Работа теплового насоса: Принцип действия теплового насоса | Viessmann

Опубликовано в Разное
/
20 Июн 1970

Содержание

Принцип действия теплового насоса | Viessmann

Принцип работы теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника, тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Тепловой насос может забирать тепловую энергию как из воздуха внутри помещения или снаружи, так и из грунтовых вод и почвы. И поскольку температура полученного тепла, как правило, не достаточна для того, чтобы отапливать здание или обеспечивать его горячей водой, в дело вступает термодинамический процесс.

Процесс охлаждения в подробностях


В независимости от того, какой тип теплового насоса используется для отопления, в функционал теплового насоса также входит процесс охлаждения, который происходит в четыре этапа.

1. Испарение

Для того, чтобы начать процесс испарения жидкости, необходима энергия. Этот процесс можно наблюдать на примере с водой. Если емкость с водой нагревается до 100 градусов Цельсия (тепловая энергия подается) вода начинает испаряться. При дальнейшем подаче тепловой энергии температура воды не повышается. Вместо этого вода полностью преобразуется в пар.

2. Сжатие газа

При сжатии газа, например воздуха (давление увеличивается), также повышается температура. Вы можете наблюдать это например, если вы придержите отверстие в велосипедном воздушном насосе и начнете процесс «накачки» воздуха, вы почувствуете тепло.

3. Конденсация


Согласно закону сохранения энергии при конденсации водяного пара, высвобождается тепловая энергия, которая ранее использовалась для испарения.

4. Расширение

При резком снижении давления в жидкости, находящейся под давлением, температура снижается в несколько раз. Это можно наблюдать на примере баллона с сжиженным газом для кемпинговой горелки. Открытие клапана может привести к образованию льда на клапане баллона с жидким газом даже летом.

(Здесь давление снижается с 30 бар до 1 бар.)

Постоянное повторение процесса


Эти процессы происходят внутри теплового насоса в замкнутом контуре. Для транспортировки тепла используется жидкость (хладагент), которая испаряется при очень низких температурах. Чтобы испарить эту жидкость, используется тепловая энергия из земли или наружного воздуха. Для этого достаточно даже температуры в минус 20 градусов по Цельсию. Холодные пары хладагента затем очень сильно сжимаются компрессором. При этом их температура возрастает до 100 градусов Цельсия. Эти пары хладагента конденсируются и отдают тепло в систему отопления. Затем давление жидкого хладагента на расширительном клапане сильно снижается. При этом температура жидкости снижается до исходного уровня. Процесс может начинаться заново.

Процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса


Проще всего объяснить этот процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса: тепловой насос «воздух-вода» может состоять из одной или двух составляющих. В обоих случаях встроенный вентилятор активно  направляет  окружающий воздух в теплообменник. Через теплообменник проходит хладагент, который переходит из одного состояния в другое при очень низких температурах. Внутри теплообменника хладагент нагревается воздухом из окружающей среды  и постепенно переходит в газообразное состояние. Для повышения температуры, возникающих при этом паров, используется компрессор. Он сжимает пары хладагента и увеличивает как давление, так и их температуру до требуемого значения.

Другой теплообменник (конденсатор) затем передает тепло от нагретых паров хладагента на отопление (теплые полы, радиаторы, буферная емкость или водонагреватель). Хладагент, находящийся под давлением отдает тепло, его температура падает и он снова переходит в жидкое состояние. Перед тем, как поступить обратно в контур, хладагент сначала расширяется в расширительном клапане. После того, как он достигнет своего исходного состояния, процесс процесс в холодильном контуре может начинаться с самого начала.


Устройство и принцип работы теплового насоса ремонт теплового насоса

Как устроен тепловой насос и как он работает?

Теплонасос функционирует как холодильник, только наоборот. Холодильник переносит тепло изнутри во вне. Тепловой насос переносит тепло, накопленное в воздухе, почве, недрах или воде, в ваш дом.

Тепловой насос состоит из 4 основных агрегатов:

 — испаритель,
 — конденсатор,
 — расширительный вентиль (разряжающий вентиль-дроссель, понижает давление),
 — компрессор (повышает давление).

Эти агрегаты связаны замкнутым трубопроводом. В системе трубопровода циркулирует хладагент, который в одной части цикла представляет собой жидкость, а в другой — газ.

