Пособие. Пособие. Титов. Содержание Введение. Значение электроотопительных систем и их виды Глава Централизованные электроотопительные системы
 Скачать 4.68 Mb.
|
|
Содержание Введение. Значение электроотопительных систем и их виды Глава 1.Централизованные электроотопительные системы ТЭНовые электрические котлы Электродные электрические котлы Индукционные электрические котлы Тепловые насосы Глава 2. Локальные электроотопительные системы 2.1 Электрические конвекторы 2.2 Масляные радиаторы отопления 2.3 Инфракрасные обогреватели 2.4 Электрический теплый пол 2.5 Электрический теплый плинтус Глава3.Электрооборудование и системы управленияэлектроотопительными системами Схема подключения электрического котла с ТЭНами к электросети Схемы подключения элементов теплого пола к электропроводке Устройства защиты отопительных систем и их принцип работы Назначение, устройство и выбор автоматического выключателя Назначение, устройство и выбор УЗО Назначение, устройство и выбор циркуляционного насоса. 3.5Способы управления электроотопительными системами Сокращения Список используемой литературы Введение Значение электроотопительных систем и их виды Все больше людей стали задумываются о рациональности использования энергоносителей. Естественной является жесткая конкуренция на рынке отопительного оборудования, а так как выбор лозунгов не очень велик, все говорят одно и то же: цена, качество, экология и энергосбережение. Раньше были широко распространены твердотопливные и газовые системы подачи тепла. Сейчас они уходят в прошлое и передают эстафету электрическому отоплению. Электрические отопительные системы получили самое широкое распространение в Европе. В России они только начинают набирать популярность, поскольку электричество по-прежнему остается одним из самых дорогих энергоносителей. В нашем случае рассматривается преобразование электрической энергии в тепловую. Во многих случаях такая система отопления является куда более выгодной, чем, к примеру, газовая. И на то есть несколько причин: - более высокий КПД; точность регулировки рабочих параметров; возможность работы в автоматическом режиме; простота установки; компактность; низкие затраты на обслуживание и ремонт; отсутствие необходимости в запасе топлива; абсолютная безопасность; отсутствие вредных выбросов в окружающую среду. Электроотопительные системы бывают: Централизованные - в доме устанавливается электрический котел отопления и отопительные коммуникации. По методу нагрева теплового носителя все электрические котлы можно условно разделить на 3 вида: - ТЭНовые; элетродные; индукционные. Эти разновидности электрических котлов можно легко отличить по ряду признаков. Если планируется отапливать только помещение, то потребуется одноконтурный котел, а если еще нужна и горячая вода, то необходимо приобрести двухконтурный. Кроме того, отопительные системы бывают одно-, двух- и трехфазные, данный параметр зависит от мощности системы. Отдельно нужно сказать по поводу «тепловых насосов»: сейчас оборудование для него достаточно дорогое, но оно одно из самых экономичных среди рассматриваемых. Эти системы выделены в отдельную группу, для своей работы они используют электрическую энергию, так что их можно спокойно отнести к автономному электроотоплению. Локальные - подразумевают использование в отдельных помещениях различных электрообогревателей. К оборудованию этой группы относят такие электроотопители, как: - электрические конвекторы и масляные радиаторы; инфракрасные обогреватели; электрический теплый пол и плинтус. За исключение котлов, все виды локального электрического отопления не требуют внешних нагревательных и вспомогательных устройств что является их несомненным плюсом. Они довольно легки в управлении и монтаже, обладают малой инерционностью, возможно подключение электронных блоков управления и дистанционная работа с ними. Обычно электричество применяют для обогрева небольших по площади одноэтажных домов или квартир в домах городского типа при наличии мощной проводки. В остальных случаях электрическое отопление применяют как вспомогательное. Глава 1. Централизованные электроотопительные системы 1.1 ТЭНовые электрические котлы Электрический котел — это устройство, которое может выступать как основным источником обогрева, так и дополнительным. Электрические котлы работают по принципу нагрева жидкости в присоединенном к ним внешнем контуре отопления (рис.1.1). Большинство моделей ТЭНовых электрических котлов оснащены циркуляционным насосом - для лучшего давления и циркуляции воды, воздушным клапаном и встроенной расширительной емкостью.  