ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В ВЕНТИЛЯЦИОННЫХ СИСТЕМАХ

USE OF HEAT PUMPS IN VENTILATION SYSTEMS

Margarita Butuzova

senior teacher of the subdepartment of architecture of Lipetsk state technical University

Russia, Lipetsk

Evgeny Rodnov

magistrand of the subdepartment of architecture of Lipetsk state technical University

Russia, Lipetsk

АННОТАЦИЯ

Рассмотрены инновационные технологии и методы устройства системы вентиляции с использованием тепловых насосов.

ABSTRACT

Innovative technologies and methods for constructing a ventilation system using heat pumps.

Ключевые слова: тепловой насос; вентиляция; хладагент.

Keywords: heat pump; ventilation; refrigerant.

Большинство современных систем достаточно эффективны, однако, количество теплоты, доходящее до потребителя всегда меньше затраченной энергии. Тем не менее, на сегодняшний день существует технологическое решение, позволяющее обойти это ограничение - тепловой насос. Используя в своей конструкции охладительный и нагревательный элементы, тепловой насос переносит тепловую энергию от источника с низкой температурой к потребителю [1, 2]. Особенностью такого устройства является то, что количество тепловой энергии, доходящей до потребителя через нагревательный элемент в несколько раз больше чем количество энергии, затрачиваемой на этот процесс.

Используя тепловой насос, можно обеспечить потребителя теплом с наименьшими затратами и многолетний опыт применения этого вида устройств за рубежом только подтверждает их эффективность.

Возрастающие требования к качеству жизни устанавливают все более высокие стандарты характеристик вентиляционных систем, используемых в современном строительстве. Эти характеристики влияют не только на комфорт людей, но и на их здоровье. Является целесообразным и экономически обоснованным использование все более совершенных систем вентиляции, как в строящихся зданиях, так и при модернизации существующих [6]. Однако это приводит к повышению не только капитальных затрат, но и эксплуатационных. По данным исследователей в странах Европы доля энергозатрат на систему вентиляции может составлять до 60 % от общего энерго­потребления здания [3]. Следовательно, повышение энергоэффектив­ности одной лишь системы вентиляции способно оказать значительное влияние на экономические аспекты эксплуатации здания. И внедрение в эти системы технологий, основанных на теплонасосном оборудовании может стать одним из ключевых способов реализации этих целей [6].

Такие системы комбинируют возможности роторного рекуператора и теплового насоса, за счет чего позволяют частично отапливать помещение зимой или охлаждать летом. Что особенно хорошо для зданий с большими площадями, которые тяжело обогревать и кондиционировать. Такая вентиляция помогает не только уста­навливать комфортный микроклимат, но и экономить на отоплении дома или коттеджа, а также раскрывает потенциал теплонасосного оборудования.

Возможно применение различных типов подобных систем. Например, вентустановки с геотермальным тепловым насосом, со встроенным насосом, либо же тепловым насосом с инвертором.

Конструкция системы геотермального отопления представляет собой тепловой насос и магистрали, которые проходят под землей. Принцип работы отопительной системы аналогичен функциони­рованию холодильника, но вместо выработки холода осуществляется производство теплоты. С помощью насоса, который устанавливается в помещении, происходит сбор низкопотенциальной энергии и ее перевод в тепловую.

Хладагент, проходя по магистралям, собирает тепло. Поступая в испаритель, он отдает это тепло, которое и нагревает теплоноситель. После этого фреон охлаждается и цикл повторяется. Чтобы функционирование происходило по замкнутому кругу, хладагент должен нагреться до 5-7°С, что и происходит в контуре системы. Это возможно, даже в холодную зимнюю погоду, так как минимальная температура под землей составляет 4°С. Если провести магистрали на глубине 30 м, то самая низкая температура составит 8-10°С [4].

Вентиляционные установки с грунтовым насосом используют тепло или холод из недр земли и по трубопроводу, в котором циркулирует жидкость (например, соляной раствор), поставляют в дом. Такая система обеспечивает безопасное, экологичное и экономичное отопление, позволяет охлаждать приточный воздух летом и отапливать помещение зимой, но при этом обладает высокой стоимостью.

Использование установок с воздушным тепловым насосом является наиболее экономичным вариантом теплового насоса, так как здесь не требуются трудоемкие земляные работы или бурение дорогостоящих скважин. Энергия черпается непосредственно из атмосферного воздуха.

Вентиляция со встроенным тепловым насосом наиболее продвинутая модель. Вентустановка позволяет использовать двойной цикл утилизации тепла или холода из воздуха, и тем самым частично отапливает помещения зимой или охлаждает летом. При этом не имеет дополнительных внешних блоков, а значит, может монтироваться в любом здании, даже со стеклянными фасадами или в домах с необычной архитектурой, внешний вид которых не предусматривает наличие каких-либо навесных устройств.

Такие установки имеют один недостаток - высокая цена. Но, если в доме электрическое или газовое отопление, быстро окупаются (за 2-3 года, в зависимости от площади здания). А затем позволяют существенно экономить.

Наиболее выгодна вентиляция с тепловым насосом - в домах с герметичными окнами, с качественной теплоизоляцией. При соблюдении определенных требований здание может приблизиться по энергоэффективности к пассивному дому. 

Вентустановки же с использованием теплового насоса с инвертором частично нагревают приточный воздух, эффективно охлаждают, когда на улице прохладно, а в помещении жарко (например, ночью в летнее время). При этом не тратят электроэнергию. Они наиболее эффективны с точки зрения охлаждения, могут применяться, как источник тепла зимой. Из недостатков стоит отметить наличие навесное оборудование - инвертора. При температуре ниже -25 градусов Цельсия требуют дополнительно применять электрический калорифер [5].

Использование тепловых насосов эффективно экономит энергию и сокращает выбросы углекислоты в атмосферу Земли. Учитывая, что в последнее время значительно ужесточились нормы по теплоизоляции зданий и сооружений, их применение становится еще более оправданным.

Список литературы:

1. Васильев Г.П. Теплохладоснабжение зданий и сооружений с использованием низкопотенциальной тепловой энергии поверхностных слоев земли, Москва, издательский дом «Граница», 2006г.
2. Крылов В.А., Муравейников С.С., Рябова Т.В. Разработка экспери­ментального стенда для исследования работы геотермального зонда теплового насоса // Материалы конференции. – СПб.: Университет ИТМО. - 2015. - С. 75.
3. Awbi H.B. 2003. Ventilation of buildings, Second Edition, Taylor & Francis, London.
4. Ecosmaga. Геотермальное отопление для дома. [Электронный ресурс]. URL: https://ecosmaga.ru/geotermalnoe-otoplenie-dlya-doma/.
5. Terkont. Как вентиляция может отапливать и при этом экономить. [Электронный ресурс]. URL: http://terkont.ru/articles/kak-ventilyatsiya-mozhet-otaplivat-okhlazhdat-i-pri-etom-ekonomit/.
6.  Cyberleninka. Перспективы использования тепловых насосов. [Электронный ресурс]. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/perspektivy-ispolzovaniya-teplovyh-nasosov-v-sistemah-ventilyatsii.