Тепловые насосы – это устройства переноса тепловой энергии от источника с низкой температурой к потребителю с более высокой температурой. Принцип работы теплового насоса базируется на хорошо известных из школьного курса физики явлениях при фазовом переходе вещества из газа в жидкость и обратно:
- в процессе испарения вещество поглощает тепло, при конденсации оно его отдает.
- температуры испарения и конденсации вещества напрямую зависят от давления – чем выше давление, тем выше температуры фазового перехода, и наоборот.
Ознакомиться с моделями тепловых насосов
Мало кто догадывается, что с аналогами тепловых насосов и их применением в быту любой человек знаком всю жизнь. Яркий пример – самый обычный холодильник. Это устройство использует принцип теплового насоса, только наоборот. Перенос тепла из внутренней камеры происходит на радиатор, чтобы мы пользовались созданным внутри холодом. Обратный принцип, на котором строится работа теплового насоса, основан на переносе рассеяного тепла в отапливаемое помещение из окружающей среды.
Само же понятие «тепловой насос», принцип работы которого был описан выше, не знакомо многим людям, но тем не менее, они уже давно пользуются подобными устройствами в составе обычной бытовой техники. К примеру, устройство теплового насоса похоже на тот же кондиционер. Упомянутые вещи стали настолько привычными благодаря высокой надежности и удобству, что мало кто обращает на них внимание и задумывается о механизмах функционирования.
К современным тепловым насосам нужно относиться как и к другим устройствам отопления, отвечающим за производство тепла, к которым применяются все законы энергии. Этот способ отопления имеет свои особенности, слабые и сильные стороны. Для европейцев уже не в новинку отопительная система зданий, в составе которой есть геотермальный тепловой насос. Главное же отличие теплового насоса то, что он адаптируется для работы в любых условиях погоды, обеспечивая здания практически бесплатным теплом при незначительных затратах электроэнергии.
Геотермальные тепловые насосы работают по принципу сбора тепловой энергии из воды или почвы, после чего передают её в систему отопления здания, к которой подключены. Чтобы собрать тепло, незамерзающая жидкость, двигаясь к тепловому насосу, протекает по трубе, зарытой в почву или погруженную водоем неподалеку от дома. Тепловой насос отбирает тепло у жидкости, охлаждая ей в среднем на 5 °С. После жидкий «хладагент» продолжает двигаться по трубе в воде или грунте, набирая температуру, чтобы снова отдать её тепловому насосу. Полученное таким методом тепло насос передает в систему отопления, а также для нагрева горячей воды.
Тепловой насос состоит из следующих основных элементов: компрессора, конденсатора, испарителя, дросселя (регулятора протока) и контура трубопровода, в котором циркулирует хладагент (хладон, фреон или их аналоги).
Тепловой насос: цикл работы
Хладагент, находящийся в жидкой фазе продавливается через дроссельный регулятор протока и поступает в испаритель, этот процесс сопровождается понижением давления фреона. В испарителе, в процессе теплообмена с окружающей средой (для воздушного теплового насоса окружающая среда – воздух, грунтового – теплоноситель, водяного – вода) происходит процесс нагрева фреона, при котором он меняет свое фазовое состояние. На выходе из испарителя хладагент находиться в газообразной фазе. Дальше он поступает в компрессор, в котором происходит сжатие. В процессе сжатия, давление хладагента повышается, это сопровождается одновременным повышением его температуры. После компрессора, фреон поступает в конденсатор, который является теплоотдающим узлом теплового насоса. В нем фреон конденсируется и охлаждается. Как описывалось ранее – процесс конденсации сопровождается обильным выделением тепла. Это тепло передается системе водяного/воздушного контура. На выходе из конденсатора фреон находится в жидкой фазе и поступает на дроссельное устройство. Процесс происходит циклично.
Основным преимуществом теплового насоса является экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт·ч тепловой энергии необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт·ч электроэнергии. Так же снижается уровень пожароопасности относительно жидкотопливных отопительных систем. К тому же снижаются к минимуму выбросы СO2 в окружающую среду. Еще одним преимуществом является универсальность: тепловой насос может переключатся с режима отопления на режим кондиционирования в летний период.