Рис.1.1 Схема стандартного подключения электрического котла в систему 1– электрический котел; 2 – расширительная емкость; 3– предохранительный клапан; 4 – циркуляционный насос; 5 – фильтр; 6 –клапан сброса воздуха; 7 – прибор отопления ТЭНовый электрический котел (рис.1.2) представляет собой устройство с теплообменником, в котором помещаются один или несколько ТЭНов, блок автоматики, который отвечает за регулирование и управление процессом нагрева теплоносителя.  Рис.1.2 Общий вид ТЭНового электрического котла с элементами: 1- силовой блок; 2 – корпус водонагревателя; 3- цифровой индикатор; – термостат; 5,6 – лампы индикации включения и выключения насоса; 7 – автоматические выключатели; 8 – манометр; 9 –клапан сброса воздуха; 10 – реле протока; 11- циркуляционный насос; 12 – клапан сброса давления; 13, 14 – штуцера подключения к системе. В зависимости от режима, ТЭНы включаются по одному, группами или все вместе. Обычно в одном котле монтируют 3−4 ТЭНа. Диапазон мощностей большинства выпускаемых котлов — от 3 до 50 кВт. К 3х- фазной сети подключают, как правило, более мощные котлы. Трубчатый электрический нагреватель (рис.1.3) выглядит как металлическая трубка (1).  Рис.1.3 Внутреннее устройство ТЭНа: металлический корпус; 2- наполнитель; 3- спираль; 4- контактный стержень в заделке; 5- герметик; 6- изолятор; 7- контактный стержень L–развернутая длина труб; lа – активная длина (lа=L- 2*lк); lк – номинальная длина контактных стержней в заделке Внутрь трубки помещены контактные стержни (4) и спираль накала (3).Основой мокрого ТЭНа является спиралеобразная нихромовая проволока (3).Чтобы не столкнуться с такой проблемой, как короткое замыкание, спираль накаливания отделяется от металлического корпуса трубки наполнителем (2). В качестве наполнителя используется кварцевый песок или магниевый оксид. Песок характеризуется хорошей теплопроводностью. ТЭНы для электрокотлов бывают: одноконцевыми или двухконцевыми. Обычно используется первый тип (рис.1.4).  Рис.1.4 Общий вид одноконцевогоТЭНа У одноконцевого ТЭНа водные контакты распределены лишь с одного боку стержня. Внешне ТЭНы походят на обычные кипятильники. В зависимости от производителя открытые ТЭНы имеют четыре основные отличительные характеристики: По типу крепления –ТЭНы могут быть: гаечными или фланцевыми. Фланцевые элементы в свою очередь, изготавливаются литыми или штампованными. По наличию анодного гнезда - ТЭН для водонагревателя может при наличии гайки не иметь анодного крепления, или иметь на фланце дополнительный крепеж в виде резьбы. Часто ТЭНы крепятся к стенкам изделий при помощи штуцеров (рис.1.5).  Рис.1.5 Штуцер ТЭНа Штуцер закрепляется на электронагревателе способом прессовки, пайки или сварки в зависимости от условий работы ТЭНа в той или иной нагреваемой среде. Наиболее часто применяются штуцера с размерами, приведенными в таблице 1 Таблица 1. Типоразмеры штуцеров
Из перечисленных размеров хотелось бы выделить, как самый технологичный, вариант штуцеров с трубной резьбой G 1/2" (наружний диаметр резьбы – 20,96 мм). Применение этого типоразмера штуцеров не потребует дополнительных затрат на ответные гайки и уплотнительные прокладки, так как размер G 1/2" является одним из основных размеров отечественного и импортного сантехнического оборудования. По форме - нагревательные элементы могут быть: прямыми или гнутыми в разных направлениях. Эту форму определяют по типу основного бака для нагрева воды. По материалам изготовления- наиболее распространены изделия из меди и нержавеющей стали. Электрические котлы работают в жестких условиях эксплуатации. На их работу влияют: - жесткая вода; скачки напряжения; электролитическая коррозия; грязевые образования. Большая часть этого негатива на себя берет нагревательный ТЭН. Поэтому он является расходным материалом, требующим периодической замены. Срок службы нагревательного элемента котла составляет примерно четыре года. Поэтому для увеличения срока службы котла, ему необходимо ежегодно проводить специальную профилактику в виде очистки ТЭНа и анода от осевшей грязи и накипи. Первым признаком выхода ТЭНа из строя будет срабатывание электрозащиты и отсутствие нагрева. Проверить его работоспособность можно с помощью специального мультиметра или тестера. Нулевой показатель сопротивления прибора будет говорить о том, что ТЭН нуждается в замене. Электродные электрические котлы Принцип действия электродного котла - прост и понятен. Этим объясняется и относительная простота его конструкции. Классическая форма электродного котла – цилиндр, внутри которого размещены электроды (рис.1.6).  