Часи змінюються, кожна епоха характеризується набором факторів і умов, в системі яких людина приймає рішення. Які енергії і ресурси використовує людина для своєї життєдіяльності. Відсутність машин і технологій змушувало людство важкої фізичної праці з використанням сили тварин. Ця епоха закінчилася винаходом машин і засобів виробництва. Наступив енергопорядок характеризувався стрімкої індустріалізацією з марнотратним використанням вуглеводнів, атомної енергії, "божевільним" забрудненням навколишнього середовища. З позиції наявної зараз інформації цю епоху можна було б назвати "енергобеспорядком". Однак не нам судити минуле. І за часів розвитку цієї економічної системи не всі люди розділяли розумність такого підходу до енергоресурсів. Так наприклад Менделєєв вважав, що використовувати нафту як паливо - все одно, що топити піч асигнаціями.
Епоха марнотратного підходу до енергоресурсів закінчується, в силу їх обмеженості і екологічних наслідків, людству все частіше доводиться замислюватися над розвитком і використанням відновлюваних джерел енергії; економному підході до енерго-користування; сніженінію викиду забруднюючих речовин. Це новий підхід на шляху до зниження енергоємності економіки при одночасному збільшенню її ефективності у всьому різноманітті способів і причин характеризує новий сучасний енергопорядок.
В рамках цих тенденцій розвинулося ціле напрямок низкопотенциальной енергетики з великим кількість рішень, заснованих на використанні холодильних машин (а також безпосереднього використання енергії сонця, вітру, руху води та ін). Основна ідея енергозберігаючих рішень на базі теплових насосів полягає тому, що на кожен кіловат електричної потужності витраченої на роботу установка виробляє від 3 до 6 кіловат теплової потужності в залежності від типу і умов роботи. І так, що ж таке тепловий насос? Тепловий насос являє собою економічно виправданий і економічний опалювальний прилад, що працює на основі парокомпрессионного циклу. Тепловий насос не генерує тепло. Принцип роботи теплового насоса полягає в перенесенні тепла, і цим він істотно відрізняється від інших видів опалювальних приладів. Так як всі опалювальні прилади самостійно генерують тепло, як правило, з електричної енергії. Наприклад, саме за цим принципом працюють ТЕНи (теплові електричні нагрівачі). Споживану електричну енергію вони перетворять в теплову, при цьому скільки було отримано електроенергії, стільки буде отримано і теплової енергії. Тепловий насос переносить тепло. На відміну від тенів, теплові насоси займаються перенесенням (перекачуванням) тепла, звідси і слово "насос" в назві агрегатів. Внаслідок того, що електроенергія витрачається не на генерацію теплової енергії, а на її перенесення, виявляється, що витративши 1 кВт електроенергії можна отримати до 4 кВт тепла і навіть більше! Завдяки цьому теплові насоси є найбільш економічними і енергетично вигідними нагрівальними приладами.
Теплові насоси працюють на основі парокомпрессионного холодильного циклу, що складається з чотирьох основних елементів: компресора, конденсатора, випарника і розширювального вентиля. Робочою речовиною, яка циркулює по цьому контуру, є один з хладонов (фреонів), наприклад, R401a, R410a, R22a, R507. Нагрівання призначеної для опалення води здійснюється в конденсаторі теплового насоса. Саме в конденсатор холодоагент потрапляє з найвищою температурою: після стиснення в компресорі зростає не тільки тиск фреону, але і його температура. Зріджений і охлоджений холодоагент після компресора надходить в розширювальний вентиль, де різко падає його тиск і температура. У такому вигляді холодоагент подається у випарник, де випаровується за рахунок зовнішнього повітря. Після цього холодоагент знову всмоктується компресором і цикл замикається.
