Промышленный чиллер с функцией теплового насоса
Достаточно давно применяются бытовые кондиционеры, работающие как на охлаждение, так и на обогрев. В таком случае, охлаждение происходит по принципу обычной холодильной установки, а при обогреве низкопотенциальная энергия окружающего воздуха преобразуется в высокопотенциальную энергию и используется для отопления помещения.
Низкопотенциальная энергия — энергия с низкой температурой. Высокопотенциальная энергия — энергия высокой температуры. При этом, количество киловатт остаются неизменным. То есть чиллер с тепловым насосом «охлаждает» воздух на улице, с температурой 0°C, отбирая у него, к примеру, 10кВт тепла, далее тепловой насос отдает эти же 10кВт тепла, только уже отдавая высокопотенциальное тепло с температурой +23°C.
Переключение между функциями кондиционирования и функцией теплового насоса, происходит посредством реверса холодильного цикла в «обратную сторону» (обратный цикл Карно), такое переключение обеспечивает трёхходовой клапан.
Охлаждение происходит как и в стандартной схеме централизованной системы вентиляции. Такого рода системы называют «чиллер-фанкойл»
Для централизованных систем вентиляции возможно использование промышленных чиллеров с функцией теплового насоса. Современные тепловые насосы имеют достаточно высокий коэффициент преобразования энергии от 1.5°C до 5°C, в зависимости от температуры источника низко потенциального тепла, то есть КПД такого оборудования от 150% до 500%, относительно затраченной электроэнергии. В качестве источника такого тепла может быть окружающий воздух, солнечная энергия, земля.
Для систем вентиляции, как правило, производят чиллеры с воздушным или водяным охлаждением конденсатора.
При воздушном охлаждении конденсатора низкопотенциальное тепло, берется из окружающего воздуха, таким образом, чем выше температура окружающего воздуха, тем выше КПД и тем большее количество киловатт тепловой насос может получить из него. Но в условиях с холодными зимами, а именно в это время необходимо наиболее эффективное отопление, температура может опускаться существенно ниже нуля и коэффициент преобразования невысок, но все равно он выше 1.
В среднем, при Т окружающего воздуха = +10°C, КПД ~ 200-350%, в зависимости от температурного режима обогрева (температуры конденсации), конструктивных особенностей насоса и используемого хладагента, а при Токр.возд. = 0°C, КПД = 180-250%, то уже при Токр.возд. = -20°C, КПД = 100-120%. При этом, количество киловатт, производимое тепловым насосом для отопления, при снижении температуры окружающего воздуха будет снижаться, поэтому мощность необходимо рассчитывать с учетом минимальной зимней температуры, таким образом, чтобы промышленный чиллер, работающий в режиме теплового насоса, справлялся с отоплением помещения в максимальные морозы. Причем, для кондиционирования воздуха такой мощности может и не требоваться, как и для отопления большую часть года, но комплектующие чиллера подбираются именно исходя из пиковых нагрузок. Поэтому использование промышленного чиллера с функцией теплового насоса, получающего низкопотенциальное тепло от воздуха, целесообразно для мест с умеренным климатом, где в зимний период нет очень низких отрицательных температур воздуха — не ниже -10°C, иначе количество тепла будет практически равно затраченной электроэнергии, иными словами получится огромный электрический котел, такое отопления будет дороже газового или дизельного. Такой вариант не очень критичен, когда речь идет о бытовом кондиционере для небольшого помещения. Или для температур ниже -10°C, временно включать альтернативное отопление и выключать промышленный чиллер с тепловым насосам, но это если предусмотрена возможность дифференцированного отопления.
В условиях низких температур окружающего воздуха будет разумнее использовать в качестве источника низкопотенциальной энергии источник тепла с постоянной круглогодичной температурой. Этим источником может стать энергия земли или подземных вод. Для использования тепла земли, под землю, ниже глубинны промерзания, где температура круглый год одинаковая (в среднем +5°C…+8°C), вкапывается теплообменный коллектор, по которому циркулирует теплоноситель, нагревается до температуры земли. Отобранные у земли киловатты и передаются в отапливаемое помещение.
Также возможно использование подземных вод — скважины или незамерзающего открытого водоема (моря, реки, озера), даже если образуется корка льда, то под льдом вода может иметь плюсовую температуру. По дну водоема прокладывается коллектор.
Российский производитель чиллеров имеет возможность подобрать и сконструировать промышленный чиллер с тепловым насосом, исходя из условий местности и возможных вариантов источников природной тепловой энергии.
Применяются комбинированные решения. При температуре окружающего воздуха +8°C и выше, эффективнее использовать тепло окружающего воздуха, а при температуре на улице ниже +7°C, использовать тепло подземных вод или земли, в любом случае, при проектировании для нужд каждого клиента в отдельности, есть возможность максимально эффективно и экономично решать задачу отопления тепловым насосом.