Рис.1.6 Общая схема устройства однофазного электродного котла 1- выходной патрубок; 2- клемма нулевого провода; 3- электрод; 4- клемма фазного провода; 5- заглушка герметичная; 6- входной патрубок; 7- корпус; 8- клемма заземления; 9- корпус-кожух Их количество может различаться – в зависимости от того, какой тип сети обеспечивает питание отопительного прибора. В котлах, работающих от однофазной сети 220 вольт электрод один, и он располагается по центру цилиндра. Роль второго электрода в данном случае берут на себя сами стенки цилиндра. Встречаются однофазные модели и с двумя электродами, разнесенными на необходимое расстояние, и с полностью изолированным корпусом. Металлический цилиндрический корпус (7) в данном случае играет роль одного из электродов. На нем предусматривается клемма для подключения нулевого провода (2). Цилиндр с одного торца закрыт герметичной заглушкой (5), которая одновременно является площадкой для размещения строго по центру второго электрода (3). Снаружи имеется клемма для подключения фазного провода (4). Подача теплоносителя в полость цилиндра осуществляется через входной патрубок (6), который у большинства моделей расположен сбоку, ближе к блоку электродов. Для выхода разогретого теплоносителя имеется второй патрубок (1). На обоих патрубках предусматривается резьбой участок для сантехнического соединения котла с контуром отопления. Некоторые модели заключаются в дополнительный корпус-кожух (9), который повышает степень безопасности эксплуатации прибора. В обязательном порядке предусматривается клемма подключения к контуру заземления (8). Корпус или внешний кожух покрывается специальным защитным полиамидным составом с хорошими диэлектрическими характеристиками. Электродный котел отличается тем, что электрический ток проходит с одного электрода на другой прямо через жидкость, которая в результате нагревается. Мощности котлов такого типа достигают от 5 до 25 кВт.  Рис.1.7 Модели электродных котлов для однофазной и трехфазной сети питания Высокая мощность достигается вовлечением в работу трехфазных электродных котлов (рис.1.7). Их устройство отличается только количеством и расположением электродов. Электрод – это металлический стержень, съемная деталь, которую можно заменить в случае выхода из стоя или большого износа (рис.1.8). Электрод со временем разрушается и требует регулярной замены, если этого не делать эффективность котла падает, повышается риск образования дугового пробоя, что опасно для всей системы электроснабжения.  Рис.1.8 Общий вид электродов По размерам электродные котлы могут очень существенно различаться. Электродные котлы для систем отопления представляют собой нагреватели проточного типа. Процесс нагрева теплоносителя в электродных котлах происходит за счет его ионизации, т.е. расщепления молекул теплоносителя на положительно и отрицательно заряженные ионы, которые движутся, соответственно, к отрицательному и положительному электродам с частотой тока сети, выделяя при этом энергию. Ионизационная камера, где происходит этот процесс, небольшого размера, поэтому следует резкий разогрев теплоносителя. Теплоносителем является специальная жидкость на основе этиленгликоля или подготовленная согласно инструкции вода. В обоих случаях теплоноситель имеет расчетную электропроводность, позволяющую вывести котел на номинальную мощность. Электрическое сопротивление теплоносителя, зависящее от его температуры, уменьшается по мере нагрева, при этом возрастают токи и котел развивает заданную мощность (рис.1.9).  Рис.1.9 Зависимость удельного сопротивления дистиллированной воды от температуры Известно, что формула мощности,  справедлива для любого приемника независимо от вида энергии, которая получается в результате преобразования. Если электрическая энергия полностью превращается в тепловую, то мощность приемника можно выразить через ток: если U=I·R, то P = I·R·I = I²·R. Удельная электрическая проводимость γ (удельная электропроводность) - количественная характеристика способности воды проводить электрический ток и характеризующая содержание солей в воде. Эта способность непосредственно связана с концентрацией ионов в воде. Проводящие ионы поступают из растворенных солей и неорганических материалов, таких как щелочи, хлориды, сульфиды и карбонатные соединения и др. Чем больше ионов присутствует, тем выше проводимость воды. Свойство токопроводящего материала характеризуются также величиной, обратной удельной проводимости (γ), называемой удельным сопротивлением ( ρ = 1/γ)и измеряется в количестве проводимости на определенном