Точка кипения для разных жидкостей меняется посредством давления, чем выше давление, тем выше точка кипения. Вода закипает при нормальном давлении при температуре +100 °С. При повышении давления вдвое, температура кипения воды достигает +120 °С, а при уменьшении давления в 2 раза, вода закипает при +80 °С. Хладагент в тепловом насосе имеет ту же тенденцию — его температура кипения изменяется при изменении давления. Точка кипения хладагента лежит низко, приблизительно — 40 °С при атмосферном давлении, поэтому может использоваться даже с низкотемпературным тепловым источником.

Земные недра как глубинный теплоисточник

Земные недра являются бесплатным теплоисточником, поддерживающим одинаковую температуру круглый год. Использование тепла земных недр является экологически чистой, надежной и безопасной технологией обеспечивания теплом и горячим водоснабжением всех типов зданий, больших и малых, общественных и частных.Уровень капиталовложений достаточно высокий, но взамен Вы получите безопасную в работе, с минимальными требованиями к сервисному обслуживанию альтернативную обогревательную систему с максимально длительным сроком эксплуатации. Коэффициент преобразования тепла высок, достигает 3. Установка не требует много места и может быть внедрена на участке земли малой плошади.

Объем восстановительных работ после бурения незначителен, влияние пробуренной скважины на окружающую среду минимально. На уровень грунтовых вод воздействие не оказывается, так как грунтовые воды не потребляются. Тепловая энергия переносится к конвекционной системе водяного отопления и применяется для горячего водоснабжения.

Грунтовое тепло — близкозалегающая энергия

В поверхностном слое земли накапливается тепло в течение лета. Использование этой энергии для обогрева целесообразно для зданий с высокими энергорасходами. Наибольшее количество энергии извлекается из почвы с большим содержанием влаги.

Грунтовый теплонасос

Тепло из почвы поставляется посредством пластикового шланга. Экологически чистая, морозостойкая жидкость циркулирует в шланговой системе и переносит тепло к тепловому насосу, где оно преобразуется в высокотемпературное тепло для обогрева и горячего водоснабжения.

 

 

Водные теплоисточникиСолнце нагревает воду в морях, озерах и других водных источниках. Солнечная энергия накапливается в воде и донных слоях. Редко температура снижается ниже +4 °С. Чем ближе к поверхности, тем температура больше варьируется в течение года, а в глубине — она относительно стабильна.

Тепловой насос с водным источником тепла

Шланг для передачи тепла укладывается на дне или в грунте дна, где температура еще немного выше, чем температура воды. Важно, чтобы шланг снабжался отягощающим грузом для предотвращения всплытия шланга на поверхность. Чем ниже он залегает, тем меньше риск повреждения. Водный источник как источник тепла очень эффективен для зданий с отно сительно высокими потребностями в теп лоэнергии.

Кроме вышеперечисленных источников теплонасосная установка может использовать тепловые сбросы самого жилья для отопления и горячего водоснабжения: сбросную воду, а также вентиляционные выбросы и дымовые газы. В последнем случае вытяжная система должна быть оборудована действующим вентиляционным агрегатом. Данная комбинация улучшает вентилирование дома и уменьшает проблемы с плесенью, сыростью, радоновой загазованностью.

 

”Бросовые” источники тепла

Кроме вышеперечисленных источников тепловой насос может использовать тепловые сбросы самого жилья для отопления и горячего водоснабжения: сбросную воду, а также вентиляционные выбросы и дымовые газы. В последнем случае вытяжная система должна быть оборудована действующим вентиляционным агрегатом. Данная комбинация улучшает вентилирование дома и уменьшает проблемы с плесенью, сыростью, радоновой загазованностью.

Экономическая эфективность теплового насоса

Коэффициент преобразования тепла

 

Эффективность определяется так называемым коэффициентом преобразования тепла или коэффициентом температурной трансформации, который представляет собой отношение количества энергии, генерируемой теплонасосом, к количеству энергии, затрачиваемой на процесс переноса тепла.

В большинстве случаев коэфициент температурной трансформации равен 3. Это означает, что тепловой насос поставляет в 3 раза больше энергии, чем потребляет. Другими словами, 2/3 получено «бесплатно» от теплоисточника. Чем выше энергопотребности Вашего жилища, тем больше вы экономите денежных средств.

Тепловые насосы наиболее эффективны в отопительных системах с низкотемпературными характеристиками, например, в системах напольного отопления.

