Что такое тепловой насос?

Схема работы теплового насосаТепловой насос - это современный и высокотехнологичный прибор для отопления и кондиционирования воздуха. Тепловой насос собирает тепло с улицы или из земли и направляет в дом.

Для того, чтобы представить, как работают тепловые насосы предлагаем посмотреть анимационный ролик (требуется звук) о принципе работы тепловых насосов рахных типов:

Также вашему вниманию предлагается видео о тепловых насосах.

Принцип работы теплового насоса. Общие даные.

Принцип работы теплового насоса достаточно прост. Его суть сводится к работе наиболее важной детали — компрессора. Тепловой насос сжимает рассеяное тепло ( т.н. низкопотенциальное) с помощью компрессора. Таким образом тепловая энергия прохладной воды или воздуха за счет более компактного объема имеет более высокую концентрацию и, следовательно, температуру.

Рассмотрим пример: один литр воды с температурой в 1 °С — это приблизительно 4.192 кДж тепла. Эту же тепловую энергию, 4.192 кДж тепла, имеет 100 грам воды с температурой 10 °С.

Это объясняет высокий КПТ теплового насоса. Если тепловой насос обеспечивает горячую воду с температурой °С60, то это не значит что он просто нагрел ее электричеством на 50 °С. Тепловой насос тратит электроэнергию только на сжатие и перенос тепла, а само по себе тепло — бесплатное. Таким образом тепловые насосы дают 10 кВт тепла, затратив 2-3 кВт/час электроэнергии.

А на практике это выглядит так: под землей есть грунтовые воды. Температура такой воды стабильно высокая — около 10 °С. После того, как тепловой насос сделает свою работу (сжатие), температура воды на выходе в отопительном контуре будет уже 60 °С. Следует заметить, что непосредственно сама вода не поддается сжатию. Сжимается посредник — фреон, который чувствителен к температуре. Он легко заберет тепло у грунтовой воды через испаритель (из 10 °С через фреоновый контур будет отобрано около 4 °С) и также хорошо отдает полученное тепло отопительному контуру через конденсатор.

То есть принцип работы теплового насоса - это обратный цикл Карно, а когда тепловой насос работает на кондиционирование — сам цикл Карно.

Из чего состоит и как работает тепловой насос

Итак, внутренний контур тепловых насосов состоит из следующих компонентов:

  • Конденсатор;
  • Капилляр;
  • Испаритель;
  • Компрессор, работающий от электрической сети.

Внутреннее строение теплового насоса

Помимо этого, во внутреннем контуре теплового насоса есть:

  • Терморегулятор, который управляет устройством;
  • Хладагент, циркулирующий в системе газ с определёнными физическими свойствами и характеристиками.

Хладагент под высоким давлением через капиллярное отверстие попадает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит процесс испарения. При этом хладагент отбирает тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель в свою очередь отнимает тепло у земляного или водяного контура, за счёт чего он постоянно охлаждается. Компрессор вбирает хладагент из испарителя, сжимает его, за счёт чего температура хладагента резко повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме этого, в конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент отдает тепло (температура порядка 85-125 градусов Цельсия) отопительному контуру и переходит в жидкое состояние. Процесс повторяется постоянно. Когда температура в доме достигает необходимого уровня, электрическая цепь разрывается терморегулятором и тепловой насос перестает работать. Когда температура в отопительном контуре падает, терморегулятор вновь запускает тепловой насос. Таким образом хладагент в тепловом насосе совершает обратный цикл Карно.

Как мы видим, тепловые насосы перекачивают рассеяную тепловую энергию земли, воды или даже воздуха в относительно высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 75% отопительной энергии можно собрать бесплатно из природы: грунта, воды, воздуха и только 25% энергии необходимо затратить для работы самого теплового насоса. Другими словами, владелецы тепловых насосов экономят 3/4 средств, которые он бы регулярно тратил на дизтопливо, газ или электроэнергию для традиционного отопления. Попросту говоря, тепловой насос с помощью теплообменников собирает тепловую энергию из земли (воды, воздуха) и «переносит» ее в помещение.

Тепловые насосы способны не только отапливать помещения, но и обеспечивать горячее водоснабжение, а также осуществлять кондиционирование воздуха. Но при этом в тепловых насосах должен быть реверсивный клапан, именно он позволяет тепловому насосу работать в обратном режиме.

Достоинства тепловых насосов

  • Экономичность. Тепловой насос использует электрическую энергию на много эффективнее любых котлов, которые сжигают топливо. Коэффициент эффективности тепловых насосов на много больше единицы. Между собой тепловые насосы сравнивают по условоной величине - коэффициенту преобразования тепла (КПТ), также это понятие называется коэффициентом трансформации тепла, мощности, преобразования температур. Он показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. К примеру, КПТ = 4,5 означает, что номинальная (потребляемая) мощность теплового насоса составляет 1 кВт, на выходе мы получим 4,5 кВт тепловой мощности, то есть 3,5 кВт тепла мы получаем из природы;

  • Повсеместность применения. На нашей планете существует множество рассеянного тепла. Земля и воздух есть везде, также большенство людей не имеют проблем с водой. Именно они местят в себе тепловую энергию, полученную от солнца. Тепловые насосы вне зависимости от погодных условий, падения давления в газовой трубе соберут это тепло для вас. Все что нужно для этого - электрическая энергия. Но если ее нет, это тоже не проблема - некоторые модели теплоых насосов могут использовать дизельное топливо или бензин для своей работы;

  • Экологичность. Тепловой насос не только сэкономит деньги, но и бережет здоровье хозяевам дома и их детям. Прибор не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, СO2, NOх, SO2 , PbO2. Поэтому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Да и для нашей планеты применение тепловых насосов несомненно благо. Ведь на ТЭЦ сокращается расход газа или угля на производство электричества. Применяемые же в тепловых насосах хладоны не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны;

  • Универсальность. Тепловые насосы, оборудованные реверсивным клапаном, работают как на отопление, так и на охлаждение. Теплонасос может отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его. Летом избыточное тепло можно использовать для подогрева бытовой воды или для бассейна;

  • Безопасность. Тепловые насосы «Атмосистемы» взрыво- и пожаробезопасны. В процессе отопления отсутствуют опасные газы, открытый огонь или вредоносные смеси. Детали теплонасоса не нагреваются до высоких температур, способных стать причиной пожара. Остановка теплового насоса не приведет к его поломке, им можно смело пользоваться после длительного простоя. Также исключено замерзание жидкостей в компрессоре или других составляющих частей.

Стоит отметить, что все тепловые насосы имеют ряд особенностей, которые характерны для всех их типов:

  • Во-первых, тепловые насосы оправдывают себя только в хорошо зданиях с теплопотерями не более 100 Вт/м². Чем теплее дом, тем больше выгода. Этот принцип относится к любым видам отопления;

  • Во-вторых, чем меньше разница температуры теплоносителя в контуре теплового насоса и отопительном контуре, тем больше коэффициент преобразования тепла (КПТ). Поэтому выгоднее отапливать помещение низкотемпературными системами отопления: системой «теплый пол» или воздушным отоплением, так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям и строительным нормам не должен быть выше 35°С.