Типы и характеристики низкоуглеродных тепловых насосов с воздушным источником тепла

Аннотация: Воздушные тепловые насосы имеют хорошие перспективы применения и получили развитие благодаря своей лёгкости в использовании в условиях низких температур. Различные типы воздушных тепловых насосов имеют свои особенности и области применения, поэтому выбор подходящего оборудования зависит от конкретной ситуации. 

Низкотемпературное тепло воздушных тепловых насосов поступает из окружающего воздуха, поэтому они широко используются в проектах с дефицитом ресурсов отходящего тепла и имеют широкие перспективы применения. Воздушные тепловые насосы также быстро развиваются, и на рынке появляются различные типы продукции.

Различные типы воздушных тепловых насосов имеют свои особенности, и в этой статье рассматриваются некоторые распространенные воздушные тепловые насосы.

Электрический компрессионный воздушный тепловой насос

Электрический тепловой насос с компрессией воздуха является наиболее распространенным типом и основной технологией для многих регионов по преобразованию угля в электроэнергию.

Электрический компрессионный воздушный тепловой насос использует электродвигатель, приводимый в движение электричеством, который приводит во вращение компрессор, создавая давление паров хладагента низкого давления до высокого давления и повышая температуру конденсации; В конденсаторе пары хладагента конденсируются и выделяют тепло, обеспечивая внешний нагрев, при этом пары хладагента становятся жидким хладагентом; После сброса давления жидкого хладагента дроссельным клапаном температура испарения снижается. Испаритель поглощает тепло внешнего воздуха, а жидкий хладагент испаряется в пары хладагента низкого давления, которые затем попадают в компрессор для следующего цикла.

Электрический компрессионный тепловой насос с воздушным источником тепла использует компрессор и дроссельный клапан для разделения хладагента на фазы высокого и низкого давления, обеспечивая нагрев воздуха с низкой температурой. При этом потребляется небольшое количество электроэнергии, которая также поступает в систему отопления. Электрический компрессионный тепловой насос с воздушным источником тепла имеет небольшую мощность и подходит для отопления жилых помещений. При использовании в централизованных системах отопления (отопление жилых помещений и т. д.) требуется большое количество установок и большая площадь.

Основная проблема электрических компрессионных тепловых насосов с воздушным источником тепла — обледенение. Когда температура испарения хладагента ниже точки росы воздуха, на поверхности воздухонагревателя образуется иней, что снижает эффективность теплопередачи. Процесс оттаивания увеличивает энергопотребление и снижает комфорт. Несмотря на то, что различные производители разработали такие технологии, как энергетические острова и многозонные теплообменники для обработки данных, кардинального решения этой проблемы не существует.

Амплитуда повышения температуры электрических компрессионных тепловых насосов типа «воздух» относительно высока, и в зависимости от типа компрессора их можно разделить на одноступенчатые, многоступенчатые и с промежуточной подачей воздуха. Применение рабочего тела на основе CO2 расширяет возможности электрических высокотемпературных тепловых насосов типа «воздух».

Газокомпрессионный воздушный тепловой насос

Газокомпрессионный тепловой насос использует газовый двигатель для получения кинетической энергии, приводящей компрессор во вращение. Принцип работы остальных компонентов аналогичен принципу работы электрического компрессионного воздушного теплового насоса. Тепловой насос с компрессионным воздушным источником относительно компактен, а мощность газового двигателя невелика. Он может работать от автомобильного двигателя.

Газокомпрессионные воздушные тепловые насосы также сталкиваются с проблемой обмерзания. Благодаря использованию газа в качестве движущей силы, их можно размораживать дымовыми газами, что обеспечивает более высокий тепловой комфорт по сравнению с электрическими компрессионными воздушными тепловыми насосами. Однако стоимость газокомпрессионных воздушных тепловых насосов относительно высока.