При подборе теплонасоса к Вашей обогревательной системе невыгодно ориентировать мощностные показатели теплонасоса на максимальные требования к мощности (на покрытие энергорасходов в отопительном контуре в самый холодный день года).

 

Опыт показывает, что теплонасос должен генерировать около 50-70% от этого максимума, тепловой насос должен покрывать 70-90% (в зависимости от теплоисточника) от общей годовой потребности в энергии для отопления и горячеговодоснабжения.

При низких внешних температурах теплонасос применяется с имеющимся в наличии котельным оборудованием или пиковым доводчиком, которым укомплектован тепловой насос.

Виды теплонасосов, применяемые в системе отопления в России

В нашей стране свое применение нашли следующие типы тепловых агрегатов:

1.      Грунтовый теплонасос.

Земные недра являются неисчерпаемым и бесплатным теплоисточником, который поддерживает одинаковую температуру на протяжении целого года. Использование такого тепла – это надежная, экологически чистая и безопасная технология обеспечения теплом всех типов зданий. Конечно, уровень капиталовложений при установке такого насоса достаточно высокий, но при этом Вы получаете неприхотливую к сервисному обслуживанию обогревательную систему с длительным сроком эксплуатации. Установка насоса не требует много места, к тому же он может быть внедрен на земельном участке малой площади.

2.      Водный теплонасос.

Солнце щедро нагревает воду в озерах, реках и морях. Чем ближе к поверхности, тем больше варьируется температура воды, а на глубине ее величина относительно стабильна.

Шланг насоса, предназначенный для передачи тепла, желательно установить в грунте дна, поскольку там температура еще выше. При этом важно снабдить шланг отягощающим грузом, во избежание его всплытия на поверхность. Такой источник тепла эффективен для обогрева зданий с относительно невысокими тепловыми потребностями.

3.      «Бросовый» теплонасос.

Принцип работы теплового насоса может также основываться и на использовании тепловых сбросов жилья: вентиляционные выбросы, использованная вода, дымовые газы и пр. Такая технология устраняет проблемы с плесенью и радоновой загазованностью, улучшая при этом вентилирование дома. ремонт теплового насоса

Принцип действия и установка теплового насоса

Тепловой насос – это сердце системы геотермального отопления. Ключевыми элементами теплового насоса являются: испаритель, компрессор, конденсатор, терморегулятор и циркулирующий по системе хладагент. Объединенные в единую систему, данные элементы позволяют забирать малое количество тепла из окружающей среды (воды, грунта) и превращать его в высокопотенциальное для отопления здания и обеспечения горячего водоснабжения.

Принцип работы тепловых насосов.

По принципу работы тепловой насос больше всего похож на холодильник. Только если холодильник забирает тепло и вытесняет его на радиатор, то тепловой насос, забирая тепло, переносит его в дом.

Охлажденный жидкий хладагент подается в теплообменник теплового насоса – испаритель. При подаче более теплого источника тепла (наружного воздуха, солевого раствора или воды) на испаритель, циркулирующий в нем хладагент забирает от источника тепла необходимую энергию для испарения и переходит из жидкого состояния в газообразное. Компрессор производит всасывание газообразного хладагента и выполняет его сжатие.  За счет увеличения давления происходит повышение температуры – таким образом, хладагент «подкачивается» до более высокого температурного уровня. Для этого требуется электричество. Хладагент направляется в расположенный за компрессором конденсатор. Здесь хладагент отдает полученное ранее тепло в циркуляционный контур системы водяного отопления, переходя в жидкое состоянии Затем с помощью расширительного клапана производится снижение имеющегося остаточного давления, и цикл начинается занов Таким образом,в зависимости от источника отбора тепла,  мы имеем разные типы тепловых насосов: «вода-вода», «грунт-вода», «воздух-вода», «грунт-воздух», «вода-воздух» и «воздух-воздух». Первое слово в обозначении типа — это источник тепла (низкопотенциальная тепловая энергия), второе — источник нагрузки для обогрева здания (высокопотенциальное тепло).

 

Энергоэффективность.

Примерно две трети тепловой энергии мы можем получать бесплатно от природы: воды, грунта или воздуха и только треть необходимо потратить на работу самого компрессора в тепловом насосе. Фактически, владелец теплового насоса может экономить до 70% финансовых средств, которые он бы регулярно затрачивал при отоплении традиционным способом (электроэнергия, газ или дизтопливо) своего дома, гаража, офиса, магазина, склада и т. д.

