Принцип работы теплового насоса для отопления дома




Тепловые насосы обычно используются в домах в качестве приборов, которые легко справляются и с кондиционированием, и с отоплением помещения. Они забирают тепло из улицы и направляют его в жилое помещение, создавая приятный микроклимат.

Существует несколько разновидностей тепловых насосов:

  • насос с системой грунт-вода;
  • насос с системой вода-вода;
  • насос с системой вода-воздух;
  • насос с системой воздух-воздух.

Общий принцип работы

тепловые насосы сновной принцип

Все эти устройства имеют различное строение, однако насосы всех типов работают по одной и той же простой схеме. В каждом насосе имеется очень важная деталь — компрессор, от правильной работы которого зависит кондиционирование помещения.

С помощью этой детали тепловой насос может сжимать все рассеянное тепло, имеющее низкий потенциал. Таким образом, весь холодный воздух или холодная вода сжимается в компрессоре и за счет этого сжатия поднимает свою температуру.

Чтобы было понятно, как именно работает это устройство, нужно рассмотреть элементарный пример.

Точно известно, что литр воды, которая имеет температуру +1°С, содержит в себе примерно 4 кДж тепловой энергии. Такое же количество энергии имеет 100 г воды при температуре +10°С.

Именно это физическое свойство воды помогает объяснить большой коэффициент полезного действия теплового насоса.

Если это устройство может нагреть воду до температуры 60 °С, это вовсе не означает, что все это время для нагревания тратится электрическая энергия.

Тепловые насосы тратят электрическую энергию только во время сжатия влаги или воздуха и во время непосредственного переноса тепла. Можно сказать, что помещение получает тепло совершенно бесплатно.

Насосы такого типа дают примерно 10 КВт тепловой энергии, потратив при этом всего лишь 1,5-2,5 кВт/час электрической энергии.

Как это выглядит на практике. Практически на каждом участке с постройкой можно обнаружить грунтовые воды. Как правило, такая вода имеет температуру около 10 °С.

После сжатия этой воды в компрессоре на выходе можно получить воду с температурой 60 °С, причем сама жидкость не поддается сжатию, сжимается только химическое вещество, которое является посредником в этой системе.

Обычно используются фреоны, так как они достаточно чувствительны ко всем температурам. Эти химические вещества очень легко и быстро забирают тепло из грунтовой воды при помощи испарителя, и таким же образом хорошо отдают все полученное тепло на отопительный контур через систему конденсаторов.

Фактически, во время работы теплового насоса задействован обратный цикл Карно

Из чего состоит?

тепловые насосы составляющие




Еще со школьных лет многие помнят, что цикл Карно является обратимым процессом, в основе которого лежат два адиабатических и два изотермических процесса.

В этой системе выполняется механическая работа и обмен тепловой энергией с двумя емкостями, имеющими различные температуры.

Один из них имеет большую температуру и, соответственно, называется нагревателем, а другой называют холодильником. То же самое можно наблюдать и в тепловых насосах.

Внутренняя часть теплового насоса состоит из следующих элементов:

  • конденсатора;
  • испарителя;
  • капилляра;
  • компрессора, который работает с использованием электрической энергии.

Кроме этих деталей, каждый насос состоит из управляющего терморегулятора и хладагента. Последний циркулирует в системе газ с определенными химическими и физическими свойствами, способствующими работе насоса.

Как именно работает?

тепловые насосы принцип работы

С помощью капиллярного отверстия под большим давлением хладагент быстро поступает в испаритель. На этом участке происходит простой физический процесс испарения, так как в испарителе уровень давления значительно уменьшается.




Во время этого процесса химическое вещество, которое является хладагентом, начинает забирать тепло из внутренних стенок испарителя, а он, в свою очередь, забирает тепло у грунта или воды.

За счет этого процесса испаритель постоянно охлаждается и не требует дополнительных устройств для этого процесса.

Компрессор забирает в себя хладагент, который попадает в него из испарителя, и сжимает его. Сжатый хладагент быстро нагревается и выталкивается в конденсатор, где он очень быстро отдает все набранное тепло на отопительный контур.

В итоге вещество, выступающее хладагентом, становится жидким и процесс начинается заново.

Следует заметить, что когда температура помещения приходит в норму и его больше не нужно отапливать, то тепловой насос перестает работать и не использует электрическую энергию впустую.

Как только температура в доме начнет падать, насос снова начнет работать, совершая обратный цикл Карно.

Как теперь уже стало ясно, использование тепловых насосов предназначено для перекачивания рассеянной тепловой энергии как воды, так и земли, и даже воздуха в тепло, обладающее высоким потенциалом. Именно такое тепло легко может нагреть любое помещение.

С помощью тепловых насосов можно собрать примерно 75% энергии для отопления.

А это, согласитесь, немалое количество.

Все владельцы домов, где стоят тепловые насосы, могут экономить очень большое количество личных денежных средств, которые могли бы пойти на покупку дизельного топлива для печей.

Основные преимущества

тепловые насосы особенности

  1. Экономическая эффективность.
    Любой, даже самый маленький тепловой насос, использует электроэнергию намного эффективнее, чем самые большие котлы. Более того, для котлов требуется большое количество топлива, а насосы берут энергию из природных источников.

  2. Применяются повсеместно.
    Тепло в рассеянном виде встречается в любом месте на нашей планете, поэтому эти насосы можно использовать в любой точке земного шара. Кроме того, эти устройства могут работать в любых условиях и в любых местах, где есть электричество.

    Однако если его нет, то есть модели насосов, использующие бензин или дизель в качестве источника дополнительной энергии.

  3. Не вредит окружающей среде.
    Тепловые насосы не производят вредные испарения, которые могут навредить окружающей среде. Они используют исключительно энергию, добытую из воды, воздуха и грунта, и совсем малое количество электроэнергии.

    Хладагенты полностью безопасны и для человека, и для природы
  4. Универсальность устройства.
    Они могут работать как на обогрев, так и на охлаждение здания. Это позволяет применять их в странах с разными погодными и климатическими условиями.

  5. Полностью безопасны для человека.
    Все элементы, из которых состоит тепловой насос, обладают высокой стойкостью к воспламенению. Более того, эти элементы не перегреваются, что дополнительно помогает защитить жилье от возникновения пожара.

Именно из-за этих перечисленных преимуществ тепловые насосы стали популярными во многих странах мира.

Значительная экономия денежных средств, гарантия безопасности и надежность — вот что больше всего ценится владельцами домов, где есть такие устройства.


Пожалуйста, поделитесь статьей, если она вам понравилась: