Идеальный ист. тепла должен давать стабильную высокую температуру в течение отопительного сезона, быть изобильным, не быть коррозийным и загрязняющим, иметь благоприятные теплофизические характеристики, не требовать существенных инвестиций и расходов по обслуживанию.

В большинстве случаев имеющийся ист. тепла является ключевым фактором, определяющим эксплуатационные характеристики теплового насоса. В табл. 1 приведены температурные показатели, типичные для наиболее распространенных источников тепла.

Наружный и отводимый воздух, почва и подпочвенная вода представляют источники тепла, широко используемые в небольших системах на базе тепловых насосов, как морская, озерная и речная вода, геотермические источники и грунтовые воды применяются для систем большой мощности.

Воздух
Наружный воздух, будучи совершенно бесплатным и общедоступным, является наиболее предпочитаемым источником тепла.

Тем не менее, тепловые насосы, применяющие именно воздух, имеют фактор сезонной нагрузки (SPF) в среднем ниже на 10–30% по сравнению с водяными тепловыми насосами. Это объясняется следующими обстоятельствами:

быстрым снижением мощности и производительности с падением наружной температуры;

относительно большой разностью температур конденсации и испарения в период минимальных зимних температур, что в целом снижает эффективность цикла;

энергозатратами на размораживание испарительной батареи и функционирование соответствующих вентиляторов.

В условиях теплого и влажного климата на поверхности испарителя в диапазоне от 0 до 6°C образуется изморось, что ведет к снижению мощности и производительности теплового насоса.

Иней уменьшает площадь свободной поверхности и препятствует прохождению воздуха. Как следствие, снижается температура испарения, что способствует нарастанию инея и дальнейшему неуклонному снижению производительности вплоть до возможной полной остановки агрегата вследствие срабатывания контрольного датчика низкого давления, если прежде не будет устранено обледенение.

Размораживание батареи осуществляется путем инверсии охлаждающего цикла или иными, хотя и менее эффективными способами.

Энергопотребление имеет тенденцию к росту, общий k производительности СОР сокращается с увеличением частоты размораживания. Применение специальной системы контроля, обеспечивающей размораживание по требованию (то есть когда оно фактически необходимо), а не периодическое, может существенно повысить общую эффективность.

так же один ист. тепла в жилых и торговоадминистративных сооружениях – отводимый вентиляционный воздух.

Тепловой насос регенерирует тепло из отводимого воздуха и обеспечивает приготовление горячей воды или теплого воздуха для отопления помещений. В этом случае, однако, требуется постоянное вентилирование в течение всего отопительного сезона или даже целого года, если предусмотрено кондиционирование помещений в летний период.

Существуют аппараты, в которых конструктивно изначально заложена принцип. возможность использования и отводимого вентиляционного воздуха, и наружного воздуха. В некоторых случаях тепловые насосы, применяющие отводимый воздух, используются в комбинации с рекуператорами «воздухвоздух».

Воды
Подпочвенные воды есть во множественных местах, они имеют достаточно стабильную температуру в диапазоне от 4 до 10°C .

Для ее использования применяются главным образом открытые системы: подпочвенная вода откачивается и подается на теплообменник системного агрегата, где у воды отбирается часть содержащегося в ней тепла. Вода, охлажденная таким образом, отводится в сливной колодец или в поверхностные воды. Открытые системы требуют самого тщательного проектирования в целях предотвращения проблем с замерзанием, коррозией и накоплением отложений.

Большим недостатком тепловых насосов, работающих на подпочвенных водах, является высокая стоимость работ по монтажу водозабора. Кроме того, следует учитывать требования, порой весьма жесткие, местных администраций в вопросах организации сточных вод.

Речная и озерная вода с теоретической точки зрения представляется весьма привлекательным источником тепла, но имеет один существенный недостаток – чрезвычайно низкую температуру в зимний период (она может опускаться до уровня чуть выше или практически вплотную к 0°C ).

По этой причине требуется особое внимание при проектировании системы в целях предотвращения замораживания испарителя.

Морская вода представляется в некоторых случаях отличным источником тепла и используется главным образом в средних и крупных системах.

