Особливості та принцип роботи

Теплова помпа – це холодильник навпаки.
Коли останній бере холод з теплого кімнатного повітря, то теплова помпа отримує тепло із зовнішнього холодного середовища. Теплова помпа (рис.1)

Рис. 1. Принцип роботи теплової помпи

Працює таким чином: охолоджений рідкий теплоносій типу фреону надходить до випарника 3, де нагрівається водою, повітрям або ж іншою субстанцією, закипає і переходить у газоподібний стан. Далі він потрапляє у компресор 4, де стискається з виділенням значної кількості тепла. Цей гарячий реагент надходить у теплообмінник 1 (конденсор), де охолоджується під час нагрівання теплоносія системи опалення і переходить у рідкий стан. За розширювальним клапаном 2 тиск рідини знижується, а її температура суттєво зменшується. Вищеописаний цикл повторюється. Такими тепловими імпульсами розігрівається система опалення. Пояснимо схему роботи теплової помпи на конкретному прикладі.
У столиці Швеції Стокгольмі, розташованій на березі моря, масово використовуються теплові помпи типу «вода – вода». Температура морської води впродовж року становить +8ºС. Охолоджений теплоносій надходить до моря, нагрівається до +8ºС, закипає до газоподібного стану і потрапляє до компресора. Під час стискання фреону його температура підвищується до 55ºС. У конденсорі теплоносій передає тепло воді системи опалення, зріджується і знову охолоджується при зменшенні тиску. Таким є один робочий цикл теплової помпи.
Зазначимо, що найбільш економічні режими роботи теплової помпи досягаються за температури теплоносія у межах 45-50ºС. Такому режиму роботи теплової помпи відповідає так звана тепла підлога, яка функціонує в температурних межах 35 - 40ºС. Застосуванням теплих підлог можна зменшити тепловтрати будинку до 30%.
Теплові помпи є різних типів і конструкцій. Найпоширенішими є теплові помпи «повітря – вода», «вода-вода», «грунт -вода» і «повітря – повітря». Конструктивно це надійні, але надзвичайно складні пристрої, вартість яких досить висока. Виробники постійно вдосконалюють теплові помпи. Досить зазначити, що у помпі Zubadan (Mitsubishi) реалізовано 14 запатентованих технічних рішень.
Основним критерієм ефективності теплової помпи є коефіцієнт продуктивності (СОР), який визначається відношенням кількості отриманих кВт·год тепла до витраченої електроенергії. У дуже ефективних теплових помпах цей коефіцієнт може змінюватися від 1 до 7, залежно від температури зовнішнього середовища (повітря, води, грунту чи іншої субстанції тощо). На рис. 2 подана залежність СОР від температури (від -19ºС до +15ºС) для теплових помп Nibe (Швеція).

Рис. 2. Залежність коефіцієнту корисної дії помпи від температур

Як бачимо, навіть при -19ºС теплова помпа значно ефективніша від електрокотла, оскільки споживає у 1,7 разів менше електроенергії. За вищих температур ця помпа ще ефективніша.
Передові позиціїї з розробки теплових помп утримують японські та шведські фірми. Згідно з даними 2000 року, у світі працювали сотні мільйонів теплових помп. Лише у Японії їх налічується не менше 60 млн. Це зрозуміло, адже Японія є острівною державою, що омивається теплими морями. На сьогодні в Європі віддають перевагу помпам «повітря-вода», оскільки їх просто монтувати, а їхнє використання не
створює проблем, пов’язаних із промерзанням ґрунту. Адже коли забрати із грунту критичну кількість тепла, то він просто замерзне, і помпа не працюватиме. На наше переконання, для України з її здебільшого вологим кліматом ефективними є шведські теплові помпи Octopus (Восьминіг). Шведи реалізували оригінальну ідею засвоєння енергії вологого повітря ребристими поверхнями, що справді нагадують восьминога (рис.3).

Рис. 3. Шведська теплова помпа Octopus (Восьминіг)

Сама зовнішня конструкція помпи вирізняється надійністю і простотою. На нашу думку, її застосування є найдоцільнішим на дахах багатоповерхівок, де робоча поверхня постійно обдувається потоками вітру. Це суттєво підвищує ефективність її використання.
На рис. 4. показано теплову помпу, інтегровану в систему опалення будинку. Вона забезпечує +55ºС на виході, чого вистачає для нормальної роботи системи опалення і нагрівання води. Насамперед, потрібно відзначити мінімальні витрати при встановленні цієї помпи (без буріння землі). Результат є ощадним, а сама система практична і ефективна. Алюмінієві ребра чудово конденсують вологу довкілля. Перевагою помпи «Octopus» є відсутність рухомих частин, окрім компресора. Результатом є нескладне обслуговування і продовжений час експлуатації абсорбера (до 50-ти років), а цілої помпи до 25-ти років. Фірма виготовляє також комбіновані повітряно – водяні помпи, що беруть енергію з грунту і повітря в умовах дуже холодного клімату. При застосуванні помпи економія нафтопродуктів складає не менше 60%.

Рис. 4. Опалення і нагрівання води помпою Octopus

Значним недоліком помп Octopus є намерзання льоду і перекривання доступу повітря до поверхні конденсора. Намерзання починається від +10ºС і нижче.
На рис.5 зображені зовнішні температури і коефіцієнти трансформації помпи Octopus у Латвії, де в умовах морського клімату спостерігається висока вологість повітря (до 80%). Як бачимо, від середини вересня до середини грудня коефіцієнт трансформації помпи у середному становив 3.

Рис. 5. Коефіцієнт трансформації теплової помпи (вересень-грудень)

Окрім того, не виявилося явного зв’язку між температурою зовнішнього повітря і продуктивністю помпи. Такі результати стали можливими за рахунок заходів зі зменшення товщини намерзання льоду на робочу поверхню. Тому доцільно встановлювати помпи Octopus на дахах багатоповерхових житлових будинків з можливістю підігрівання робочої поверхні конденсора теплим вентиляційним повітрям, яке викидається в атмосферу. Попередні розрахунки показали високу окупність цих помп і можливість автономізації від міських систем опалення і підігріву води.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Монтаж і експлуатація електропроводки – В.И. Риженко, В.И. Назаров, 2006р.

2. Методичні вказівки Олійник М.Й., Гоголюк П.Ф., Федишин В.Г. 2010р.

3. Інтернет http://res.ua/komutaciyna-aparatura/pzv-diferenciyni-avtomati/

4. Інтернет https://uk.wikipedia.org/wiki/%D0%9F%D1%80%D0%B8%D1%81%D1%82%D1%80%D1%96%D0%B9_%D0%B7%D0%B0%D1%85%D0%B8%D1%81%D0%BD%D0%BE%D0%B3%D0%BE_%D0%B2%D1%96%D0%B4%D0%BA%D0%BB%D1%8E%D1%87%D0%B5%D0%BD%D0%BD%D1%8F

5. Інтернет http://elektrovoz.lviv.ua/products/category/1751912?gclid=CjwKEAjwjca5BRCAyaPGi6_h8m8SJADryPLhinx-ymj9e3L98LRgLAgVM6LxBcujATj7leQUBc8veBoCLyTw_wcB