расстоянии. Единица удельной электрической проводимости - Сименс на 1 м (См/м). Для воды в качестве единицы измерения используют производные величины - миллиСимменс на 1 м (мСм/м) или микроСименс на 1 см (мкСм/см). Для очень чистой воды величиной проводимости оперировать неудобно, поэтому чаще применяют термин удельное сопротивление, измеряемое в Ом/м (КОм/см или МОм/см). Проводимость раствора (рис.1.10) повышается вместе с его температурой, потому указываемая номинальная мощность котла достигается только при 70°С или 90°С. Электродные котлы чувствительны к составу теплоносителя. В соответствии с строгими требованиями производителей, использоваться должна исключительно дистиллированная вода, в которую добавляют поваренную соль, примерно 80-100 грамм на каждые 100 литров.  Рис.1.10 Зависимость сопротивления воды от минерализации Выверить точное количество соли невозможно, и она может давать различный результат в зависимости от своего состава. Проводимость воды может быть точно измерена с помощью откалиброванного прибора - кондуктометра. На проводимость непосредственно влияют и геометрические свойства электродов, то есть проводимость обратно пропорциональна расстоянию между электродами и пропорциональна площади электродов. Это геометрическое соотношение известно, как «постоянная ячейки». «Постоянную ячейки» необходимо проверять и при необходимости регулировать. Смена соли может до 30 раз поменять сопротивление при той же концентрации (С). Для более точных выводов надо интересоваться типом соли. До 5 г/л зависимость ρ обратно пропорциональна С. Потом наступают отклонения, связанные с пределом растворимости: ρ=  . Эта формула хорошая и плохая. Очень просто и легко запомнить только для NaCI и 20˚С, для солености концентрацией ниже 5 г/л (рис.1.11). Конечная подготовка раствора выполняется по месту, ориентируясь по фактическим значениям тока в котле. Рис. 1.11 Зависимость сопротивления воды от состава соли В инструкции к устройству представляется таблица требуемых значений в зависимости от мощности котла, объёма теплоносителя и т.д. Добавлением дистиллированной воды или соли сопротивление теплоносителя доводится до идеала. Электродные котлы экономичны в силу целого ряда факторов, обусловленных как принципом работы, так и возможностями автоматики. Например, при утечке теплоносителя котел просто выключится, т.к. до нуля упадут токи. Об остальном позаботится автоматика. Отличительная особенность электродных котлов состоит в том, что сам котел и система отопления требуют основательного заземления, иначе возможно поражение пользователей током при контакте с металлическими элементами системы и статическим разрядом в случае с полимерными поверхностями. Индукционные электрические котлы Электромагнитная индукция – это базовый физический принцип, открытый Фарадеем почти 200 лет назад. В общей форме он предполагает образование магнитного поля вокруг катушки, изготовленной из хорошего проводника при прохождении через нее тока значительной силы. И если в центр катушки поместить любой ферромагнетик (металл, который притягивается), то он довольно быстро нагреется, т.е. электрическая энергия катушки (индуктора) бесконтактно перейдет в тепловую энергию проводника, помещенного в поле катушки. Это происходит из-за увеличения скорости движения, а значит и кинетической энергии молекул в его кристаллической решетке. Таким образом, ток в обмотке катушки нагревает сердечник внутри нее. Больше ток – больше нагрев. После чего проводник можно использовать как нагревательный элемент системы отопления. В данном принципе важно слово «бесконтактно». То есть, в данной системе нет потерь на сопротивление контактных групп и проводов. Именно поэтому, индукционные электрические котлы считаются самыми экономичными (очень высокий КПД). Внешний корпус (3) агрегата выполнен из окрашенного металла (рис.1.12), затем идет  Рис.1.12 Основные элементы индукционного котла: электрический вывод; 2- ручной воздухосброс; 3- кожух (корпус) котла; 4- индукционная катушка; 5- сердечник толстый слой тепло- и электроизоляции, внутри которой находится сердечник (5) с двойной стенкой. Он изготовлен из особой ферромагнитной стали и имеет толщину стенок не менее 10 мм. Тороидальная обмотка (4), которая намотана на сердечнике — это первичная обмотка. Именно в ней происходит преобразование энергии электрического поля в магнитное, которое создает вихревые токи. Уже их энергия переносится на вторичную обмотку. В роли вторичной обмотки выступает корпус (3) контура, который под действием этой энергии выделяет большое количество тепла, передающегося теплоносителю. Тороидальная обмотка позволяет создавать агрегаты с небольшим весом и габаритами. Теплоноситель подается внутрь котла через водный патрубок, который приварен внизу. Переменный ток частотой 20 кГц поступает на котел через инвертор (рис.1.13). При включении этого прибора ток протекает через тороидальную обмотку котла. При этом стальной сердечник всего за 7 минут нагревается до температуры 750 градусов.  