Среди преобразователей теплоты наибольшее распространение получили компрессионные тепловые насосы. В качестве источника тепловой энергии могут использоваться возобновляемые энергоресурсы, теплота подземных и морских вод, вытяжного воздуха систем вентиляции, отработанной воды системы горячего водоснабжения, грунта, отбросов теплоты вторичных источников и пр. На рис. 5.5 приведены принципиальные схемы тепловых насосов, которые используют низкопотенциальную теплоту различных видов [9].
Рис. 5.5. Принципиальные схемы систем отопления и вентиляции с тепловыми насосами:
а — утилизация теплоты удаляемого воздуха с промежуточным контуром циркуляции; б — то же, но без промежуточного контура циркуляции; в — утилизация теплоты подземных, речных или морских вод; г — схема воздушного отопления с приточной вентиляцией; д — то же, без промежуточного контура циркуляции; е — схема водяного отопления; ж — то же, с дополнительным водоподогревателем
Наиболее простой и распространенной является схема применения теплового насоса для отопления. В качестве низкопотенциального источника теплоты может быть атмосферный воздух. Схема подобной установки показана на рис. 5.6 [10]. Свежий атмосферный воздух вентилятором 5 нагнетается в конденсатор 2, где подогревается от хладагента и поступает в отапливаемое помещение 6. Загрязненный воздух удаляется из помещения вентилятором 7, направляется в испаритель 4 теплового насоса, где отдает часть теплоты кипящему хладагенту и выбрасывается в атмосферу. Пары хладагента из испарителя сжимаются в компрессоре 1 и вновь направляются в конденсатор, откуда через терморегулирующий вентиль 3 возвращаются в испаритель 4.
На рис. 5.7 приведена схема системы отопительной установки, где в качестве источников низкопотенциальной теплоты используют воду рек, озер, моря.
В тех случаях, когда разность температур источника теплоты Т и Т большая, коэффициент преобразования теплового насоса становится малым. Чтобы повысить значение этого коэффициента, рекомендуется использовать каскадную схему теплового насоса (рис. 5.8) [10]. Нижний контур состоит из компрессора 1, конденсатора 2, терморегулирующего вентиля 3 и испарителя 4. Второй контур, в котором циркулирует другой хладагент, включает в себя компрессор 1*, конденсатор 2*, терморегулирующий вентиль 3* и испаритель 4*.
Рис. 5.6. Схема отопительной установки «воздух—агент— воздух»
Рис. 5.8. Каскадная схема тепловых насосных установок
Рис. 5.7. Принципиальная схема теплового насоса, использующего воду как источник низкопотенциальной теплоты:
1 — компрессор теплового насоса; 2 — конденсатор; 3 — терморегулирующий вентиль; 4 — испаритель; 5 — водоем; 6 — насос циркуляции воды отопления; 7 — калориферы в отапливаемом помещении
Конденсатор 2 нижнего контура для первого хладагента в верхнем контуре 4* является испарителем.
Если использовать отбросную теплоту двигателей внутреннего сгорания, то эффективность работы теплового насоса заметно возрастает.
Источником низкопотенциальной теплоты может служить грунт. В этом направлении заслуживают внимания исследования, выполненные под руководством проф. Я.Т. Аболиныпа. В грунте на глубине 0,9...1,0 м устанавливают полиэтиленовые трубы диаметром 40 мм и длиной 40 м. Расстояние между трубами 1 м. В трубах циркулирует незамерзающая жидкость. Установка сооружена в селе Салиена Булдурского совхозтехникума (Латвия).
Опыт эксплуатации установки показал, что использование теплового насоса для отопления сооружения позволяет снизить расход топлива на 85 %.
Представляют интерес работы по использованию нетрадиционных источников энергии, выполненные в рамках Европейского Экономического Комитета (ЕЭК) [11]. На рис. 5.9, 5.10 и 5.11 приведены схемы систем отопления, использующие в качестве теплоты водные ресурсы.
в теплообменниках
Если нет промежуточного контура циркуляции, то
