Типы тепловых насосов:что это такое, как они работают и какой из них лучше для вас?
Комфортная среда играет неотъемлемую роль в том, как мы проводим свои дни, и один из способов добиться этого — использовать кондиционеры и тепловые насосы. Мы все очень хорошо знакомы с кондиционерами, но большинство людей не знают, что кондиционер также является особым типом теплового насоса, и существует множество других систем, которые можно использовать для той же цели обогрева или охлаждения вашего дома.
В нынешние времена мы просто не можем обойтись без надлежащего обогрева и охлаждения. При проектировании жилых или коммерческих зданий необходимо помнить о контроле температуры. К сожалению, у этого есть обратная сторона, поскольку эти требования могут сопровождаться огромным энергопотреблением. Хотя некоторые кондиционеры потребляют много энергии, существуют различные формы обогрева и охлаждения, которые могут быть полезны при создании энергоэффективного дома.
Давайте посмотрим, что представляют собой эти другие типы тепловых насосов, как они работают и как выбрать подходящий для ваших нужд.
Что такое тепловые насосы?
Проще говоря, тепловой насос — это устройство, которое используется для передачи тепла из одного места в другое. Его можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения. Он может либо брать тепло изнутри и отдавать его наружу (охлаждение), либо брать тепло снаружи и отдавать внутрь (нагрев).
Теперь есть несколько способов, с помощью которых эта функция может быть достигнута; давайте рассмотрим это подробно:
Эффективность тепловых насосов намного выше, чем у электрических нагревателей сопротивления. Но есть одна загвоздка. Эта эффективность снижается по мере увеличения температурного градиента или разницы между наружной и внутренней температурами.
Использование термина «тепловой насос» может сбить с толку большинство людей, думая, что эти устройства могут только обогревать помещение, а не охлаждать его. Но, как мы определили ранее, они могут выполнять обе задачи, часто с помощью одного устройства. Это достигается за счет использования «реверсивного клапана» в случае кондиционеров. С помощью этого механизма змеевики конденсатора и испарителя могут быть заменены местами, т. е. конденсатор может стать испарителем, а испаритель может стать конденсатором, как требуется.
Как работают тепловые насосы?
Работа теплового насоса заключается в перемещении жидкости, известной как хладагент, через различные компоненты, известные как испаритель, конденсатор, компрессор и расширительный клапан. Хладагент является основной средой, через которую в помещении отводится или добавляется тепло. Он может поглощать тепло из окружающей среды и охлаждать его в сочетании с другими компонентами, такими как испарители или конденсаторы. В следующем цикле мы рассмотрим, как можно использовать тепловой насос для охлаждения помещения. Тот же процесс можно проделать в обратном порядке, чтобы получить систему отопления.
Хладагент проходит через расширительный клапан, который превращает ранее жидкий хладагент в газ. Во время этого расширения хладагент остывает. Затем он проходит через ряд змеевиков в испарителе, которые обдуваются вентилятором. Таким образом, в помещение нагнетается холодный воздух, а тепло поглощается хладагентом, который превращается в горячий газ.
Затем он проходит через компрессор, где сжимается и превращается в высокотемпературный газ высокого давления. Хладагент вводится через сеть змеевиков в конденсатор и продувается вентиляторами для удаления накопленного тепла и выброса его во внешнюю атмосферу. Хладагент, который теперь находится в жидком состоянии, снова проходит через тот же процесс, чтобы продолжать получать холодный воздух.
Как работает тепловой насос в режиме охлаждения?
Жидкий хладагент прокачивается через внутренний змеевик (испаритель), и воздух из вашей комнаты обдувает его. Хладагент поглощает тепловую энергию, и полученный холодный воздух выдувается обратно в дом. Затем хладагент испаряется в виде газа.
Затем газообразный хладагент направляется в компрессор, который создает в нем давление. Под давлением газообразный хладагент нагревает его. Затем горячий газообразный хладагент направляется в наружный змеевик (конденсатор). Вентилятор наружного блока обдувает змеевик наружным воздухом. Хладагент передает свое тепло наружному воздуху, потому что наружный воздух холоднее хладагента. По мере охлаждения хладагент снова конденсируется в жидкость.
Жидкий хладагент направляется к расширительному клапану внутреннего блока, который снижает его давление для дальнейшего охлаждения. Теперь холодный жидкий хладагент готов к перекачиванию обратно в змеевик испарителя, и цикл можно начинать снова.
Как работает тепловой насос в режиме обогрева?
В режиме охлаждения нет существенной разницы между кондиционером и тепловым насосом. Однако в режиме отопления вступает в действие самая отличительная черта теплового насоса:реверсивный клапан. Реверсивный клапан меняет направление потока хладагента таким образом, что тепловой насос отдает энергию в дом. Таким образом, змеевик наружного блока играет роль испарителя, а змеевик внутреннего блока — роль конденсатора.