Все вышесказанное означает, что тепловой насос берет тепловую энергию из воды, земли или воздуха и «перекачивает» в ваш дом. Во время  работы компрессор затрачивает электроэнергию. На каждый затраченный киловатт-час электроэнергии тепловой насос вырабатывает от 2,5 до 5 киловатт-часов тепловой энергии. Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации, коэффициентом преобразования теплоты (КПТ) или просто СОР. По этой причине чем меньше разница температур теплоносителей во входном и выходном контурах, тем больше коэффициент преобразования тепла (КПТ), то есть больше экономия электроэнергии.  Это значит, что в случае применения тепловых насосов — выгодней подключать их к низкотемпературным системам отопления. Имеется в виду обогрев от теплых водяных полов или теплых стен (укладка труб в стенах) или теплым воздухом, так как в этих случаях мы имеем теплоноситель около 30-40°С.

Типы установок коллекторов.

Геотермальные коллектора могут быть следующих типов, в порядке увеличения стоимости их организации:

Открытый коллектор.

Представляет из себя подающую скважину на воду (которая по определению есть для водоснабжения) с дебетом не менее 3-х куб.м и динамическим уровнем воды желательно не ниже 10 метров и приемную скважину в которую  осуществляется слив охлажденной воды. В таком варианте работают подавляющее большинство крупных коммерческих объектов с тепловыми мощностями от 100 кВт. Если у Вас дебет скважины и динамический уровень воды в ней подходящий то наверное это самый бюджетный и хорошо работающий вариант.

Коллектор с использованием открытого водоема.

В данном варианте организации геотермального коллектора, трубы подогревателя низкого давления наполненные незамерзающей жидкостью, в соответствии с расчетом, укладываются на дно открытого водоема и с помощью циркуляционного насоса осуществляется прокачка гликолевого раствора через тепловой насос который снимает с потока свои 5 градусов, которые, градусы, снова восстанавливаются при прохождении по трубам коллектора. Круговорот воды (температуры) в природе.

Горизонтальный коллектор.

Теплосъем осуществляется с массива грунта и теплового потока ниже глубины промерзания (около 2-х метров). В соответствии с расчетом роются траншеи, на дно которых укладываются трубы ПНД заполненные гликолевым раствором, в процессе работы теплового насоса осуществляется циркуляция теплоносителя. Возможна организация данного коллектора при наличии достаточной площади под земляные работы. Для работы теплового насоса тепловой мощностью 15кВт требуется приблизительно от 600 метров уложенной трубы ПНД и соответственной такой же погонаж вырытых траншей, общая же площадь коллектора с учетом технологии копки составит более 6 соток земельного участка.

Многоуровневый коллектор.

Является разновидностью «Горизонтального коллектора», особенностью работ будет увеличение глубины траншеи до 3,1 м, послойная укладка ПНД в несколько уровней и сокращение общей длинны траншей в 4 и более раз. Фактическая стоимость работ будет близка к стоимости «горизонтального коллектора», при резком сокращении занимаемой площади и в этом варианте уже появляется возможность вписать геотермальный коллектор в «стандартный» земельный участок.

 

Вертикальный коллектор.

Создается на основе скважин глубинами до 100 метров и более в которые погружаются U-образные зонды с циркулирующей незамерзающей жидкостью. Наиболее компактный тип коллекторов, может быть расположен на любом по площади участке. Все в нем замечательно кроме как уж водится цены. Для получения 15 кВт тепловой энергии необходимо от 230 погонных метров пробуренных скважин. Цены на стандартные буровые работы все себе представляют. Не смотря ни на что, возможно это самый массовый вариант геотермальных коллекторов в мире и для кого-то он будет куда лучше, чем постоянная топка хоть пелетами, хоть дровами, а диз. топливо и электроотопление окажутся и в разы дороже в эксплуатации или банально отсутсвуют достаточные подведенные мощности.

Доступность и универсальность

Практически нет такого дома или объекта, где недоступна установка теплового насоса. Источник рассеянного тепла мы можем обнаружить в любом уголке нашей планеты. Земля, вода и, конечно, воздух есть даже на самом отдаленном от цивилизации участке, вдали от газопроводов — тепловой насос везде раздобудет для себя «пищу» для того, чтобы бесперебойно обогревать ваш дом. Это оборудование не зависит от капризов погоды, поставщиков и тарифов на тепло, наличия дров или дизельного топлива, или просто от падения давления газа в сети. Тепловые насосы не только вырабатывают тепло, но и охлаждают помещения, то есть они реверсивные. Тепловые насосы могут отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его и направлять тепловые избытки в скважину или на улицу с воздухом. В летнее время избыточное тепло можно использовать на подогрев бассейна.  Также они способны одновременно с обогревом или охлаждением приготовить горячую воду для бытовых нужд.

