3.3.5. Нагрев и охлаждение компрессионными тепловыми насосами 

Тепловой насос (рис.38) включает в себя компрессор (1), конденсатор (2), испаритель (3). Компрессор, потребляя электрическую энергию, сжимает газ, циркулирующий по замкнутому контуру. Нагретый в результате сжатия газ отдает тепло воде, поступающей в бассейны с рыбой. Остывший в результате теплообмена с водой газ расширяется, поступая в испаритель. В результате испарения температура газа падает. За счет теплообмена с окружающей средой испаритель подогревается низкотемпературным теплом воздуха или воды. Теплопоток идет от воды или воздуха к испарителю, температура которого значительно ниже температуры окружающей среды.

Такой режим эксплуатации теплового насоса позволяет на каждый кВт•ч электроэнергии, затраченной на сжатие газа, получить 3-4 кВт•ч тепловой энергии на нагреве воды.

Самая сложная проблема применения теплового насоса - это проблема теплообмена между испарителем и окружающей средой в зимнее время при отрицательных темпе ратурах воздуха.

Обычно тепловые насосы используются в рыбоводстве в схемах регенерации тепла из воды, поступающей от рыбоводных аппаратов. Первая ступень регенерации — передача тепла от рыбоводного стока в холодную воду, поступающую в рыбоводные бассейны, Вторая ступень – доводка температуры воды до нужного значения с помощью теплового насоса. Успешной реализации такой схемы препятствует оседание в теплообменнике ила и обрастание его внутренних поверхностей биопленкой, так как вода рыбоводного стока насыщена продуктами жизнедеятельности рыб.

Компрессионный тепловой насос может служить:

  • для нагрева и охлаждения воды;
  • для нагрева воды;
  • для охлаждения воды.

Одновременное решение трех вышеперечисленных задач потребовалось в аквакультуре при создании замкнутой установки для культивирования рассады для морской капусты и молоди лососевых. Решение было найдено с применением Компрессионного теплового насоса [Проскуренко, Курганский, 1979]. Схема установки приведена на рис.39.

 

Рис. 38. Схема теплового нacoca

Система работает следующим образом. В исходной позиции вода с помощью насосов (13 и 14) циркулирует через теплообменники (7 и 8), температура воды в емкостях (15 и 16) равна заданной, Компрессор (1) выключен. При снижении температуры воды в емкости с теплой водой 15 ниже заданного значения, срабатывает регулятор (19), логический блок включает компрессор (1) и устанавливает переключатели потоков таким образом, чтобы хладагент циркулировал по контуру А и Б. При этом режиме теплообменник (7) работает как конденсатор, а теплообменник (4) - как испаритель. Вода, циркулирующая с помощью насоса (13), нагревается в теплообменнике (7), попадает в емкость (15) и восстанавливает тепловой режим в этой емкости. Тепловой насос перекачивает тепло из окружающего воздуха в емкость (15).

При снижении температуры воды в емкости (15) и одновременном повышении температуры воды в емкости (16)

требуются и нагрев, и охлаждение воды одновременно. При этом логический блок по команде регуляторов температуры (19 и 20) переключает схему таким образом, чтобы теплообменник (7) исполнял роль конденсатора, а теплообменник (8) - роль испарителя, теплообмен ник (4) отключается, а компрессор (1) включается. Тепловой насос перекачивает тепло из емкости (16) в емкость (15).

При увеличении температуры воды в емкости (16) больше заданного значения требуется только охлаждение.

По сигналу регулятора (20) логический

Схема установки для термоподготовки воды

Рис. 39. Схема установки для термоподготовки воды (авторское свидетельство No653489): А- холодильный контур; Б- контур нагрева; В — контур охлаждения; 1 – компрессор; 2 и 3 переключатели потоков хладагента; 4 - теплообменник (хладагент/воздух); 7 и 8 - теплообменники (хладагент/вода); 5- вентилятор; 6 - ресивер хлада термовентили; 13 и 14 – насосы; 15 – емкость с теплой водой; 16 — емкость с холодной водой; 17 и 18 - датчики температуры; 19 и 20 - регуляторы температуры; 21 - логический блок управления

блок переключает схему таким образом, что работают контуры хладагента Аи Б. В этом случае теплообменник (8) служит испарителем, а теплообменник (4) - конденсатором. Тепловой насос перекачивает тепло из емкости (16) в воздух. гента; 9 и 10 – соленоидные вентили; 11 и 12 - в установке было использовано оборудование, выпускаемое отечественными заводами: компрессор (2) ФУУ БС-25,  конденсатор КТР-35, испаритель ИТР

(хлаждение 35, воздушный конденсатор В?-160. Производители в Западной Европе выпускают для целей аквакультуры аналогичные установки, способные как нагревать, так и охлаждать воду, в том числе и морскую. Например, установки под марками ALFA, ZULU, KILO, работающие в диапазоне потребляемой мощности от 1,6 до 95 кВт (табл. 28) [Каталог “Аквакультура”, 2002).

Таблица 28 Технические данные компрессионных тепловых насосов ALFA, ZULU, KILO

 Технические данные компрессионных тепловых насосов ALFA, ZULU, KILO

* Температура наружного воздуха 35°C; температура воды на выходе/входе из испарителя 7-12°C. ++ Температура наружного воздуха 8°C; температура воды на выходе/входе из конденсатора 40-45°C при экстуатации теплового насоса.