Общий процесс остается прежним. Сначала через наружный змеевик (испаритель) прокачивается жидкий хладагент, а над ним продувается наружный воздух. Затем, после того как хладагент поглотит тепловую энергию, полученный холодный воздух выдувается наружу. Затем жидкий хладагент испаряется, превращаясь в газ.
Газообразный хладагент проходит через компрессор, который создает давление для его нагрева. Затем газообразный хладагент направляется во внутренний змеевик (конденсатор). Внутренний вентилятор дует холодным воздухом из помещения над газообразным хладагентом. Поскольку воздух в помещении холоднее, чем газообразный хладагент, хладагент отдает тепло воздуху в помещении. Полученный горячий воздух выдувается в дом.
Тем временем хладагент конденсируется в жидкость и затем перекачивается к расширительному клапану, сбрасывая давление для дальнейшего охлаждения. Наконец, холодный жидкий хладагент перекачивается в наружный змеевик (испаритель), чтобы цикл можно было начать заново.
1. Тип теплового насоса:тепловые насосы воздух-воздух
Как видно, тепловые насосы типа «воздух-воздух» используют воздух в качестве радиатора и источника тепла. Типичными примерами таких систем являются бытовые и коммерческие кондиционеры. Эти системы также являются реверсивными, то есть их можно использовать как для обогрева, так и для охлаждения.
Тепловые насосы типа «воздух-воздух» — это энергоэффективные системы кондиционирования воздуха с более дешевой установкой и первоначальными затратами, чем другие системы тепловых насосов. Они могут обеспечить достаточный обогрев и охлаждение в климатических зонах и, таким образом, подходят для использования в больших частях страны.
Однако у этих тепловых насосов есть и обратная сторона. Их эффективность снижается по мере увеличения разницы температур между внутренней и наружной температурой. В условиях сильного холода или сильной жары тепловые насосы типа «воздух-воздух» могут столкнуться с некоторыми трудностями при нормальной работе. В холодном климате это может стать проблемой и затруднить работу кондиционера. Однако функция защиты от замерзания в некоторых тепловых насосах может значительно помочь предотвратить замерзание труб в сильные морозы при низких затратах.
Существует несколько различных типов тепловых насосов воздух-воздух. Давайте рассмотрим каждый из них ниже:
a) Мини-сплит-тепловой насос (безканальный тепловой насос)
Популярность мини-сплит-тепловых насосов среди жилых и коммерческих потребителей быстро растет благодаря простоте установки, гибкости и энергоэффективности. На самом деле, их можно сделать еще более энергоэффективными, если использовать интеллектуальный контроллер переменного тока. Эти типы тепловых насосов не требуют обширной сети воздуховодов или вентиляционных отверстий и подходят для модернизации, когда старые конструкции должны быть оснащены современной системой кондиционирования воздуха.
Эти системы состоят из двух частей:внутреннего блока и наружного блока. В наружном блоке находится конденсатор, который отводит нежелательное тепло наружу, а внутренний блок подает в помещение холодный или горячий воздух.
Наружный мини-сплит-блок также может использоваться для питания нескольких внутренних блоков, что приводит к так называемым многозонным мини-сплитам. С помощью этого метода можно управлять отдельными блоками независимо друг от друга, что называется «зонированием».
Режим защиты от замерзания (FP) в управлении кондиционером Cielo Breez Smart
Режим защиты от замерзания — это уникальная и инновационная функция для тех, у кого дома находятся в очень холодном климате. С защитой от замерзания вы можете поддерживать комфортную температуру в помещении, даже когда оно не используется.
Кондиционер может работать в режиме обогрева с малой мощностью, гарантируя, что в помещении не станет невыносимо холодно. Этот режим идеален, когда вы не занимаете место, но не хотите, чтобы оно замерзло или сильно замерзло
b) Тепловой насос на вытяжном воздухе
Менее известный вариант тепловых насосов типа «воздух-воздух» — это тепловые насосы с вытяжным воздухом, которые используют вытяжной воздух из отдельного процесса и извлекают из него тепло. Требования к такому типу теплового насоса заключаются в том, что он должен быть расположен рядом с вытяжной системой с постоянным потоком и постоянной температурой.
2. Тип теплового насоса:Подводные/подземные тепловые насосы
Как обсуждалось выше, недостатком тепловых насосов типа «воздух-воздух» является наблюдаемое изменение температуры окружающей среды. Среди различных типов тепловых насосов подземные или подводные тепловые насосы устраняют эту проблему, поскольку температура грунта почти постоянна в течение всего года. Следовательно, подземные или подводные тепловые насосы обеспечивают эффективное охлаждение или нагрев воздуха круглый год. Кроме того, эффективность теплового насоса этого типа намного выше, чем у других типов, благодаря низкому энергопотреблению.
a) Водяные тепловые насосы
Подводные тепловые насосы используют в качестве теплоносителя источник воды. Но обязательным условием является, конечно, наличие поблизости источника воды. Эти тепловые насосы могут работать и как реверсивные тепловые насосы, поглощая тепло воды для обогрева внутренней среды, а также отдавая тепло, поглощенное изнутри, в водоем.
