1.    
  2.    
  3.     Як працює тепловий насос

Як працює тепловий насос

 

Пам’ятається дитячий анекдот, про жителя крайньої півночі, купив холодильник. На питання, навіщо йому холодильник, він відповідає: “на вулиці -40, а в холодильнику -7 – ГРІТИСЯ!”

Виявляється, у кожному жарті є частка правди. Звертали увагу, що холодильник ззаду завжди теплий? Це вихлоп енергії, що витрачається на охолодження повітря в камері холодильника. Теплота, яка отнимаемается від охолоджуваних продуктів, теплота, що виділяється при конденсації і замерзання вологи, що виділяється з холодильника і обігріває кімнату. Саме тому кондиціонеру, який охолоджує кімнату завжди потрібен зовнішній блок, що висить зовні – для відведення надлишків тепла. Вивернемо кондиціонер навиворіт, і виявиться, що він може з великим успіхом служити для опалення. Замість того, щоб безпосередньо витрачати електроенергію в електронагрівач, обігрівають будинок, може, краще її використовувати для приведення в дію холодильного циклу? Виявляється, це не тільки можливо, але і економічно доцільно. Передавши тепловій машині роботу, еквівалентну 1 Дж, ми зможемо передати нагрівник (печі) цілих 10 Дж енергії. Дива при цьому не відбувається, 9 Дж з них будуть отримані від холодильника. Тобто холодна середовище (земля, повітря, сніг) стане при цьому ще трохи холодніше.

Отже, як працює тепловий насос:

1. Припустимо, що в землю під будинком, нижче рівня промерзання грунту у нас укладені труби. Тоді, теплоносій, проходячи по трубопроводу, нагрівається на декілька градусів. Усередині теплового насоса теплоносій, проходячи через теплообмінник, званий випарником, віддає зібране з навколишнього середовища тепло у внутрішній контур теплового насоса.

2. Внутрішній контур теплового насоса заповнений холодоагентом (наприклад, фреон). Холодоагент, маючи дуже низьку температуру кипіння, проходячи через випарник, перетворюється з рідкого стану в газ. Це відбувається при низькому тиску і низькій температурі.

3. З випарника газоподібний холодоагент потрапляє в компресор, де він стискається, при цьому підвищується його температура. Власне, тільки на цьому етапі відбувається основний витрата енергії.

4. Далі гарячий холодоагент надходить у конденсатор – другий теплообмінник. У ньому відбувається теплообмін між гарячим газом і теплоносієм із трубопроводу системи опалення будинку. Хладагент віддає своє тепло в систему опалення, при цьому охолоджуючись і знову переходячи в рідкий стан, а нагрітий теплоносій системи опалення поступає до радіаторів всередині будинку.

5. Холодоагент проходить через редукційний клапан – тиск при цьому знижується, холодоагент потрапляє у випарник, і цикл повторюється знову.

У холодну пору року теплові насоси використовуються для нагріву повітря в приміщенні, а в теплу пору року їх цілком можна використовувати для охолодження будинку. Принцип роботи такого насоса при охолодженні приміщення такої ж, як і при опаленні. Тільки тепло в цьому випадку забирається з повітря в приміщенні і віддається землі або водоймища.

Таким чином, тепловий насос – це фактично той же холодильник, який представляє собою машину Карно, працює в зворотному напрямку. Холодильник перекачує тепло із охолоджуваного об’єму в навколишній повітря. Якщо виставити холодильник на вулицю, то, отримуючи тепло з зовнішнього повітря і передаючи його всередину будинку, цілком можна обігрівати приміщення.

У процесі роботи електроенергія витрачається більшою мірою на роботу компресора і в меншій – насоси, прокачивающие воду через зовнішній і внутрішній контури. В сучасних реалізаціях теплових насосів на кожен витрачений кіловат-годину електроенергії виробляється близько 2-4 кіловат-годин теплової енергії. Співвідношення виробленої теплової енергії і споживаної електричної називається коефіцієнтом трансформації (або коефіцієнтом перетворення теплоти) і служить показником ефективності теплового насоса. Таким чином, при необхідності обігріву приміщення за допомогою електроенергії, теплової насос дає економію в кілька разів. Є вигода в його використанні і при газовому опаленні.

У боротьбі за екологію число теплових насосів в світі зростає з кожним роком. За приблизними підрахунками на даний момент встановлено близько 100 млн. теплових насосів у всьому світі. Широко поширені вони в США, Японії і країнах ЄС. В цих країнах існують навіть будівельні норми, які передбачають обов’язкове використання теплових насосів при будівництві нових будинків і будівель. У деяких країнах, наприклад, Швеції теплові насоси складають 70% систем опалення. А в Росії?

05.01.2017

Написати коментар