Рис.1.13 Принцип работы индукционного котла Произведенное тепло передается теплоносителю, циркулирующему внутри контура. Быстрый нагрев жидкости создает конвекционные потоки. Это означает, что разогретый теплоноситель сильно расширяется и устремляется вверх по конструкции котла и далее в саму систему отопления. Часто этого бывает достаточно, чтобы происходила полноценная работа бытового котла, имеющего среднюю протяженностью отопительного контура. Такой метод позволяет достаточно быстро обогревать всю систему, но для лучшей циркуляции нужно дополнительно устанавливать обычный циркуляционный насос. Благодаря применению принципа магнитной индукции, разогрев теплоносителя в таких котлах происходит гораздо быстрее, чем в агрегатах с ТЭНами, а потери тепла минимальны. На сердечнике почти не возникает накипь, какой бы жесткой и известковой не была вода. Это происходит потому, что вихревые потоки вынуждают сердечник вибрировать, не позволяя образоваться накипи. Одновременно, вскипающие у его тела пузырьки, очищают поверхность сердечника. В индукционных котлах в качестве теплоносителя может использоваться этиленгликоль, масло или вода. Обычно, индукционные котлы выпускаются сериями со следующим разделением по мощности: Мощностью 2,5–10 кВт (напряжение питания 220В/380В, частота тока 50 Гц). Мощностью 15–60 кВт (напряжение питания 380В, частота тока 50 Гц). В настоящее время на рынке представлено два вида индукционных котлов для отопления частного дома: SAV и ВИН. Оба типа агрегатов работают по одинаковому принципу, но имеют ряд конструктивных и технологических отличий. Электрические индукционные котлы SAV являются более простой модификацией прибора. Рабочая частота тока на обмотке – 50 Гц, стальной сердечник установлен внутри теплоизолирующего кожуха. Этот тип является более дешевым, но по эффективности он практически не уступает своему аналогу. Электрические индукционные котлы ВИН (вихревые индукционные нагреватели) отличаются наличием в блоке автоматики преобразователя, который увеличивает частоту рабочего тока на первичной обмотке котла. Предполагается, что это увеличивает мощность магнитного поля и нагрев сердечника. Более того, внешние элементы котла также изготовлены из ферромагнетика и нагреваются, тем самым делая котел дополнительным отопительным элементом. Теплоотдача от такого механизма чуть выше. Поскольку и в том, и в другом типе отсутствуют какие-либо подвижные детали, о механическом износе элементов прибора можно забыть. Средний срок службы такого котла отопления, гарантированный изготовителем, составляет около 25 лет при интенсивной эксплуатации и ограничен устойчивостью ферромагнетика в сердечнике. Поскольку котлы работают на токе высокого напряжения, обязательно нужно заземлить прибор при установке и изолировать все металлические части отопительного контура пластиковыми фитингами. Небольшой размер индукционного котла позволяет установить его в любое удобное место, а при недостаточной мощности отдельного прибора возможно изготовление каскада из нескольких агрегатов, который с виду будет напоминать высокотехнологичный радиатор. Тепловые насосыпловой насос Сохранить богатства недр для последующих поколений позволяют устройства, которые используют альтернативные, возобновляемые источники энергии. Одним из таких изобретений является «тепловой насос», принцип работы которого основан на использовании тепла, находящегося на поверхности Земли и в её атмосфере. Принцип работы бытового «теплового насоса» основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля обладает запасом тепловой энергии. Этот запас прямо пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. «Взять» тепловую энергию какого-либо тела можно, если охладить его. Грубый расчет выделяемого при этом тепла возможен по формуле: Q = C·M·(T2 − T1), где Q − полученное тепло, C −теплоемкость, M – масса, (T2– T1) − температура, на которую было произведено охлаждение тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0˚С, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг теплоносителя от 1 до 0˚С. Теплота, это форма энергии, которая передается между двумя системами из-за разницы