Принцип дії теплових насосів

Маючи в своєму будинку холодильники і кондиціонери, мало хто знає - принцип роботи теплового насоса реалізований саме в них.

Близько 80 потужності, яку дає тепловий насос, доводиться на тепло навколишнього середовища у вигляді розсіяного сонячного випромінювання. Саме його насос просто «перекачує» з вулиці в будинок. Робота теплового насоса подібна принципом роботи холодильника, ось тільки напрямок перенесення тепла інше.

Простіше кажучи…

Щоб охолодити пляшку мінеральної води, Ви її ставите в холодильник. Холодильник повинен «забрати» у пляшки частина теплової енергії і, відповідно до закону збереження енергії, її кудись перемістити, віддати. Холодильник переносить теплоту на радіатор, зазвичай розташований на задній його стінці. При цьому радіатор нагрівається, віддаючи своє тепло в приміщення. Фактично він опалює приміщення. Це особливо помітно в маленьких мінімаркетах влітку, при декількох включених холодильниках в приміщенні.

Пропонуємо пофантазувати. Припустимо, що ми будемо постійно підкладати теплі предмети в холодильник, а він буде, охолоджуючи їх, нагрівати повітря в приміщенні. Підемо на «крайнощі» ... Розташуємо холодильник у віконному отворі відкритих дверцятами «морозилки» назовні. Радіатор холодильника буде знаходитися в приміщенні. В процесі роботи холодильник буде охолоджувати повітря на вулиці, переносячи в приміщення «забрану» теплоту. Так і працює тепловий насос, забираючи розосереджених тепло у навколишнього середовища і переносячи його в приміщення.

Тепловий насос. Зовнішній повітряно-водяний контур

Де насос бере тепло?

Принцип роботи теплового насоса базується на «експлуатації» природних низькопотенційних джерел тепла з навколишнього середовища.

Розподіл сонячної енергії

Ними можуть бути:

• просто зовнішнє повітря;
• тепло водойм (озер, морів, річок);
• тепло грунту, грунтових вод (термальних і артезіанських).

Геотермальний тепловий насос. Принцип роботи

Як влаштований тепловий насос і система опалення з ним?

Тепловий насос інтегрований в систему опалення, яка складається з 2-х контурів + третій контур - система самого насоса. По зовнішньому контуру циркулює незамерзаючий теплоносій, який забирає на себе тепло з навколишнього простору.

Потрапляючи в тепловий насос, точніше його випарник, теплоносій віддає в середньому від 4 до 7 ° C холодоагенту теплового насоса. А його температура кипіння становить -10 ° C. Внаслідок цього холодоагент закипає з подальшим переходом в газоподібний стан. Теплоносій зовнішнього контуру, вже охолоджений йде на наступний «виток» по системі для набору температури.

У складі функціонального контуру теплового насоса «числяться»:

• випарник;
• компресор (електричний);
• капіляр;
• конденсатор;
• холодоагент;
• теплорегулюючий керуючий пристрій.

Процес виглядає приблизно так!

«Закипілий» в випарнику холодоагент по трубопроводу надходить в компресор, що працюють від електроенергії. Цей «трудяга» стискає газоподібний холодоагент до високого тиску, що, відповідно, призводить до підвищення його температури.

Тепер уже гарячий газ далі потрапляє у інший теплообмінник, який називається конденсатором. Тут тепло холодоагенту передається повітрю приміщення або теплоносія, який циркулює по внутрішньому контуру системи опалення.

Холодоагент остигає, одночасно переходячи в стан рідини. Потім він проходить через капілярний редукційний клапан, де «втрачає» тиск і знову потрапляє в випарник.

Цикл замкнувся і готовий до повтору!

Приблизний розрахунок теплової установки

Протягом години по зовнішньому колектора через насос протікає до 2,5-3 м3 теплоносія, який земля здатна нагріти на Δt = 5-7 ° C.

