Что такое тепловой насос? Какие бывают тепловые насосы и принцип их работы.

Содержание

• Что такое тепловой насос
• Принцип работы теплового насоса
• Какие бывают тепловые насосы

Комментарии

Тепловые насосы – это устройства, предназначенные для переноса тепловой энергии от источника с низкой температурой, по направлению к теплоносителю с более высокой температурой. Это значит, что данные агрегаты способны преобразовывать низкопотенциальное тепло воды, воздуха или грунта, а затем передавать его жидкости, циркулирующей в системах отопления или горячего водоснабжения. Если же говорить максимально упрощенно, то тепловой насос переносит энергию от менее нагретого тела к более нагретому, благодаря чему температура последнего увеличивается. А основная ценность таких машин заключается в том, что используя альтернативные источники энергии, они позволяют получать недорогое и постоянно доступное тепло без вреда для окружающей среды. Это качество делает их все более востребованными во всем мире, в том числе – и в нашей стране. Поэтому в данном материале мы собрали краткие ответы на основные вопросы, касающиеся применения бытовых тепловых насосов.

Как работает тепловой насос?

Принцип работы теплового насоса любой модификации основывается на том факте, что все тела с температурой выше абсолютного нуля имеют некий запас энергии. При этом, он прямо пропорционален массе, а также удельной теплоемкости тела. Несложно догадаться, что грунты, водоемы и подземные воды, имеющие огромную массу, можно использовать для получения почти бесплатного тепла. Но, для того, чтобы отобрать тепловую энергию какого-либо тела, его нужно охладить. Рассчитать примерное количество выделяемого при этом тепла можно по упрощенной формуле: Q = C · M · (T2 − T1), в которой Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, а T2 – T1 – разница температур тела до его охлаждения и после. Эта формула позволяет сделать важное наблюдение о том, что охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 oС, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 oС.

Говоря о том, что такое тепловой насос, нельзя не отметить, что в термодинамическом плане он аналогичен обыкновенному холодильнику, только работает по обратному принципу. Если цель холодильной машины – производство холода путем отбора тепла из какого-либо объема при помощи испарителя, при сбросе конденсатором теплоты в окружающую среду, то в случае с телонасосом, конденсатор является теплообменником, выделяющим тепло для потребителя, а испаритель – теплообменником, утилизирующим низкопотенциальное тепло. Ну а, поскольку перечисленные выше источники тепла – грунт, вода или воздух, доступны повсеместно, системы отопления и горячего водоснабжения с тепловыми насосами становятся эффективными, простыми в монтаже, экологичными и экономичными решениями, позволяющими сократить расходы на производство тепла для зданий любого назначения.

Какие преимущества есть у тепловых насосов?

Постоянно возрастающая популярность данных агрегатов, как в бытовой, так и в производственной сферах, обусловлена немалым количеством достоинств, которыми они обладают. Главные преимущества теплонасосов таковы:

• Простота эксплуатации – вполне сравнимая с легкостью использования обычного домашнего кондиционера;
• Экономичность – для передачи в систему обогрева 1 кВт·ч тепловой энергии такому аппарату требуется затратить, в среднем, всего 0,2-0,35 кВт·ч электрической энергии;
• Неприхотливость к условиям работы – а также, упрощение требований к системам вентиляции помещений и повышение общего уровня их пожарной безопасности;
• Многофункциональность – выражающаяся в возможности переключения с зимнего режима отопления помещений на летний режим кондиционирования воздуха;
• Бесшумность и относительная компактность – делающие подобные установки идеально подходящими для отопления частных домов.

В свою очередь, единственным существенным недостатком тепловых насосов всех модификаций является не слишком высокая температура нагреваемой воды, которая, как правило, не превышает 50-60 oС. Тем не менее, даже таких показателей почти всегда вполне хватает для успешного функционирования низкотемпературных систем отопления, а также бытовых сетей горячего водоснабжения.

Какие бывают тепловые насосы?