температур. При этом тепловая энергия переходит из места с высокой температурой к месту с более низкой температурой. Это естественный процесс. Перенос тепла может осуществляться за счет теплопроводности, теплового излучения или путём конвекции. Существует три классических агрегатных состояния вещества, преобразование между которыми осуществляется в результате изменения температуры или давления: твердое, жидкое, газообразное. Для изменения агрегатного состояния тело должно либо получить, либо отдать тепловую энергию: при плавлении (переход из твердого состояния в жидкое)поглощается тепловая энергия; при испарении (переход из жидкого состояния в газообразное) поглощается тепловая энергия; при конденсации (переход из газообразного состояния в жидкое) выделяется тепловая энергия; при кристаллизации (переход из жидкого состояния в твердое) выделяется тепловая энергия. «Тепловой насос» использует в работе два переходных режима (рис.1.14): испарение и конденсацию. Он оперирует веществом, находящимся либо в жидком, либо в газообразном состоянии.  Рис.1.14 Структурная схема работы теплового насоса В качестве рабочего тела в контуре «теплового насоса» используется хладагент «R410a». Фтор-углеводород,«R410a», закипает (переход из жидкого состояния в газообразное) при очень низкой температуре, минус 48,5 градусов по Цельсию. То есть, если обычная вода при нормальном атмосферном давлении кипит при температуре +100 градусов по Цельсию, то фреон, «R410a», кипит при температуре почти на 150 градусов ниже. Именно это свойство хладагента используется в «тепловом насосе». Путем целенаправленного изменения давления и температуры ему можно придать необходимые свойства. Либо это будет испарение при температуре окружающей среды с поглощением тепла, либо конденсации при температуре окружающей среды с выделением тепла. Контур циркуляции «теплового насоса» включает в себя следующие компоненты: компрессор, испаритель, расширительный клапан и конденсатор. Хладагент циркулирует в замкнутом контуре «теплового насоса» и попеременно меняет свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное и обратно. Именно хладагент передает и переносит тепло. Давление в контуре всегда избыточно по сравнению с атмосферным. Компрессор всасывает холодный газообразный хладагент низкого давления, поступающий из испарителя. Компрессор сжимает его под высоким давлением. Температура хладагента повышается (тепло от работы компрессора также добавляется к хладагенту). На этом этапе получается газообразный хладагент высокого давления и высокой температуры. В таком виде он поступает в конденсатор, обдуваемый более холодным воздухом. Перегретый хладагент отдает свое тепло воздуху и конденсируется. На этом этапе хладагент находится в жидком состоянии, под высоким давлением и со средней температурой. Далее хладагент поступает в расширительный клапан. В нём происходит резкое снижение давления, вследствие расширения объема, который занимает хладагент. Уменьшение давления приводит к частичному испарению хладагента, что в свою очередь снижает температуру хладагента ниже температуры окружающей среды. В испарителе давление хладагента продолжает снижаться, он еще сильнее испаряется, а необходимое для этого процесса тепло отбирается от более теплого наружного воздуха, который при этом охлаждается. Полностью газообразный хладагент снова поступает в компрессор и цикл замыкается. Важной особенностью современных агрегатов является возможность работы не только на обогрев, но и на кондиционирование помещения в тёплое время года. Растущая распространенность «тепловых насосов» на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами: 1. Экономичность. Для передачи вотопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется всреднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии. 2. Простота эксплуатации. Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности. Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования. 3. Компактность и бесшумность. Данное преимущество делает «тепловой насос» привлекательнымдля отопления частного дома. Общий недостаток «тепловых насосов» – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60˚ С. По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов: 1. Компрессионные. Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип «тепловых насосов» прост, высокоэффективен и наиболее популярен. 