Що таке тепловий насос? Які бувають теплові насоси та принцип їхньої роботи.

Зміст

• Що таке тепловий насос
• Принцип роботи теплового насоса
• Які бувають теплові насоси

Коментарі

Теплові насоси – це пристрої, призначені для перенесення теплової енергії від джерела з низькою температурою, у напрямку теплоносія з вищою температурою. Це означає, що дані агрегати здатні перетворювати низькопотенційне тепло води, повітря або ґрунту, а потім передавати його рідини, що циркулює в системах опалення або гарячого водопостачання. Якщо ж говорити максимально спрощено, то тепловий насос переносить енергію від менш нагрітого тіла до більш нагрітого, завдяки чому температура останнього збільшується. А основна цінність таких машин полягає в тому, що використовуючи альтернативні джерела енергії, вони дозволяють отримувати недороге та постійно доступне тепло без шкоди для навколишнього середовища. Ця якість робить їх все більш затребуваними в усьому світі, зокрема – і в нашій країні. Тому в даному матеріалі ми зібрали короткі відповіді на основні питання щодо застосування побутових теплових насосів.

Як працює тепловий насос?

Принцип роботи теплового насоса будь-якої модифікації ґрунтується на тому факті, що всі тіла з температурою вище абсолютного нуля мають запас енергії. При цьому він прямо пропорційний масі, а також питомої теплоємності тіла. Нескладно здогадатися, що ґрунти, водойми та підземні води, що мають величезну масу, можна використовувати для отримання майже безкоштовного тепла. Але для того, щоб відібрати теплову енергію будь-якого тіла, його потрібно охолодити. Розрахувати приблизну кількість тепла, що виділяється при цьому, можна за спрощеною формулою: Q = C · M · (T2 - T1), в якій Q - отримане тепло, C - теплоємність, M - маса, а T2 - T1 - різниця температур тіла до його охолодження і після. Ця формула дозволяє зробити важливе спостереження про те, що охолоджуючи 1 кг теплоносія від 1000 до 0 oС можна отримати стільки ж тепла, скільки дасть охолодження 1000 кг від 1 до 0 oС.

Говорячи про те, що таке тепловий насос, не можна не відзначити, що в термодинамічному плані він аналогічний звичайному холодильнику, тільки працює за зворотним принципом. Якщо мета холодильної машини - виробництво холоду шляхом відбору тепла з будь-якого об'єму за допомогою випарника, при скиданні конденсатором теплоти в навколишнє середовище, то у випадку з телонасосом, конденсатор є теплообмінником, що виділяє тепло для споживача, а випарник - теплообмінником, що утилізує низькопотенцій . Ну а, оскільки перераховані вище джерела тепла – ґрунт, вода чи повітря, доступні повсюдно, системи опалення та гарячого водопостачання з тепловими насосами стають ефективними, простими у монтажі, екологічними та економічними рішеннями, що дозволяють скоротити витрати на виробництво тепла для будівель будь-якого призначення.

Які переваги мають теплові насоси?

Постійно зростаюча популярність даних агрегатів, як у побутовій, так і у виробничій сферах, обумовлена чималою кількістю переваг, якими вони мають. Головні переваги теплонасосів такі:

• Простота експлуатації – цілком можна порівняти з легкістю використання звичайного домашнього кондиціонера;
• Економічність – для передачі в систему обігріву 1 кВт·год теплової енергії такому апарату потрібно витратити в середньому всього 0,2-0,35 кВт·год електричної енергії;
• Невибагливість до умов роботи – а також спрощення вимог до систем вентиляції приміщень та підвищення загального рівня їх пожежної безпеки;
• Багатофункціональність – що виявляється у можливості перемикання із зимового режиму опалення приміщень на літній режим кондиціювання повітря;
• Безшумність і відносна компактність – такі установки, що роблять, ідеально підходять для опалення приватних будинків.

У свою чергу, єдиним істотним недоліком теплових насосів всіх модифікацій є не надто висока температура води, що нагрівається, яка, як правило, не перевищує 50-60 oС. Тим не менш, навіть таких показників майже завжди вистачає для успішного функціонування низькотемпературних систем опалення, а також побутових мереж гарячого водопостачання.

Які бувають теплові насоси?

