Тепловой насос и его принцип действия

Что такое тепловой насос?

По сути, тепловой насос - это слегка преобразованный холодильник. В обоих есть испаритель, компрессор, конденсатор и дросселирующее устройство. Цикл работы у холодильника и насоса абсолютно одинаков, разнятся только параметры настройки. Даже внешне, по размерам и форме, они похожи друг на друга.

Холодильник работает, выкачивая тепло наружу, тепловой насос работает по такому же принципу только наоборот - он нагнетает тепло с улицы или из почвы в Вашу гостиную. В холодильнике почти не ощущаемое тепло продуктов в конечном итоге выделяется в виде довольно горячего потока воздуха, отходящего от трубчатой панели конденсатора ("радиатор" на задней стенке). Поэтому, если из холодильника вытащить испарительную камеру (с трубами) и закопать в землю, то получится тепловой насос, который будет обогревать комнату теплым воздухом. А если конденсатор холодильника омывать водой, то ее, нагретую, можно использовать в радиаторах отопления или в теплом поле.

Принцип действия теплового насоса основан на цикле Карно, хорошо известном из школьного курса физики.
Основными составляющими частями внутреннего контура тепловых насосов являются:

 

 Схема теплового насоса

1. Конденсатор

2. Капилляр

3. Испаритель

4. Компрессор, получающий энергию от электрической сети

Кроме того, во внутреннем контуре имеются  терморегулятор, являющийся управляющим устройством, и хладагент - циркулирующий в системе газ с определёнными физическими характеристиками

Хладагент под давлением через капиллярное отверстие поступает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит испарение. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель в свою очередь отбирает тепло у земляного контура, за счёт чего происходит его постоянное охлаждение. Компрессор засасывает из испарителя хладагент, сжимает его, за счёт чего температура хладагента повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме того, в конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент отдает полученное тепло (температура порядка 85-125 градусов Цельсия) в отопительный контур и окончательно переходит в жидкое состояние. Процесс повторяется вновь. При достижении необходимой температуры терморегулятор размыкает электрическую цепь и компрессор
 останавливается. При понижении температуры в отопительном контуре терморегулятор вновь включает компрессор. Хладагент в тепловых насосах совершает обратный цикл Карно.  

Таким образом, работа теплового насоса схожа с процессом холодильника. Тепловой насос перекачивает
низкопотенциальную тепловую энергию грунта, воды или даже воздуха в относительно высокопотенциальное
тепло для отопления объекта. Примерно 2/3 отопительной энергии можно получить бесплатно из природы:
грунта, воды, воздуха и только 1/3 энергии необходимо затратить для работы самого теплового насоса.
Иными словами, владелец теплового насоса экономит 70% средств которые, при отоплении своего дома, магазина,
 цеха и т.п традиционным способом, он бы регулярно тратил на дизтопливо или электроэнергию.

Попросту, тепловой насос берет тепловую энергию из земли (воды, воздуха) и «перекачивает» ее  в отапливаемый дом. Тепловой насос использует тепло, рассеянное в окружающей среде: в земле, воде, воздухе (его специалисты называют низко-потенциальным теплом). Затратив 1 кВт электроэнергии в приводе насоса, можно получить 3-4 кВт тепловой энергии. Тепловые насосы применяют, чтобы отапливать дома, готовить горячую воду, охлаждать или осушать воздух в комнатах, вентилировать помещения.
 
Насколько выгодны тепловые насосы?

По данным министерства энергетики РФ применение теплового насоса в 1,2 - 2,5 раза выгоднее самой эффективной (газовой) котельной.

Применение теплового насоса целесообразно:

  • в качестве системы автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений, для теплоснабжения и горячего водоснабжения индивидуального жилья;
  • для охлаждения и кондиционирования помещений любого рода (загородные дома, кладовки, хранилища, погреба, производственные помещения и технологическое оборудование предприятий);
  • для контролируемой вентиляции коттеджа, деревенского дома, загородного дома и промышленных помещений;
  • для удаления из помещений излишней влажности (например для хранения продуктов питания - везде, где необходимо сохранение определенного уровня влажности).;
  • для охлаждения технологического оборудования предприятий;
  • для регенерации тепла, т.е. тепловой насос может забирать тепло воздуха из хлевов, конюшен, промышленных помещений, от холодильных установок, а также тепло сточных вод и использовать его в полезных целях.

Читайте также:

Плюсы и минусы использования отопления тепловыми насосами

Приблизительная смета по тепловому насосу