2. Абсорбционные. «Тепловые насосы» данного вида – насосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы «теплового насоса». В зависимости от того, какую среду использует устройство для производства энергии и каким способом происходит ее передача, различают пять видов тепловых помп: 1) воздух-вода; 2) воздух – воздух; 3) вода – вода; 4) вода – воздух; 5) грунт – вода. Первые два вида «тепловых насосов» относятся к воздушным. В тепловых насосах «воздух-вода» - атмосферное тепло используется для водяного отопления. Тепловые насосы «воздух-воздух» - этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение. Воздушные «тепловые насосы» используют тепло атмосферы. Даже при отрицательных температурах наружный воздух имеет некоторое количество тепла. Эту энергию и отбирает «тепловой насос» у воздушной среды. По принципу отбора тепла у атмосферного воздуха функционируют современные инверторные кондиционеры, имеющие клапан обратимости, который позволяет им работать как на обогрев, так и на охлаждение. Главным недостатком устройств такого типа можно считать работу в крайне нестабильной воздушной среде. Продуктивность этих тепловых помп очень сильно зависит от температуры «за бортом». В самых благоприятствующих условиях агрегаты такого типа могут привлечь до 4кВт тепловой энергии на каждый 1Квт электрической. Следует помнить о том, что ниже нуля градусов эффективность их работы резко уменьшается, а при дальнейшем снижении температуры обмерзает наружный теплообменник агрегата, в связи с чем его работа в режиме "теплового насоса" не представляется возможной и прибор переходит в режим простого электрообогревателя. «Тепловые насосы», использующие в качестве теплоносителя воздух, успешно используются в странах с умеренно-континентальными погодными условиями. В случае использования таких устройств в районах с континентальным и резко-континентальным климатом, требуется установка дополнительных отопительных систем для работы в наиболее холодное время года. Три последних вида тепловых насосов (по источнику тепла) называют геотермальными, так как они используют энергию тепла подземных вод или грунта. Такие устройства осуществляют теплообмен, функционируя с открытым или закрытым циклом работы: тепловые насосы «вода-вода» - используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения; тепловые насосы «вода-воздух» -используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления; тепловые насосы «грунт-вода» - трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта. Тепловые насосы «лед-вода» - для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа. Принцип работы геотермального насоса с открытым циклом заключается в перекачивании грунтовых вод в тепловой насос, установленный внутри здания (рис.1.15). При этом вода отдаёт тепловую энергию и возвращается обратно в подземный резервуар на некотором расстоянии от места забора. Огромное преимущество данного метода заключается в одновременном водоснабжении дома за счет использования воды из скважины.  Рис.1.15 Схема геотермального «теплового насоса» типа «вода-вода» с открытым циклом Другим плюсом является высокая эффективность работы такого насоса, связанная со стабильно высокой температурой воды в любое время года. Несомненным достоинством является и экологичность насосов с открытым циклом, так как всю установку можно рассматривать как систему сообщающихся сосудов, которые не оказывают влияния на уровень грунтовых вод в горизонте. Конструктивно агрегаты с открытым циклом встроены в систему водяного отопления и представляют собой классический пример тепловых насосов с водой в качестве теплоносителя. Геотермальные агрегаты закрытого типа с теплообменником функционируют за счет прокачивания теплоносителя по коллекторному трубопроводу, размещенному в открытом водоёме или грунте (рис.1.16). При этом теплоноситель прогревается за счёт теплоты воды или недр земли, возвращается к конденсатору «насоса» и отдает тепловую энергию для обогрева здания.  Рис.1.16 Закрытый первичный контур геотермального "теплового насоса": а - в открытом водоеме; б - в грунте ; 1 – испаритель; 2 - компрессор; 3 – конденсатор; 4 – греющая батарея; 5 – дроссель; 6 – водоем; 7 - грунт. При установке коллектора в озере необходимо, чтобы его расстояние от дома было не более чем 100 метров, а глубина и береговая линия соответствовали требованиям к монтажу. Для установки теплообменника в грунт используют горизонтальный или вертикальный коллектор – зонд. Такой трубопровод представляет собой систему труб, горизонтально или вертикально установленных в грунте. Длина вертикального зонда может варьироваться от 50 до 200 метров в глубину земли. Это самый эффективный тепловой агрегат, позволяющий получать на каждый затраченный 1кВт электроэнергии до 5 кВт теплоты. |