаждение времени, примерно 15-30 мин, включает его.

5. Конденсатор. Конденсаторы в тепловом насосе служат для отвода теплоты при температуре, превышающей температуру окружающей среды или охлаждающего вещества. При этом хладагент переходит из парообразного состояния в жидкое, т.е. конденсируется. В качестве охлаждающих веществ для конденсаторов можно применять как жидкости (особенно воду), так и газы (особенно воздух). Тип охлаждающего вещества, воспринимающего теплоту конденсации, зависит в теплонасосном цикле от способа применения. Использование воздуха или других газов в качестве охлаждающих веществ для конденсаторов имеет смысл лишь тогда, когда газ, используемый для охлаждения, представляет собой вещество, к которому должна подводиться полезная теплота. При использовании жидкостей в качестве вещества, охлаждающего конденсатор, их функцией часто является лишь транспортировка полезной теплоты от конденсатора к месту ее потребления (промежуточные теплоносители).





Конец ознакомительного фрагмента. Получить полную версию книги.


Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию (https://www.litres.ru/pages/biblio_book/?art=49893431) на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.