Тепловой насос – это оборудование трансформирующее и преобразовывающее тепловой энергии. Тепловой насос используется для отопления дома и нагрева воды.
Принцип работы теплового насоса кроется в его названии. Сам тепловой насос тепло не производит. Он лишь отбирает тепло из доступной среды (почва, водоем, воздух) и концентрируя эту энергию переносит ее в необходимое нам место.
Перед тем как раскрыть принцип теплового насоса надо понимать, что учитывая высокую стоимость теплового насоса, относительно не высокий КПД не стоит ожидать быстрой окупаемости, и если вам доступен вид энергии как сетевой газ метан, то нет смысла вообще ставить тепловой насос, только если вы в душе эколог, и не хотите сжигать ископаемое топливо. Также для работы теплового насоса используется электроэнергия, для производства которой требуется ископаемое топливо.
Принцип работы теплового насоса
Принцип теплового насоса основан на замечательном физическом явлении: жидкости и газы при сжатии нагреваются, а при расширении охлаждаются. Так же использован принцип, что все тела обладают тепловой энергией, и чем выше температура тела, тем выше его тепловая энергия. Даже если температура тела ниже нуля градусов, все равно эту тепловую энергию можно использовать.
В тепловом насосе используются специальные жидкости фреоны, которые вскипают при низкой температуре, а при сжатии и небольшом охлаждении снова переходят в жидкость. Фреоны находятся в тепловом насосе циркулируя внутри с помощью электрического компрессора периодически переходя из жидкого состояния в парообразное и наоборот.
При некоторых условиях тепловая мощность, полученная тепловым насосом, превышает электрическую мощность подведенную к компрессору в пять раз, обычно конечно меньше: 2-2,5. То есть на этот коэффициент понижается стоимость электроэнергии если считать тепловую мощность через электрическую.
Принцип работы теплового насоса
Как работает тепловой насос
Элементы установки:
- Компрессор
- Теплообменник (конденсатор)
- Теплообменник (испаритель)
- Соединительная арматура и элементы автоматики.
В замкнутом контуре стоит испаритель, где находится фреон. Через трубки внешнего изолированного контура прокачивается любое вещество от наружного источника, обладающего теплом. Это может быть вода из водоема, из колодца, или просто воздух не ниже минус пяти градусов.
Иначе коэффициент теплового преобразования будет равен единице, и вы на выходе получите тепловую энергию равную электрической энергии подведенной к компрессору. В этом случае проще использовать обычный электронагревательный элемент.
Итак, теплоноситель в испарителе нагревает фреон буквально на несколько градусов, но этого хватает, чтобы он вскипел и перешел в газообразное состояние. После теплообменника стоит компрессор, который втягивает и сжимает газообразный фреон.
Из компрессора сжатый и нагреты газ поступает в конденсатор где происходит теплообмен по изолированной системе с теплоносителем из системы отопления. Происходит обогрев помещения, а так же нагрев воды для бытовых целей. Фреон в конденсаторе охлаждается, а так как давление высокое, он легко переходит в жидкое состояние.
Из конденсатора жидкий фреон поступает в редукционный клапан, где через маленькое отверстие распыляется. Давление фреона падает, и он сильно охлаждается. Далее охлажденный фреон поступает в теплообменник, где снова нагревается жидкостью или газом из внешней среды снова переходя в парообразное состояние.
Цикл повторяется.
ТИПЫ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ:
- «ВОДА - ВОДА»
- «ВОЗДУХ - ВОЗДУХ»
- «ВОЗДУХ - ВОДА»
- «РАССОЛ – ВОДА»
Тепловой насос вода - вода
Наиболее эффективно тепловой насос перекачивает энергию от тела обладающего большей тепловой емкостью. Так как вода по сравнению с воздухом обладает на порядок большей тепловой емкостью, наиболее выгодно для источника тепла использовать воду из водоемов, рек, озер, колодцев. Так например в водоеме прокладывается длинная труба в которой циркулирует незамерзающая жидкость, например антифриз. Проходя в этой трубе антифриз забирает тепло из воды и далее отдает это тепло фреону в испарителе, переводя его в газообразное состояние. Даже зимой водоемы замерзают не до самого дна. В придонной зоне температура не опускается ниже 4 градусов. Этой температуры вполне хватает для работы теплового насоса. И поэтому трубы с теплоносителем желательно зимой располагать в придонной зоне. Тепло можно так же снимать с колодцев с водой. Только надо понимать, что в процессе работы теплового насоса вода в колодце будет охлаждаться. Поэтому желательно использовать несколько колодцев.
Тепловой насос воздух - воздух
Если рядом нет источников воды, в качестве нагрева фреона в тепловом насосе можно использовать энергию воздуха, опять же если его температура не ниже минус пяти градусов. Для этого используется система радиаторов, либо пассивная с большой площадью теплообмена, либо активная с вентилятором (как печка в автомобиле). Минус этой системы в том, что в отличии от воды в водоемах воздух может охлаждаться до температуры ниже минус пяти градусов, после чего тепловой насос перестает перекачивать тепло. В южных широтах это бывает не часто, так что вполне можно использовать энергию воздуха.
Тепловой насос рассол - вода
В данном случае в качестве «внешнего контура» (геотермального контура) используется недра земли. За счет этого, данные тепловые насосы обладают самым главным преимуществом перед остальным типами теплонасосов – стабильный показатель эффективности работы (СОР) вне зависимости от времени года. Один из самых распространенных .
Существует два варианта исполнения- горизонтальный и вертикальный контур.
Горизонтальный контур представляет собой систему полиэтиленовых труб, уложенных под верхним слоем грунта на глубине около 1,5 – 2 м, ниже уровня промерзания.
Вертикальный коллектор представляет собой скважины глубиной от 50 до 200 м и более, в которые опущены специальные устройства – геотермальные зонды.
Тепловой насос воздух - вода
Насос нагревает не напрямую воздух внутри помещения, а теплоноситель, который используется для отопления дома и приготовления ГВС.
тепловой насос для отопления дома
Следует отдельно подчеркнуть, что тепловой насос наиболее эффективно (с наибольшим КПД) работает при температуре в конденсаторе 40-45 градусов. При этой температуре в доме наиболее эффективно использовать систему теплого пола. Радиаторы, учитывая их небольшую площадь теплообмена будут не эффективны.