Тепловой насос с абсорбцией аммиака и воздушным источником питания

Тепловой насос с аммиачной водой и абсорбцией воздуха работает по принципу абсорбционного цикла, а рабочим телом является водный раствор аммиака. Нагрев концентрированного раствора аммиака высокотемпературным источником тепла приводит к испарению газообразного аммиака и образованию разбавленного раствора аммиака; конденсация газообразного аммиака под высоким давлением обеспечивает внешний нагрев и производство жидкого аммиака; жидкий аммиак после дросселирования испаряется при низкой температуре, поглощая тепло из наружного воздуха и образуя газообразный аммиак; аммиак поглощается разбавленным раствором аммиака, выделяя тепло наружу, и полученный концентрированный раствор аммиака поступает в следующий цикл.

В этом процессе в качестве хладагента используется аммиак, а в качестве абсорбента – вода. Температура испарения жидкого аммиака очень низкая, что позволяет ему поглощать тепло низкотемпературного воздуха. Однако во время работы установки аммиак претерпевает двухфазное газожидкостное превращение, что приводит к высокому внутреннему давлению и лёгкой утечке. Утечка газообразного аммиака представляет определённую опасность и требует надлежащей защиты и вентиляции.

Мощность одного аммиачного абсорбционного воздушного теплового насоса также относительно невелика. При большой тепловой нагрузке требуется параллельная работа нескольких установок.

У устройства также есть проблемы с обледенением. Однако, поскольку само устройство работает на высокотемпературном тепле (например, газе, паре и т. д.), размораживание относительно просто и не оказывает существенного влияния на комфортность обогрева.

Абсорбционный воздушный тепловой насос на основе бромида лития

Все вышеупомянутые воздушные тепловые насосы имеют проблемы с обледенением и оттаиванием. Хотя у них есть свои решения, они также влияют на комфортность отопления и, что ещё важнее, на КПД теплового насоса и увеличивают энергопотребление. Абсорбционный воздушный тепловой насос на основе бромистого лития полностью решает проблему обледенения.

Абсорбционный тепловой насос с воздушным источником тепла на основе бромистого лития использует абсорбционный цикл для рекуперации отходящего тепла. В традиционном абсорбционном цикле бромистого лития в качестве хладагента используется вода, а в качестве абсорбента – раствор бромистого лития. Хладагентом является вода, и температура охлаждения должна быть выше 0 ℃, иначе вода замерзнет, ​​что приведет к отказу устройства. По этой же причине традиционные абсорбционные тепловые насосы на основе бромистого лития не способны поглощать тепло при температуре ниже 0 ℃.

Чтобы решить эту проблему, в источнике воздуха с абсорбцией бромида лития используется метод распыления раствора для извлечения тепла из воздуха, что позволяет избежать проблемы замерзания воды при 0 ℃ и обеспечивает рекуперацию отходящего тепла при низкой температуре.

Абсорбционный тепловой насос бромистого лития с воздушным источником тепла обладает большой единичной мощностью и не подходит для отопления жилых помещений. Он больше подходит для централизованного отопления, особенно при энергосберегающей реконструкции котельных. В абсорбционном тепловом насосе бромистого лития используется метод распылительного теплообмена, при котором раствор поглощает тепло из воздуха. Он не только не подвержен обмерзанию, но и способен поглощать скрытую теплоту водяного пара в воздухе с высокой влажностью, повышая эффективность теплоотвода.

Абсорбционные тепловые насосы с воздухом и бромидом лития лучше подходят для систем централизованного отопления на юге страны. Даже при высокой влажности воздуха они не замерзают и, наоборот, способствуют утилизации отходящего тепла.

Краткое содержание

Рынок воздушных тепловых насосов обширен и разнообразен, что позволяет использовать их для различных энергосберегающих систем отопления. Выбор подходящего типа воздушного теплового насоса в зависимости от особенностей конкретного варианта применения позволяет добиться более эффективного обогрева.