Монтаж и пусконаладочные работы

Компания Фабрика Тепла предлагает вам предварительный расчет экономической целесообразности, подбор, поставку оборудования, проведение пусконаладочных работ. Ознакомиться со стоимостью популярных моделей тепловых насосов вы можете на нашем сайте и по телефону 8 (831) 220-70-80

 

Документальный фильм о тепловых насосах (СССР).

Категория: Тепловые насосы

Дата: 17 июня 2014 г.

Что такое тепловой насос. Принцип работы и стоимость теплового насоса

  Тепловой насос — это альтернатива газовому или электрическому котлу, принцип работы, которых основывается на произведении тепла. Тепловой насос в свою очередь не производит тепло — он берет энергию воздуха с улицы, воды или же грунта, и переносит в помещение. Таким образом, тепловой насос может работать на отопление, кондиционирование воздуха и даже на нагрев воды.


 

  Тепловые насосы способны обеспечивать отопление даже при наружной температуре воздуха в -25°C. Тем самым, достигается высокий показатель КПД тепловых насосов – 3-5кВт тепла (или же холода) на 1 кВт электричества, в то время когда у газовых и электрических котлов уровень КПД меньше 1 кВт! Откуда тепловой насос берет тепло, если на улице -25°C? Ответ прост. Из того же воздуха. На самом деле абсолютный 0, это -273 градуса по Цельсию. Все что до этой отметки — тепло. И это тепло можно доставать, накапливать и направлять на нагрев.

 

  Работу воздушного теплового насоса можно сравнить с работой всем знакомого бытового кондиционера. У него так же есть наружный и внутренний блок, только вот воздушный тепловой насос греет не воздух в доме, а воду, которая потом бежит в теплый пол, в радиаторы или же фанкойлы. Так мы и получаем эффективное отопление в нашем доме.

 

Конструкция теплового насоса на примере модели Mitsubishi Electric 

      


Типы тепловых насосов 

  Тепловые насосы бывают разных типов:
 

  Все вышеуказанные виды тепловых насосов в качестве источника энергии для тепла, холода, используют:

  • воздух, окружающий нас;
  • воду из водоемов, или же подземные воды;
  • грунт. 

  Устройства тепловых насосов разных типов очень схожи между собой, но есть и некоторые отличия. Например, у воздушного теплового насоса во внешнем блоке будут вентиляторы, которые прогоняют уличный воздух через систему. У грунтового теплового насоса будут трубы, схожие со скважиной, которые вкапываются в грунт, и забирают из него тепло для отопления или кондиционирования в доме. У водяного насоса так же будет скважина, через которую вода забирается в тепловой насос и прогоняется через систему для отопления.

  Более детально об особенностях разных видов тепловых насосов читайте в статье ‘Виды тепловых насосов для отопления: виды, преимущества и применение’.

 

Правильно подобрать тепловой насос могут специалисты, которые при расчетах и выборе системы учитывают такие факторы:
 

  • Состояние объекта (новое, или же реконструкция)
  • Физическое расположение объекта (для выбора типа теплового насоса – воздушный, водяной или грунтовой)
  Рассматривая различия преимуществ одного вида теплового насоса от других, можно сказать, что воздушный тепловой насос считается более универсальным, так как подойдет для многих типов коттеджей и частных домой. Он так же быстро окупится. 

  Что касается грунтового теплового насоса – он выглядит более эффективным, однако, такая система дольше окупается из-за стоимости земляных работ (бурения под скважину). В случае, если ваш объект находится вдалеке от комплексных построек, и электричество вам обходится очень дорого, то грунтовой тепловой насос является единственным выходом.

  Водяные тепловые насосы применяться в двух случаях: если у вас обилие грунтовых вод (что встречается довольно редко), или же если рядом расположен водоем. Во втором случае, хотим предупредить, что для того чтобы забирать тепло из водоема — нужно использовать специфические теплообменники, которые к тому же довольно часто могут засоряться. Это приведет к уменьшению производительности и дорогому сервисному обслуживанию

Мы хотим проконсультировать Вас

  Компания VENTBAZAR.UA занимается поставкой и монтажем ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ любого типа и мощности.

