Применение тепловых насосов
Несмотря на кажущуюся новизну, тепловой насос известен и применяется уже довольно давно. Говоря проще, тепловой насос – это большой «холодильник наоборот», который забирает тепло у окружающей среды и передает его в помещение. О физических принципах работы теплового насоса я расскажу ниже, а сейчас – небольшое открытие: тепловой насос – «новшество», с которым вы сталкиваетесь практически ежедневно! Сплит-система, работающая на обогрев, есть не что иное, как тепловой насос, холодильники, морозильники – это тоже тепловые насосы, которые обогревают помещение задней стенкой – конденсатором.
Принцип действия теплового насоса
Работа теплового насоса основана на принципах, сформулированных английским ученым Томсоном. Вот эти принципы:
- температура кипения вещества зависит от давления (чем выше давление – тем выше точка кипения)
- при испарении вещество поглощает тепловую энергию, при конденсации – отдает ее.
Таким образом, с помощью теплового насоса можно передавать тепловую энергию на расстояние.
Устройство теплового насоса
Тепловой насос состоит из конденсатора, испарителя, дросселя и компрессора, соединенных между собой трубопроводом, в котором циркулирует хладагент. В качестве последних тепловой насос чаще использует фреоны.
Условно трубопровод теплового насоса можно разделить на две части: область низкого давления и область высокого давления. Циркуляция хладагента происходит следующим образом: хладагент в жидком состоянии через дроссель распыляется в область низкого давления – испаритель, который располагают в источнике низко потенциального тепла (в грунте, грунтовых водах, или просто на воздухе). В источнике хладагент нагревается, вследствие чего происходит испарение, при этом им (хладагентом) поглощается тепловая энергия. Следующая фаза – парообразный фреон или другой хладагент поступают в компрессор, который сжимает газ, в результате чего тот нагревается еще больше. В сжатом состоянии хладагент поступает в конденсатор, где отдает тепло теплоносителю, где вновь превращается в жидкое состояние. Цикл повторяется.
Как видно из этой схемы, тепловой насос отбирает температуру у низко потенциального источника тепла и передает ее в теплообменник (конденсатор). Таким образом, количество получаемой тепловой энергии на порядок больше, чем затрачивается энергии на сжатие газа компрессором теплового насоса. Именно поэтому коэффициент полезного действия теплового насоса может равняться двумстам, трестам и более процентов, ведь большую часть тепловой энергии тепловой насос отбирает у низко потенциальных источников, то есть это фактически даровая энергия.
Всегда ли эффективен тепловой насос?
Эффективность работы теплового насоса характеризуется коэффициентом преобразования тепла: если говорят, что такой коэффициент равен, например, четырем, это означает, что на 1 кВт электроэнергии, которую потребляет тепловой насос, потребитель получает 4 кВт тепловой энергии.
Всегда ли можно применять тепловые насосы? Практически всегда – источники рассеянного тепла можно найти в любом уголке земного шара. Через какое время тепловой насос окупит себя и начнет приносить прибыль – сказать можно, лишь ознакомившись с климатическими условиями той местности в которой будет эксплуатироваться тепловой насос: предварительно нужно произвести расчет теплового насоса, выбрать тип теплового насоса, ознакомиться с тем, какие тепло потери имеет обогреваемое сооружение.
На сегодняшний день тепловой насос – дорогостоящее оборудование, которое, к тому же, требует проведения специальных монтажных работ. Во многом стоимость теплового насоса определяется его типом: существует определенная классификация тепловых насосов в зависимости от того, какой низко потенциальный тепловой источник используется, и в какую среду передается тепловая энергия.
Тем не менее, тепловой насос получает все большее распространение: бытовые кондиционеры сплит-системы есть не что иное, как тепловой насос «воздух-воздух», то есть в качестве рассеянного источника тепла эти устройства используют воздух вне помещения – в испарителе происходит превращение фреона в газообразное состояние и отбор тепла, затем пар сжимается компрессором, вследствие чего нагревается еще больше, перекачивается в теплообменник-конденсатор, где тепло передается воздуху внутри помещения.
Конечно, подобный тепловой насос, построенный как обычная бытовая сплит-система, это несколько простое решение. К тому же, применять подобный тепловой насос возможно не всегда – в северных условиях «забортный» воздух довольно холодный, и фреон даже в разряженном состоянии может не закипеть. Именно этим обусловлена особенность сплит-систем – их работа эффективна только в определенном температурном диапазоне – когда температура наружного воздуха опускается ниже определенных границ, тепловой насос перестает работать.
Одним словом, установить тепловой насос или нет, надо решать, исходя из многих условий: произвести расчет теплового насоса, сосчитать затраты и время окупаемости. О том, какими бывают тепловые насосы, как рассчитать тепловой насос, как правильно его эксплуатировать, читайте в статьях на «Тут Уют», посвященных тепловым насосам.