Класифікація теплових насосів має на увазі їх поділ на кілька груп, виходячи з різних характеристик. Так, залежно від способу передачі енергії, є такі типи теплових насосів:

• Компресійні теплові насоси – використовують у роботі цикл стиснення-розширення теплоносія з паралельним виділенням теплової енергії. Основні комплектуючі таких пристроїв – конденсатор, компресор, випарник та розширювач. Теплонасоси компресійного типу відрізняються простотою експлуатації та високою ефективністю, завдяки чому вони заслужили великої популярності;
• Абсорбційні теплові насоси – використовують у роботі поєднання абсорбент-хладон. Вони є пристроями нового покоління із високою продуктивністю. І саме застосування абсорбенту робить теплонасоси абсорбційного типу максимально ефективними.

Залежно від задіяного джерела тепла, існують такі типи теплонасосів:

• Геотермальні теплові насоси – витягують енергію із ґрунту або води;
• Повітряні теплові насоси – витягують енергію з атмосфери;
• Теплові насоси, що використовують вторинне тепло, - витягують енергію з повітря, води або навіть каналізаційних стоків.

У свою чергу, залежно від виду теплоносія вхідного та вихідного контурів, існують такі типи теплових насосів:

• Теплові насоси «повітря-повітря» – відбирають енергію у зовнішнього повітря з нижчою температурою, а потім передають отримане тепло в приміщення, що опалюється за допомогою нагрітого повітря;
• Теплові насоси «вода-вода» – відбирають енергію у ґрунтових вод, а потім передають отримане тепло воді, що циркулює в системах опалення та гарячого водопостачання;
• Теплові насоси «вода-повітря» – відбирають енергію у ґрунтових вод, використовуючи зонди або свердловини для води, а потім передають отримане тепло в повітряну систему опалення;
• Теплові насоси «повітря-вода» – відбирають енергію у атмосферного повітря, а потім передають отримане тепло воді, що циркулює у системах опалення та гарячого водопостачання;
• Теплові насоси «грунт-вода» – відбирають енергію у ґрунту за допомогою прокладених під землею труб, якими циркулює вода, а потім передають отримане тепло воді, що циркулює в системах опалення та гарячого водопостачання;
• Теплові насоси «лід-вода» – відбирають енергію у повітря, що вивільняється при отриманні льоду, а потім передають отримане тепло воді, що циркулює в системах опалення та гарячого водопостачання.

Які теплові насоси найефективніші?

Визначити загальну ефективність геотермального теплонасос досить просто. Для успішної реалізації своїх функцій будь-який подібний агрегат повинен продукувати більше теплової енергії, ніж споживати електричну енергію. Дане співвідношення називається коефіцієнтом перетворення, яке значення може змінюватися, з різниці температур у вхідному і вихідному контурах. При цьому чим нижча температура зовні будівлі, тим подібна система є менш ефективною. Залежно від модифікації теплового насоса, його коефіцієнт перетворення варіюється від 1 до 5. Для більш точної оцінки такого апарату використовується додатковий параметр річний продуктивності.

Однак, у випадку з теплонасосами, на жаль, легко визначається лише їхня загальна ефективність. Визначити цей параметр для теплового насоса досить складно. Справа в тому, що його власна ефективність залежить від багатьох факторів, а тому розрахувати її без спеціальної підготовки майже неможливо. Тому для підрахунків цієї величини немає універсальної формули чи алгоритму. Ну а для того, щоб правильно вибрати тепловий насос, бажано звернутися до фахівців, які зможуть підібрати його оптимальний різновид та обсяг необхідного холодоагенту, виходячи з існуючих умов застосування.

Які перспективи використання теплових насосів?

Неабиякі переваги застосування теплонасосів давно оцінили у всіх найбільш розвинених західних країнах. Саме тому в розташованих там домогосподарствах вже у найближчі 5 років частка систем опалення та гарячого водопостачання з цими пристроями у складі становитиме не менше ніж 75%. А за прогнозами світової енергетичної ради (World Energy Council), у 2020 році 3/4 загального теплопостачання у світі забезпечуватиметься тепловими насосами різних модифікацій. Скандинавські країни вже вийшли на ці цифри, у США законодавчо закріплено обладнання всіх нових громадських будівель тепловими насосами, а уряд Німеччини датує кожен кВт потужності нових енергозберігаючих систем у розмірі близько €200. А з урахуванням постійної модернізації та зниження вартості теплових насосів, їхня популярність буде постійно рости і в Україні. Варто зазначити, що в нашому магазині є можливість купити за вигідною ціною  теплові насоси