 

  Помимо этого осуществляем:

 

консультацию по вопросах альтернативного отопления на базе тепловых насосов; 

предварительный аудит теплозатрат обьекта;

проектирование;

сервисное обслуживание установленных нами систем.

   

  Звоните: (044) 50 000 53 или (097) 100 05 33.

  Также можете указать свои контактные данные, и наш менеджер свяжется с Вами  для подбора решения для Вашей квартиры/дома или офиса.

Схема подключения к тепловому насосу различных видов агрегатов для отопления:

 
 

Сколько стоит тепловой насос, и какие производители существуют


 

  Стоимость оборудования для коммерческих и частных помещений:

  • Для помещений площадью  100-150 м2 —  составляет от 2700 до 4500 EUR. 
  • Для помещений площадью  170-280 м2 — составляет от  4700 до 15000 EUR.  
  • Для помещений 400 м2 и выше  — ИНДИВИДУАЛЬНО.


  К премиум сегменту можно отнести следующих производителей: Hitachi Yutaki, Mitsubishi Electric, Daikin Altherma, Viessmann, Vaillant.

  К средне-ценовому сегменту: MyCond, Gree Versati, Cooper&Hunter.

  Подводя итоги
, можно сказать, что идеальным вариантом является использование теплового насоса ‘воздух-вода’. Он прост в монтаже, эксплуатации и довольно быстро окупается. Если не верите нам, то посчитайте, сколько вы сможете сэкономить на отоплении квартиры или дома, если установите тепловой насос. Все необходимые формулы мы опубликовали здесь.

  Для чего вам нужен тепловой насос? Прежде всего, чтобы экономить на отоплении. А как бонус вы получаете систему кондиционирования всего дома в жаркий период года и наличие горячей воды в доме круглый год. 

 

Преимущества и недостатки тепловых насосов:

 

   Произвести грамотные расчеты, подобрать и купить тепловой насос Вам помогут наши технические специалисты. Звоните по номеру (044) 50 000 53, или же закажите Обратный звонок в шапке сайта и получите бесплатную консультацию!
 
 

Похожие статьи:


Отопление частного дома

Отопление без газа: решения, цены, с чего лучше начать?

Подбираем тепловой насос ‘воздух-вода’ правильно

Принцип работы теплового насоса «вода-вода» | Полезное

При постоянном росте цен на газ и уголь, потребители все чаще задумываются о применении альтернативных источников энергии — воды, земли или воздуха. Такое оборудование дает возможность отказаться от покупки топлива. К тому же, использование возобновляемых природных ресурсов является важным вопросом сохранения окружающей среды. Принцип работы теплового насоса вода-вода позволяет обеспечить тепло в доме, не нарушая природный баланс и не загрязняя окружающую среду.

Источником тепла может выступать любая водная среда — идеальным вариантом являются грунтовые воды, температура которых никогда не опускается ниже 7°C, но подойдут и открытые водоемы.

Расчет эффективности теплового насоса вода-вода

Прежде чем совершить покупку необходимо выполнить расчет и определить эффективность теплового насоса вода-вода, чтобы четко понимать выгоду от такого приобретения.

Тепловой насос производит объем энергии в 3-5 раз больше, чем расходует, однако, это вовсе не значит, что стоит верить рекламным трюкам некоторых продавцов, заявляющих о том, что КПД составляет 300-500%. У теплонасосов действительно высокий КПД, но превышать 100%, он не может.

Эффективность тн будет сильно зависеть от типа источника энергии. Если сравнить затраты на покупку, установку и транспортировку в соотношении на 1 кВт мощности, то самым дорогим будет геотермальный с вертикальным коллектором. Чуть менее дорогостоящим будет грунтовой с горизонтальным коллектором, а самым дешевым воздушный, но менее эффективным. Самым оптимальным оказывается вода-вода, у него отличное соотношение цены и выдаваемой мощности.

Устройство теплового насоса вода-вода

Если в качестве источника используется водоем, он должен быть расположен в непосредственной близости от дома, не более 100 м, иначе установка такого агрегата будет нерентабельной. Примечательно, что устройство и геотермального насоса, и водяного с закрытым циклом одинаковое. Разница лишь в том, что второй берет тепло только из воды.

