Тепловые насосы. Принцип работы тепловых насосов

Тепловые насосы - это устройства, позволяющие использовать низкопотенциальную энергию накопленную в окружающей среде (грунт, водоем или воздух) на нужды нагрева (отопление, горячее водоснабжение, подогрев бассейнов и пр.) и охлаждения (холодоснабжение, кондиционирование).

Существует три вида природных источников тепловой энергии для тепловых насосов :
- грунт (тепло земли)
- водоемы и реки (тепло воды)
- воздух

На данной странице речь пойдет о тепловых насосах использующих тепловую энергию воздуха для отопления помещений.

Из правил термодинамики известно, что теплота самопроизвольно переходит от тел более нагретых к телам менее нагретым. Системы, которые переносят тепло в обратном направлении принято называть тепловыми насосами. Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную холодильную установку, которая состоит из следующих основных компонентов: компрессор, конденсатор, расширительный вентиль и испаритель.

ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

В чем принцип теплового насоса ?
Газообразный хладагент поступает на вход компрессора. Компрессор сжимает газ, при этом его давление и температура увеличиваются (универсальный газовый закон Менделеева-Клапейрона). Горячий газ подается в теплообменник, называемый конденсатором, в котором он охлаждается, передавая свое тепло воздуху или воде, и конденсируется - переходит в жидкое состояние. Далее на пути жидкости высокого давления установлен расширительный вентиль, понижающий давление хладагента. Компрессор и расширительный вентиль делят замкнутый гидравлический контур на две части: сторону высокого давления и сторону низкого давления.

Проходя через расширительный вентиль, часть жидкости испаряется и температура потока понижается. Далее этот поток поступает в теплообменник (испаритель), связанный с окружающей средой (например, воздушный теплообменник на улице). При низком давлении жидкость испаряется (превращается в газ) при температуре ниже, чем температура наружного воздуха или грунта. В результате часть тепла наружного воздуха или грунта переходит во внутреннюю энергию хладагента. Газообразный хладагент вновь поступает в компрессор - контур замкнулся. Можно сказать, что работа компрессора идет не столько на «производство» теплоты, сколько на ее перемещение. Поэтому затрачивая всего 1 кВт электрической мощности на привод компрессора, можно получить теплопроизводительность конденсатора около 5 кВт.

Тепловой насос несложно заставить работать в обратном направлении, то есть возможна работа теплового насоса для охлаждения воздуха в помещении летом.

СРАВНЕНИЕ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА И БОЙЛЕРА

Пинцип получения тепла с помощью теплового насоса отличается от традиционных систем нагрева, основанных на сжигании газа или жидкого топлива, а также прямого преобразования электрической энергии в тепловую. В таких системах еденица энергии энергоносителя преобразуется в неполную единицу тепловой энергии. В то время как тепловой насос, затрачивая единицу электрической энергии, "перекачивает" в помещение от 2 до 6 единиц тепловой энергии, забирая ее из наружнего воздуха.

Поэтому высокая эффективность воздушного теплового насоса делает естественным выбор в пользу таких систем отопления помещений и нагрева воды на объектах, имеющих ограниченные ресурсы.