Це багатофункціональна система опалення, яка володіє характеристиками кондиціонера, опалювального котла, а так само є джерелом гарячого водопостачання. Принцип його роботи заснований не на формуванні тепла. А на перекачуванні тепла, трансформуючи його з джерела низької температури в високий. В результаті чого не вимагає додаткових ресурсів для своєї роботи і не виробляє шкідливих викидів в атмосферу. Ще одним чимало важливою перевагою є значна економія енергії в процесі його роботи - до 80%. Природно, що для більш ефективної роботи теплового насоса необхідно вибрати найбільш підходящий спосіб отримання тепла. Все залежить від того який тип насоса ви вибираєте.
Існує кілька різновидів теплових насосів. Вони відрізняються один від одного функціональністю і використовуваним джерелом тепла. Зокрема, в багато теплові насоси інтегровані джерело опалення і підготовка гарячої води, а також накопичувач гарячої води.
"Повітря-вода" - мабуть, найпоширеніший і найбільш часто використовуваний тип теплових насосів. У них тепло, отримане з зовнішнього повітря, передається потоку води, циркулюючому по будівлі з цілю його опалення.
"Повітря-повітря" - також один з найбільш поширених типів теплових насосів, коли тепло від зовнішнього повітря передається внутрішньому за рахунок роботи парокомпрессионного циклу. До речі, відзначимо, що за таким же принципом працюють і кондиціонери в режимі опалення.
"Вода-вода" - із сусіднього водойми вода за допомогою насоса подається у випарник теплового насоса, нагріває холодоагент і відправляється назад у водойму. В конденсаторі теплового насоса холодоагент нагріває інший потік води - той, що використовується для опалення.
"Земля-повітря" - даний тепловий насос використовує енергію надр землі і передає її повітрю, які і опалює приміщення.
"Земля-вода" - теплова енергія землі перетворюється на теплову енергію обігріву будинку за допомогою води. Тепло надр землі практично незалежно від погодних умов, а на глибині 10 м і нижче температура постійна протягом всього року.
"Вода-повітря" - в такому тепловому насосі тепло від води передається циркулюючому в приміщенні повітрю.
Геотермальний тепловий насос заснований на використанні геотермальної енергії землі. Це досягається тим, що в глибині температура землі в будь-який час року залишається незмінною, за рахунок чого для обігріву приміщення, тепловий насос перетворює низькопотенційне тепло землі або грунтових вод. Збирається тепло за допомогою труб з незамерзаючої рідиною, які розташовані в грунті і водоймі. Тепловий насос охолоджує рідина в трубах до -5 ° С, відбираючи тепло, далі вона тече знову по трубах в грунт або водойму відновлюючи свою первинну температуру і знову надходить до теплового насосу, який в свою чергу відбирає тепло і передає його системі опалення. Такі насоси можна вважати традиційними або класикою "теплонасосі будови"
Геотермальний тепловий насос може бути реалізований як за допомогою труб з незамерзаючої рідиною, так і з безпосереднім розміщенням випарника (що представляє собою трубки мідні або алюмінієві) в грунті. В трубках відбуваються процеси пазового переходу з рідини в пар (або навпаки) супроводжуються поглинанням (або виділенням) тепла. Такий вид геотермального контуру називається ДХ-контур, а до теплових насосів зазвичай додається ДХ в назві.
Використовувати тепло землі можна також, зробивши тепловий насос з "системою на перелив". Це можливо, якщо є хороший дебіт води під землею і є можливість її безперешкодного повернення після зняття з неї тепла. Це може бути як рециркуляція води з водойми, так і зі свердловини або колодязя. Зазвичай подібний спосіб дозволяє викачувати безліч тепла без великих капітальних витрат. Але є у нього і мінуси: додаткова водопідготовка, потужні насоси, додаткові системи захисту від замерзання, великий дебіт.
Інший вид теплових насосів використовують тепло зовнішнього повітря Вам всім добре відомий. Це кондиціонери як промислові, так і побутові та все холодильне обладнання. Але холодильне обладнання як джерело енергії використовує "відсутність тепла" на вулиці на постійній основі. У той час як кондиціонери дуже часто можуть не тільки гріти вулицю, але і висмоктувати зовнішнє тепло.
Економія палива шляхом використання ВЕР в останні роки стала дуже актуальною і придбала загальнодержавне значення. Промислові споживачі використовують в варте час понад 60% всього палива, що добувається і близько 70% усієї вироблюваної електроенергії. Коефіцієнт корисного використання енергії в технологічних процесах залишається все ще невисоким і становить лише 35-40%.
Утилізація ВЕР в промисловості за останні роки покращилася. Однак, в наші дні фактична економія палива за рахунок теплоти ВЕР по відношенню до можливої становить 30-32%. У тому числі: в нафто-переробної та нафтохімічної промисловості - 40%, у чорній металургії - 40%, в хімічній - 25% [59, 4].
Один із ефективних напрямків утилізації теплоти ВЕР - виробництво холоду для підприємств, технологічні процеси яких вимагають його при різних температурах охолодження. Слід зазначити, що більшість підприємств хімічної, нафтохімічної та інших галузей промисловості є хладоемкімі виробництвами і одночасно характеризують-ся наявністю досить великої кількості невикористовуваних ВЕР у вигляді пари, гарячої води, факельних скидів, гарячих газів і т.п. На базі таких джерел ВЕР в ряді випадків холод може бути вироблений за допомогою теплових насосів.
Вирішуючи питання раціонального та ефективного використання ВЕР, слід звертати увагу на те, що поряд з отриманням холоду можуть бути здійснені і процеси перетворення теплоти з низького температурного рівня на більш високий і навпаки. Якщо ВЕР з температурним потенціалом близько 10-30 градусів не знаходить застосування в промисловості і побуті, то при піднятті потенціалу тепла до 40-80 це ж тепло може знайти застосування для опалення і ГВП. Теплоту низькопотенційних ВЕР можна використовувати для теплопостачання і гарячого водопостачання за допомогою компресорних теплових насосів. У перехідні і зимовий періоди року в якості низькопотенційних джерел теплоти в компресорних теплових насосах можуть бути використані джерела навколишнього середовища.
Як джерело тепла використовує як атмосферне повітря, так і викидається тепло від устаткування, наприклад холодильного або компресорного. Даний вид теплового насоса використовується для опалення водопостачання в приміщеннях, за весь період опалювального сезону він забезпечує до 93% всього тепла. Принцип роботи полягає в наступному: у верхній частині насоса циркулює тепловіддавач (речовина збирає тепло з навколишнього середовища), під ним розташований холодоагент (речовина яке в процесі випаровування забирає тепло у теплоотдатчика і конденсируя віддає його теплоприймачу), далі тепло потрапляє в опалювальну систему будинку.
У припливно-витяжних установках, рекуператори з вбудованими тепловими насосами дозволяють не просто підігріти вхідне повітря за рахунок викидається забрудненого повітря з приміщень, а й ще більше доохладіть його, часом навіть нижче температури вулиці
Основні особливості теплових насосів. Висока ефективність і зниження споживання електроенергії. Режим регулювання температури води на виході; оптимальна температура води в душі. Автоматичний режим розморожування - даний режим забезпечує постійну подачу гарячої води. Наявність вбудованого водяного насоса в конструкції теплових насосів вжито заходів безпеки щодо повного поділу електрики і води. Це гарантує найвищу безпеку при експлуатації агрегату.
Теплові насоси можуть бути використані для різних цілей: автономного обігріву та гарячого водопостачання житлових, офісних і виробничих приміщень. Теплопостачання і гарячого водопостачання індивідуального житла (котеджі, будинки, дачі). Охолодження, нагрівання і підтримки постійної температури води в технологічних цілях: на заводах, виробництвах і т.д.
Використовуючи теплові насоси, Ви не тільки забезпечите себе теплом взимку і прохолодою в літню пору року, але і кардинально скоротіть свої витрати на електроенергію і зробите серйозний внесок у збереження навколишнього середовища.