Принцип работы теплового насоса, типы и схема устройства тепловых насосов.

Тепловой насос является альтернативным вариантом отопления, который в последнее время становится все более популярным. Впрочем, для большинства такая технология до сих пор неизвестна, мало кто знает, как она выглядит и работает, а потому и к выбору подобного оборудования многие по сей день относятся с долей подозрения.

Тепловой насос представляет собой специализированную установку, способную извлекать тепло из окружающей среды для последующего его переноса в отопительный контур дома или любого другого строения, нуждающегося в отоплении. Подобные системы используются для производства тепла посредством применения обратного термодинамического цикла. Затраты энергии в процессе их работы не выходят за рамки объема произведённой энергии. Тепловой насос может извлекать тепло даже если температура воздуха минусовая, что легко объясняется основами термодинамики. В воздухе всегда присутствует теплота, даже если температура составляет 0°C.

промышленные тепловые насосы воздух вода

Типы и модификации тепловых насосов

В зависимости от способа передачи энергии все установки подобного типа делятся на компрессионные и абсорбционные. Первый вариант подразумевает работу, основанную на цикле термального расширения теплоносителя, как результат завершения процесса выделяется тепло.

Абсорбционные же модели представляют собой усовершенствованные приборы, в качестве рабочей среды в которых используется абсорбент в сочетании с хладоном.

Можно разделить тепловые насосы по источникам тепла в процессе эксплуатации:

  • геотермальные тепловые насосы, извлекающие энергию из водоемов или грунта;
  • тепловые насосы типа воздух-вода, способные работать и получать тепло из воздуха окружающей среды;
  • применяющие вторичное тепло, поступающее из воздуха, воды и даже канализационных стоков.

Принцип работы теплового насоса

С помощью такой системы можно без особого труда транспортировать тепло от одного тела к другому, более нагретому, при этом температура после него постепенно увеличивается. Такие источники энергии по праву считаются альтернативными, так как не приносят какого-либо вреда окружающей среде и позволяют получать дешевое тепло, извлекая его из воздуха, воды и земли.

В основе принципа действия бытовых теплонасосов лежит понимание того, что любое тело, температура которого составляет выше абсолютного нуля, имеет свой запас тепловой энергии, пропорциональный удельной теплоемкости и массе. Если рассматривать водную среду, то можно сделать резонный вывод о том, что моря и океаны имеет внушительную массу, а значит, аналогичный запас тепловой энергии. Небольшую часть ее вполне можно использовать в качестве отопления домов, не принося какого-либо вреда экологической обстановке.

Схема работы теплового насоса

Чтобы понять, как именно работает тепловой насос, нужно разобрать его по отдельным элементам. Независимо от того, какой вариант получения тепла используется в том или ином случае, каждая модель включает такие компоненты, как:

  • компрессор;
  • конденсатор;
  • испаритель;
  • расширительный клапан.

 

схема принцип работы тепловых насосов

Работают такие устройства по принципу холодильника, отбирая тепло изнутри и выводя его наружу. Насос же транспортирует тепловую энергию из окружающей среды в помещение, преобразовывая её до температуры 30°C. Для этой цели используется испаритель с хладагентом – жидкостью, способной закипать при нулевой температуре. В результате он переводится в газообразную форму и поступает в компрессор, где подвергается сжатию и повышает давление, а следовательно, и температуру. Далее нагретый до нужной степени газ отправляется в конденсатор, где передает тепловую энергию системе отопления, после чего охлаждается, переходя в жидкое состояние. Далее хладагент возвращается на испаритель, тем самым замыкая контур — такой процесс повторяется циклически, без перерыва. От того, насколько высока температура окружающей среды, во многом зависит КПД теплового насоса в целом и этот фактор также следует учитывать тем, кто планирует эксплуатировать подобные установки на постоянной основе.

Расчет энергоэффективности тепловых насосов для отопления

Для того чтобы обеспечить повышенную эффективность такого оборудования, необходимо, чтобы тепловая энергия передавалась в большем объеме, нежели потребляемая электрическая. Подобное соотношение именуется коэффициентом преобразования и может меняться, исходя из разницы температур на входном и выходном контурах.

Система демонстрирует большую эффективность, если снаружи достаточно тепло. Коэффициент преобразования в зависимости от выбранной модели теплового насоса может колебаться от 1 до 5. Для того чтобы оценка эффективности эксплуатации теплового насоса была максимально эффективной, необходимо сделать расчёты за год. Отдельные параметры зависят от многочисленных факторов, а потому предоставить общую формулу, которая всегда даёт верный результат, практически невозможно. В идеале следует обращаться к специалистам, которые, учитывая все условия эксплуатации подобного оборудования, подберут нужный объем хладагента.

Востребованность тепловых насосов

Система отопления, подразумевающая применение тепловых насосов, используется чаще всего тогда, когда остальные способы попросту не работают в силу каких-либо обстоятельств или обходятся дороже. Всё чаще можно наблюдать повышенную востребованность тепловых насосов в быту и на производстве, что связано с такими их преимуществами, как:

  • экономичность;
  • возможность использовать режимы для обоих сезонов;
  • отопление и кондиционирование;
  • компактные размеры и бесшумность — критерии максимально привлекательные для тех, кто проживает в частном доме;
  • возможность установки по упрощенной схеме, в рамках которой особых требований к системе вентиляции помещений и пожаробезопасности не предъявляется.

Если верить прогнозам экспертов, ведущих деятельность в данной сфере, то в скором времени – на ближайшие несколько лет — на долю отопления подобным образом придётся около 70% потребителей в большинстве стран. Единственным незначительным недостатком таких установок является невысокая температура нагревания воды, чаще всего она не превышает 60°C.

Какая цена на тепловые насосы?

Для отопления загородных домов и других зданий подобного типа уже не первый год применяется преимущественно газовое оборудование. Впрочем, владельцы таких установок всё чаще обращают внимание на обновленный вариант теплового насоса, который гораздо удобнее в эксплуатации и подразумевает более внушительную выгоду. Так для установки газового котла требуется монтаж вентиляции и специального дымохода, на что предварительно следует собрать немало документов и сделать специальные разрешения. Использование для обогрева тепловых насосов от ведущих торговых марок позволяет не только избежать тех проблем, что перечислены ниже, но и рассчитывать на экономию круглой суммы. Подобное решение весьма актуально, если дом от газопровода расположен в достаточном удалении, так как установка теплового насоса «от и до» стоит приблизительно 15000 долларов, а на монтаж такого оборудования уходит около 3 недель.

Наши специалисты могут помочь подобрать оборудование по Вашему проекту: