Принципи роботи теплового насоса

Що таке тепловий насос

Тепловий насос являє собою парокомпрессионной установку, яка переносить тепло від холодних, низькопотенціальних джерел тепла до гарячих, високопотенційний. Тепло передається за рахунок конденсації і випаровування холодоагенту, в якості якого найчастіше використовується фреон, що циркулює по замкнутому контуру. Електроенергія, від якої працює тепловий насос, витрачається тільки на цю примусову циркуляцію.

Принцип роботи теплового насоса заснований на так званому циклі Карно, який чудово знайомий вам по роботі холодильних установок. Насправді, побутової холодильник, що стояв на вашій кухні, також є тепловим насосом. Коли ви ставите в нього продукти, нехай навіть холодні, але температура яких все-таки вище, ніж температура в камері холодильника, за законом збереження енергії виділяється ними тепло нікуди не дівається. Оскільки температура всередині підвищуватися не повинна, тепло виводиться назовні через решітку радіатора, нагріваючи повітря в кухні. Чим більше продуктів ви помістіть одночасно в холодильник, тим більше буде тепловіддача.

Найпростішим варіантом теплового насоса стане відкритий холодильник, поміщений на вулиці, радіатор якого знаходиться в кімнаті. Але нехай холодильник виконує свої прямі обов'язки, адже вже існують спеціальні пристрої - теплові насоси, що мають ккд набагато вище. Принцип їх дії досить простий.

Як працює тепловий насос

Будь теплонасос складається з випарника, конденсатора, розширювача, що знижує тиск, і компресора, який тиск підвищує. Всі ці пристрої з'єднані в один замкнутий контур трубопроводом. По трубах циркулює холодоагент, інертний газ з дуже низькою температурою кипіння, тому в одній частині контуру, холодної, він являє собою рідину, а в другій, теплою, він переходить в газоподібний стан. Точка кипіння, як відомо з фізики, може змінюватися в залежності від тиску, ось навіщо потрібні в цій системі розширювач і компресор.

Припустимо, що зовні теплоносій циркулює по трубах, укладених в землі, оскільки він має низьку температуру, то проходячи по них, він нагрівається, навіть коли зовнішня температура становить всього близько 4-5оС. Поступаючи в випарник, який виконує функцію теплообмінника, теплоносій віддає отримане тепло у внутрішній контур системи, який заповнений холодоагентом. Навіть цього тепла достатньо, щоб холодоагент перейшов з рідкого в газоподібний стан.

Рухаючись далі, газ переміщається в компресор, де під дією високого тиску стискується, а його температура при цьому підвищується. Ставши гарячим, газ надходить в конденсатор, який також є теплообмінником. У ньому відбувається передача тепла від гарячого газу до теплоносія зворотного трубопроводу, що входить в опалювальну систему будинку. Віддавши тепло, газ охолоджується і знову переходить в рідкий стан, в той час, як нагрітий теплоносій надходить у систему гарячого водопостачання та опалення. Проходячи через редукційний клапан розширювача, зріджений газ знову потрапляє у випарник - цикл замикається.

У холодну пору року теплові насоси працюють на обігрів будинку, а в спеку - на його охолодження. У цьому випадку принцип роботи той же, тільки влітку тепло в теплоносій надходить з внутрішніх приміщень, а не зовні.

Конструктивні особливості теплових насосів

В даний час використовуються теплові насоси, що мають різні конструкції. Так, насос з відкритим циклом застосовують, коли будинок розташований поруч з водоймою. У цьому випадку теплоносій, вода, надходить у відкритий контур, проходить весь цикл і, охолоджуючись, знову зливається у водоймище.

Геотермальні насоси закритого типу прокачують теплоносій - повітря або воду, по трубах, закладеним глибоко в землю і прокладеним по дну водойми. Закритий цикл в екологічному плані вважається більш безпечним. До закритого типу належать насоси з вертикальним і горизонтальним теплообмінником, які використовуються, коли поблизу немає водойм. Вертикальні теплові насоси застосовуються, коли площа земельної ділянки, на якій розташований будинок, невелика. Іноді вертикальні насоси встановлюють у пробурених поблизу свердловинах.

У комплекс робіт з установки теплового насоса входить проведення внутрішніх електромонтажних робіт, прокладання зовнішнього трубопроводу і внутрішніх повітропроводів.

Переваги використання теплових насосів

Економічна вигода від використання теплових насосів очевидна - їх експлуатація досить дешево обходиться, оскільки електроенергії витрачається трохи більше, ніж при роботі холодильника. Ціна обладнання також невисока, так само, як і вартість монтажу і установки. Використання теплового насоса, дозволяє позбутися від турбот про придбанні та зберіганні паливних ресурсів, встановлення та експлуатації опалювального обладнання, у вас в будинку звільняються додаткові приміщення, в яких раніше розташовувалася котельня.