На глубине от 25 до 50 м морская вода имеет постоянную температуру в диапазоне от 5 до 8°C . И, проблем с образованием льда не возникает, поскольку точка замерзания здесь от 10 до 2°C . Есть принцип. возможность использовать как системы прямого расширения, так и системы с рассолом.

Важно только использовать теплообменники и насосные агрегаты, стойкие к воздействию коррозии, и предотвращать накопление отложений органического характера в водозаборном трубопроводе, теплообменниках, испарителях и пр.

Грунтовым водам свойственна относительно высокая и стабильная в течение года температура.

Основные ограничения здесь, могут составлять расстояние транспортировки и фактические ресурсы, объем которых может меняться.

Примерами возможных источников тепла в данной категории носителей можно считать грунтовые воды на канализационных участках (очистные и прочие водостоки), промышленные водостоки, водостоки участков охлаждения промышленных конденсаторов или производства электроэнергии.

Грунт
Тепловые насосы, применяющие грунт в качестве источника тепла, используются для обслуживания жилых и торговоадминистративных сооружений. Грунт, как и подпочвенные воды, имеет одно преимущество – относительно стабильную в течение года температуру. Тепло отбирается по трубам, уложенным в землю горизонтально или вертикально (спиралеобразно). Здесь могут использоваться:

системы прямого расширения с охлаждающей жидкостью, испаряющейся по мере циркуляции в контуре трубопровода, заглубленного в грунт;

системы с рассольной жидкостью, прокачиваемой по трубопроводу, заглубленному в грунт.

В целом тепловые насосы рассольного типа имеют более низкую производительность по сравнению с агрегатами первого типа в силу происходящего в них «двойного» теплообмена (грунтрассол, рассолхладагент) и энергозатрат на обеспечение работы циркуляции рассола. Хотя справедливости ради надо заметить, что обслуживать такие системы существенно проще.

Тепловая емкость грунта варьируется в зависимости от его влажности и общих климатических условий конкретной местности. В силу производимого отбора тепла во время отопительного сезона его температура понижается.

На участках с холодным климатом большая часть энергии извлекается в форме латентного тепла, когда грунт промерзает. В летний период, однако, под действием солнца температура грунта вновь поднимается вплоть до создания возможности полностью вернуться к первоначальным условиям.

Действующие по такому принципу тепловые насосы обычно называют «геотермическими», что по сути своей неверно, поскольку здесь не задействовано радиогенное тепло земли, содержащееся в глубинных скальных породах.

Геотермическими источниками (скальными) можно пользоваться в регионах, где подпочвенных вод мало или нет совсем. нужно пробурить колодцы глубиной от 100 до 200 м. В том случае, если требуется обеспечить высокую тепловую мощность, колодцы бурятся под определенным наклоном чтобы добраться и упереться в большой скальный массив. Для таких тепловых насосов также применяется рассольная жидкость и пластмассовый сварной трубопровод, извлекающий тепло из скалы. В некоторых системах скальная порода используется для аккумулирования тепла или охлаждающей энергии. В силу высокой стоимости буровых работ скальные породы для обслуживания жилого сектора применяются довольно редко.

Функциональные температуры
Поскольку тепловые насосы имеют тем большую производительность, чем меньше разность температур источника тепла и распределяемой жидкоститеплоносителя, температура подачи такого теплоносителя во время отопительного сезона должна быть как можно ниже. Некоторые значения коэффициента СОР, типичные для тепловых насосов класса «водавода» для различных типов систем, приведены в табл. 2.

*В случаях, когда температура воды, приходящей на испаритель, составляет 5°C

есть великое множество различных моделей и конструктивных модификаций тепловых насосов в широком диапазоне мощности, которые могут удовлетворить потребности практически любого пользователя. Они вполне могут успешно заменить традиционные газовые котлы низкотемпературных отопительных систем как в жилом, так и в торговоадминистративном секторе. В ближайшие годы следует предусмотреть существенный рост числа таких агрегатов, которые постепенно начнут занимать и те отопительные участки, где пока так же доминируют газовые котлы.