Тепловые насосы в жилых и коммерческих зданиях - новости-97

Тепловые насосы в жилых и коммерческих зданиях

Функции
Тепловые насосы для отопления и охлаждения зданий можно разделить на четыре основные категории в зависимости от их эксплуатационной функции:

Тепловые насосы, работающие только на отопление, обеспечивающие обогрев помещений и/или нагрев воды.

Тепловые насосы для отопления и охлаждения, обеспечивающие как обогрев, так и охлаждение помещений.
Наиболее распространенным типом является реверсивный тепловой насос "воздух-воздух", который работает либо в режиме отопления, либо в режиме охлаждения. Большие тепловые насосы в коммерческих/институциональных зданиях используют водяные контуры (hydronic) для распределения тепла и холода, поэтому они могут обеспечивать отопление и охлаждение одновременно.

Интегрированные системы тепловых насосов, обеспечивающие обогрев помещений, охлаждение, нагрев воды и иногда рекуперацию тепла отработанного воздуха.
Нагрев воды может осуществляться только за счет десуперирования или за счет десуперирования и нагрева конденсатора. Последний вариант позволяет нагревать воду, когда не требуется обогрев или охлаждение помещения.

Водонагреватели с тепловым насосом, полностью предназначенные для нагрева воды.
В качестве источника тепла они часто используют воздух из ближайшего окружения, но также могут быть тепловыми насосами с отработанным воздухом или десуперрейтерами в тепловых насосах "воздух-воздух" и "вода-воздух". Тепловые насосы могут быть моновалентными и бивалентными, где моновалентные тепловые насосы удовлетворяют только годовую потребность в отоплении и охлаждении, а бивалентные тепловые насосы рассчитаны на 20-60% максимальной тепловой нагрузки и удовлетворяют около 50-95% годовой потребности в отоплении (в европейском доме). Пиковая нагрузка удовлетворяется вспомогательной системой отопления, часто газовым или масляным котлом. В больших зданиях тепловой насос может использоваться в тандеме с когенерационной системой (ТЭЦ).

В жилых помещениях комнатные тепловые насосы могут представлять собой реверсивные тепловые насосы типа "воздух-воздух" (бесканальные агрегаты или сплит-системы). Тепловой насос также может быть интегрирован в систему воздуховодов с принудительной циркуляцией воздуха или в систему гидравлического распределения тепла с напольным отоплением или радиаторами (центральная система).

В коммерческих/институциональных зданиях система теплового насоса может быть центральной установкой, подключенной к воздушным каналам или гидросистеме, или многозональной системой, в которой несколько тепловых насосов размещаются в разных зонах здания для индивидуального кондиционирования помещений. Эффективной в больших зданиях является система тепловых насосов с водяным контуром, которая включает в себя замкнутый водяной контур с несколькими тепловыми насосами, подключенными к контуру для обеспечения отопления и охлаждения, с градирней и дополнительным источником тепла в качестве резервного.

Различные источники тепла, которые могут использоваться для тепловых насосов в жилых и коммерческих зданиях, описаны в разделе Источники тепла. В следующем параграфе описываются типы систем распределения тепла и холода, которые могут использоваться в зданиях.

Системы распределения тепла и холода
На развитых рынках тепловых насосов в Японии и США воздух является наиболее распространенной средой распределения. Воздух либо подается непосредственно в помещение блоком кондиционирования воздуха, либо распределяется через систему воздуховодов с принудительной подачей воздуха. Температура воздуха на выходе системы распределения обычно находится в диапазоне 30-50 C.

Водораспределительные системы (гидросистемы) преимущественно используются в Европе, Канаде и северо-восточной части США. Традиционные радиаторные системы требуют высокой температуры распределения, обычно 60-90 C. Современные низкотемпературные радиаторы и конвекторы рассчитаны на максимальную рабочую температуру 45-55 C, а для систем напольного отопления типична температура 30-45 C. В таблице 1 приведены типичные требования к температуре для различных систем распределения тепла и холода.

Поскольку тепловой насос работает наиболее эффективно, когда разница температур между источником тепла и теплоотводом (распределительной системой) невелика, температура распределения тепла для тепловых насосов для отопления помещений должна быть как можно ниже в течение отопительного сезона.

В таблице 2 приведены типичные значения COP для теплового насоса типа "вода-вода", работающего в различных системах теплоснабжения. Температура источника тепла составляет 5 C, а КПД Карно теплового насоса - 50%.

Таблица 2: Пример того, как COP теплового насоса "вода-вода" меняется в зависимости от температуры подачи/возврата.