Это достигается за счет ряда катушек или петель, размещенных под водоемом. Хладагент, в некоторых случаях сама вода, прокачивается через эти змеевики, а затем направляется внутрь дома для обогрева или охлаждения.
Как упоминалось ранее, подводные температуры остаются стабильными в течение всего года, а тепловые насосы, работающие на основе воды, могут эффективно использоваться в экстремальных климатических условиях без снижения производительности.
Несмотря на то, что подводные системы не требуют обширной подготовки путем выкапывания грунта (как в случае с геотермальными системами), они по-прежнему требуют больших затрат по сравнению с системами воздух-воздух.
Можно провести еще одно различие в подводных системах, а именно в системах с разомкнутым и замкнутым контуром. Замкнутая система имеет внутри хладагент, который постоянно рециркулирует через сеть трубопроводов. Хладагент не нужно доливать снова и снова. С другой стороны, системы с открытым контуром берут воду из источника воды и перекачивают ее в дом. Затем эта вода выбрасывается обратно в источник воды. Одно и то же количество воды не перекачивается непрерывно по сети. Таким образом, водяные тепловые насосы — правильный выбор для загородных домов вблизи водоемов.
b) Геотермальные тепловые насосы
Эти системы, также известные как геотермальные тепловые насосы, используют тепло земли вместо воды для обогрева или охлаждения внутреннего пространства. Земля также является источником тепла с почти постоянной температурой в течение всего года и может зависеть от потребностей в отоплении и охлаждении. Как и в подводных тепловых насосах, хладагент проходит через змеевики и контуры, расположенные под землей. Затем этот хладагент закачивается внутрь дома, где происходит теплообмен.
Летом это означает, что хладагент транспортирует холодный хладагент внутри дома, где он поглощает тепло из внутреннего пространства и нагревается, в то время как дом остывает. Зимой происходит обратное, когда хладагент отдает тепло в помещение, а сам охлаждается.
Подземные трубы могут быть проложены в нескольких конфигурациях. Они могут быть размещены в горизонтальных петлях под землей или могут быть просверлены вертикально на большую глубину в трубах. Эти U-образные трубы соединены внизу, образуя взаимосвязанную сеть.
3. Тип теплового насоса:гибридные тепловые насосы
В очень холодном климате тепловой насос может столкнуться с проблемами из-за огромной разницы температур между наружной температурой и желаемой внутренней температурой. Это особенно актуально для систем воздух-воздух, которые могут перестать работать при температурах, близких к нулю, что требует использования печей, что требует дополнительных расходов.
Более того, хотя геотермальные и подводные тепловые насосы могут работать в более широком диапазоне температур, они лучше охлаждают, чем нагревают.
Для решения этой проблемы можно использовать гибридные тепловые насосы. Эти системы представляют собой комбинацию двух различных типов тепловых насосов, каждый из которых подходит для различных климатических условий и требований. Примером такого устройства являются тепловые насосы, работающие от солнечной энергии. Они используют солнечную энергию в качестве источника энергии для питания дополнительных систем отопления или могут использоваться непосредственно для обогрева за счет использования солнечной энергии.
Кратко:какой тип теплового насоса лучше всего подходит для вас?
Какую бы систему вы ни выбрали среди различных типов тепловых насосов, убедитесь, что у вас есть полное представление о климатической зоне, в которой вы находитесь, вашем бюджете, требованиях и, конечно же, местонахождении вашего теплового насоса. Если вы модернизируете старое, существующее здание, вам лучше подойдет тепловой насос с мини-сплит-системой. Но если вы живете недалеко от большого водоема в сельской местности, стоит присмотреться к геотермальному или подводному тепловому насосу.
Помимо личных предпочтений и географических ограничений, важно следить за установкой и эксплуатационными расходами. Как обсуждалось ранее, установка геотермальной системы будет дорогостоящей, но эксплуатационные расходы могут быть чрезвычайно низкими по сравнению с бесканальным тепловым насосом. Но, с другой стороны, система без воздуховодов будет намного дешевле купить и установить, а также с минимальными затратами времени на установку.
Если вы верите в необходимость пройти лишнюю милю, чтобы достичь величия, то интеллектуальные контроллеры переменного тока Cielo Breez — это то, что вам нужно. Эти ультрасовременные интеллектуальные устройства включают интеллектуальные функции в ваши бесканальные тепловые насосы или кондиционеры. Оцените изобретательность умной индустрии ОВКВ вместе с Cielo Breez, чтобы отразить комфорт, контроль и удобство в вашем кондиционировании воздуха.