Водяные насосы закрытого цикла требуют прокладки коллектора, а перенос энергии от низкопотенциального источника в отопительный контур совершается за счет хладагента. Эффективнее всего показывают себя системы, забирающие энергию из грунтовых вод, ведь они имеют практически постоянную среднегодовую температуру t = 7-10 oC.

Принцип работы теплового насоса вода-вода: вода из источника отдает тепло испарителю и попадает обратно в водоем через другую скважину для сброса. Хладагент в испарителе закипает и преобразуется в пар, затем сжимается в компрессоре, при этом температура и давление значительно повышаются. Далее хладагент перенаправляется в конденсатор, в котором отдает тепло в отопительный контур, а сам конденсируется. Далее он проходит через сбросной клапан, охлаждается и весь цикл повторяется заново, до тех пор, пока помещение не нагреется. Если в агрегате установлен погодазависимый режим, при достижении нужной температуры в контуре он автоматически отключится. Когда дом начнет охлаждаться, устройство включится снова.

В водяных теплонасосах открытого цикла плюсом является возможность получать воду для горячего водоснабжения. Система работает по принципу сообщающихся сосудов, перекачивая воду из источника через контур, а потом возвращая обратно. Минус таких систем – недолговечность и необходимость регулярной очистки.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!

Принцип работы теплового насоса | SolarSoul.net ☀️

Очень часто принцип работы теплового насоса сравнивают с работой обычного бытового холодильника. Холодильник отбирает тепло у продуктов (охлаждая их), и затем выбрасывает полученную энергию в помещение через радиаторную решетку.

Тепловой насос, например шведского бренда Thermia, так же “вытягивает” тепло из внешней среды (воздух, вода, земля) передавая его в систему отопления. При этом получается, что тепло от более холодного источника переносится к более нагретому, что не встречается в естественной среде и противоречит второму закону термодинамики.

За счет чего тепловой насос способен “развернуть” естественное направление теплового потока?

Принцип работы теплового насоса

В основе работы теплового насоса лежит обратный термодинамический цикл Карно. Ключевой компонент цикла  – рабочая жидкость (хладагент) имеющая особые термодинамические свойства. Наиболее важным свойством этой жидкости является способность закипать при отрицательных температурах. Что бы заставить хладагент переносить тепло, тепловой насос оснащают четырьмя ключевыми элементами: компрессор, расширительный клапан (ТРВ), испаритель и конденсатор.

Для удобства описания принципа работы теплового насоса, разделим цикл на 4 основные фазы:

I Расширение

Хладагент, находящийся в жидкой фазе продавливается через расширительное устройство ТРВ. Задача ТРВ резко понизить давление рабочей жидкости. При относительно низком давлении (около 7 бар) рабочая жидкость способна закипеть даже при т-ре -25 ˚С. Это важно, поскольку кипение и испарение и есть процесс поглощения и выделения энергии, а это необходимое условие для второй фазы.

II Кипение

После ТРВ жидкость поступает в испаритель, который представляет собой теплообменник. При помощи этого компонента, тепловой насос отбирает тепло от окружающей среды. Хладагент закипает и начинает испарятся поглощая теплоту. В итоге на выходе из испарителя хладагент находиться полностью в парообразном состоянии и всего на несколько градусов теплее своего первоначального состояния. Однако благодаря переходу в пар, рабочая жидкость смогла получить достаточное количество энергии и готова к следующему этапу.

III Сжатие

Дальше хладагент поступает в компрессор, при помощи которого тепловой насос сжимает рабочую жидкость. В процессе сжатия, давление хладагента повышается, это сопровождается одновременным нагревом.

IV Сжижение

После компрессора, горячий хладагент поступает в конденсатор, который так же является теплообменником. В конденсаторе рабочая жидкость конденсируется отдавая тепло и превращаясь снова в жидкость. Это тепло передается системе отопления и ГВС. На выходе из конденсатора хладагент находится в жидкой фазе и снова поступает на ТРВ. Процесс происходит циклично.

Не смотря на кажущуюся сложность цикла, ничего удивительного в нем нет. И принцип работы теплового насоса, довольно легко объясняются законами физики и схожими природными явлениями. В этой статье мы разберем пять основных физических явлений позволяющих понять принцип работы теплового насоса.