Для розрахунку теплової потужності такого контуру скористайтеся формулою:

де:

[Pmath size = 14] V_тепл [/ pmath] - об`ємний витрата теплоносія на годину [pmath size = 12] (м ^ 3 / год) [/ pmath];

[Pmath size = 14] T_1 - T_2 [/ pmath] - різниця температур на вході і вході (° C).

Як працює тепловий насос?

Різновиди теплових насосів

За типом використовуваного виду розсіяного тепла розрізняють теплові насоси:

• грунт-вода (використовують закриті грунтові контури або глибокі геотермальні зонди і водяну систему опалення приміщення);
• вода-вода (використовують відкриті свердловини для забору і скидання грунтових вод - зовнішній контур НЕ закільцований, внутрішня система опалення - водяна);
• вода-повітря (використання зовнішніх водяних контурів і системи опалення повітряного типу);
• тепловий насос повітря-повітря (Використання розсіяного тепла зовнішніх повітряних мас в комплекті з повітряною системою опалення будинку).

Схема і принцип дії теплового насоса

Переваги та переваги теплових насосів

Економічна ефективність. Принцип роботи теплового насоса базується не на виробництві, а на перенесення (транспортування) теплової енергії, то можна стверджувати, що його ККД більше одиниці. Що за нісенітниця? - скажете Ви.В темі теплових насосів фігурує величина - коефіцієнт перетворення (трансформації) тепла (КПТ). Саме за цим параметром порівнюють між собою агрегати подібного типу. Його фізичний зміст - показати ставлення отриманої кількості теплоти до величини, витраченої для цього, енергії. Наприклад, при КПТ = 4,8 витрачена насосом електроенергія в 1кВт дозволить отримати з його допомогою 4,8 кВт тепла безоплатно, тобто даром від природи.

Універсальна повсюдність застосування. Навіть при відсутності доступних ліній електропередач робота компресора теплового насоса може бути забезпечена дизельним приводом. А «природне» тепло є в будь-якому куточку планети - тепловий насос «голодним» не залишиться.

Типовий компресор холодільніка- теплового насоса

Екологічна чистота використання. В тепловому насосі відсутні продукти горіння, а його мале енергоспоживання менше «експлуатує» електростанції, побічно знижуючи шкідливі викиди від них. Холодоагент, який використовується в теплових насосах, озонобезопасен і не містить хлоруглеродов.

Зовнішній модуль теплового насоса «повітря-повітря»

Двохнаправлений режим роботи. Тепловий насос може в зимовий час обігрівати приміщення, а в літній - охолоджувати. Відібрану з приміщення «теплоту» можна використовувати ефективно, наприклад, підігрівати воду в басейні або в системі ГВП.

Варіанти режиму роботи теплового насоса

Безпека експлуатації. В принципі роботи теплового насоса Ви не розгляне небезпечних процесів. Відсутність відкритого вогню і шкідливих небезпечних для людини виділень, низька температура теплоносіїв роблять тепловий насос «нешкідливим», але корисним побутовим приладом.

Повна автоматизація процесу опалення приміщення.

Зовнішній повітряний контур теплового насоса

Деякі нюанси експлуатації

Ефективне використання принципу роботи теплового насоса вимагає дотримання декількох умов:

• приміщення, яке обігрівається має бути добре утеплено (тепловтрати до 100 Вт / м2) - інакше, забираючи тепло з вулиці, будете гріти вулицю за свої ж гроші;
• теплові насоси вигідно застосовувати для низькотемпературних систем опалення. Під такі критерії відмінно підходять системи тепла підлога (35-40 ° C). Коефіцієнт перетворення тепла істотно залежить від співвідношення температур вхідного і вихідного контурів.

Підсумуємо сказане!

Суть принципу роботи теплового насоса не в виробництві, а в перенесенні тепла. Це дозволяє отримати високий коефіцієнт (від 3 до 5) перетворення теплової енергії. Простіше кажучи, кожен використаний 1 кВт електроенергії «перенесе» в будинок 3-5 кВт тепла. Ще щось потрібно говорити?