Классификация тепловых насосов подразумевает их разделение на несколько групп, исходя из различных характеристик. Так, в зависимости от способа передачи энергии, существуют такие типы тепловых насосов:

• Компрессионные тепловые насосы – используют в работе цикл сжатия-расширения теплоносителя с параллельным выделением тепловой энергии. Основные комплектующие таких устройств – конденсатор, компрессор, испаритель и расширитель. Теплонасосы компрессионного типа отличаются простотой эксплуатации и высокой эффективностью, благодаря чему они заслужили большую популярность;
• Абсорбционные тепловые насосы – используют в работе сочетание абсорбент-хладон. Они являются устройствами нового поколения с высокой производительностью. И именно применение абсорбента делает теплонасосы абсорбционного типа максимально эффективными.

В зависимости от задействованного источника тепла, существуют такие типы теплонасосов:

• Геотермальные тепловые насосы – извлекают энергию из грунта или воды;
• Воздушные тепловые насосы – извлекают энергию из атмосферы;
• Использующие вторичное тепло тепловые насосы – извлекают энергию из воздуха, воды или даже канализационных стоков.

В свою очередь, в зависимости от вида теплоносителя входного и выходного контуров, существуют такие типы тепловых насосов:

• Тепловые насосы «воздух-воздух» – отбирают энергию у наружного воздуха с более низкой температурой, а затем передают полученное тепло в отапливаемые при помощи нагретого воздуха помещения;
• Тепловые насосы «вода-вода» – отбирают энергию у грунтовых вод, а затем передают полученное тепло воде, циркулирующей в системах отопления и горячего водоснабжения;
• Тепловые насосы «вода-воздух» – отбирают энергию у грунтовых вод, используя зонды или скважины для воды, а затем передают полученное тепло в воздушную систему отопления;
• Тепловые насосы «воздух-вода» – отбирают энергию у атмосферного воздуха, а затем передают полученное тепло воде, циркулирующей в системах отопления и горячего водоснабжения;
• Тепловые насосы «грунт-вода» – отбирают энергию у грунта при помощи проложенных под землей труб, по которым циркулирует вода, а затем передают полученное тепло воде, циркулирующей в системах отопления и горячего водоснабжения;
• Тепловые насосы «лед-вода» – отбирают энергию у воздуха, которая высвобождается при получении льда, а затем передают полученное тепло воде, циркулирующей в системах отопления и горячего водоснабжения.

Какие тепловые насосы наиболее эффективны?

Определить общую эффективность геотермального теплонасоса довольно просто. Для успешной реализации своих функций любой подобный агрегат должен продуцировать больше тепловой энергии, чем потреблять энергии электрической. Данное соотношение называется коэффициентом преобразования, а его значение может меняться, исходя из разницы температур во входном и выходном контурах. При этом, чем ниже температура снаружи здания, тем подобная система является менее эффективной. В зависимости от модификации теплового насоса, его коэффициент преобразования варьируется от 1 до 5. А для более точной оценки такого аппарата используется дополнительный параметр годовой производительности.

Однако, в случае с теплонасосами, к сожалению, легко определяется только их общая эффективность. Определить этот параметр для конкретного теплового насоса довольно сложно. Дело в том, что его собственная эффективность зависит от многих факторов, а потому рассчитать ее без специальной подготовки почти невозможно. Поэтому для подсчетов данной величины не существует универсальной формулы или алгоритма. Ну а для того, чтобы правильно выбрать тепловой насос, желательно обратиться к специалистам, которые смогут подобрать его оптимальную разновидность и объем необходимого хладагента, исходя из существующих условий применения.

Каковы перспективы использования тепловых насосов?

Немалые преимущества применения теплонасосов давно оценили во всех наиболее развитых западных странах. Именно поэтому в расположенных там домохозяйствах уже в ближайшие 5 лет доля систем отопления и горячего водоснабжения с данными устройствами в составе будет составлять не менее 75%. А по прогнозам мирового энергетического совета (World Energy Council), в 2020 году 3/4 общего теплоснабжения в мире будет обеспечиваться тепловыми насосами различных модификаций. Скандинавские страны уже вышли на эти цифры, в США законодательно закреплено оборудование всех новых общественных зданий тепловыми насосами, а правительство Германии датирует каждый кВт мощности новых энергосберегающих систем в размере порядка € 200. А с учетом постоянной модернизации и снижения стоимости тепловых насосов, их популярность будет постоянно расти и в Украине.Стоит отметить, что в нашем магазине есть возможность купить по выгодной цене  тепловые насосы.