1. Тепло содержится в воздухе и земле даже при отрицательных температурах

Одним из препятствий на пути к пониманию принципов работы теплового насоса является заблуждение, что нельзя извлекать теплоту при отрицательных температурах воздуха или грунта. Тепло – это форма энергии связанная с движением (вибрацией) малейших частиц: молекул, атомов, ионов. В общепринятой и привычной нам шкале Целься О˚ это отметка замерзания воды. При этом  в воздухе содержится значительно меньше тепла чем при 40˚С жары, но всё же оно есть и его можно использовать. Движение частиц полностью останавливается при т-ре  – 273˚С, что соответствует 0 ˚ по шкале Кельвина.

2.

Тепло поступает от тёплого источника к холодной среде

Согласно второму закону термодинамики, тепло поступает от тела с высокой температурой к телу с низкой температурой. Что бы «развернуть» этот поток при работе теплового насоса используются те самые два теплообменника. В первом теплообменнике (испарителе) хладагент с низкой температурой поглощает тепло от окружающей среды (воздух, грунт или вода). Во втором теплообменнике (конденсаторе) уже горячий хладагент, после сжатия в компрессоре теплового насоса, передает тепло в контуре отопления.  В обоих случаях выполняется закон передачи энергии от высокотемпературного источника энергии к низкотемпературному.

3. Сжатие газа повышает температуру, расширение её снижает

Тепловой насос нагревает рабочую жидкость после испарителя за счёт сжатия. Когда газ сжимается, температура, а значит и количество тепла, содержащееся в газе, увеличивается. Это происходит вследствие значительного увеличения вибрации частиц, которым становится “тесно”. За этот процесс в работе теплового насоса отвечает компрессор.

С другой стороны, расширение газа или жидкости приводит к снижению давления и температуры. Тепловой насос обеспечивает это при помощи расширительного клапана – ТРВ (терморегулирующий вентиль).

Работа компрессора напоминает процесс накачки воздухом надувного матраса. Однако из-за того, что мы не в силах увеличить давление воздуха в матрасе в несколько раз, прогрев сжатого воздуха в только что надутом матрасе, совсем минимальный и почти не заметный. В свою очередь, процесс расширения похож на распыление из аэрозольного баллончика. Распыляя аэрозоль несколько секунд можно ощутить как баллончик становится холоднее в руке.

4. Фазовый переход рабочей среды

Если жидкость нагрелась до точки кипения, то наступает переходная фаза. Во время этой «паузы» жидкая и газообразная (пар) фаза хладагента в контуре теплового насоса существуют одновременно. Этот процесс продолжается, пока вся жидкость не превратится в пар. Основной фокус в том, что всё поглощённая энергия уходит на испарение и не вызывает рост температуры. Это тепло называют скрытой теплотой, и его количество у различных веществ различно. Хоть это тепло и называют скрытым, согласно закону сохранения энергии оно никуда не девается а лишь накапливается и затем передается. Вся поглощенное во время испарения (кипения) энергия, затем выделяется при конденсации, т.е. обратном фазовом переходе из пара в жидкость.

Использования фазового перехода, дает возможность значительно увеличить эффективность теплового насоса. Рабочая среда контура теплового насоса во время изменения фазы поглощает/выделяет значительно больше тепла, чем при изменении только температуры.

К примеру, для выпаривания чайника с водой, необходимо подать в пять с половиной раз больше тепла чем для того чтобы только вскипятить его. При этом т-ра во время испарения будет постоянной и равной 100˚С.

Так же, примером может быть ощущение прохлады на коже после опрыскивания духами. Во время испарения  духи поглощают тепло от кожи и отводят его с парами спирта.

5. Роль избыточного давления

Температура, при которой рабочая жидкость конденсируется или испаряется, зависит от давления. Сжимая газообразный хладагент, компрессор так же значительно повышает давление. При большом давлении процесс конденсации происходит при относительно высоких температурах, позволяя отдавать тепловую энергию в конденсаторе теплового насоса в систему отопления.

В свою очередь, низкое давление рабочей среды приводит к тому, что хладагент может закипать при довольно низкой температуре. Этому способствует так же основное свойство рабочей жидкости.  Хладагент испаряется, а значит и поглощает тепло, при  -50˚С в условиях атмосферного давления. Благодаря этому свойству хладагента тепловой насос может отбирать тепло из окружающей среды даже при температуре -20˚С и отдавать тепло при  +60˚С.

В природе это явление можно сравнить с кипением воды в горах при разряженном воздухе. На высоте 3 000 м давление составляет 0,7 бар. В таких условиях вода кипит уже при 90˚С. На уровне моря, при атмосферном давлении равном 1 бар, вода кипит при 100˚С. С увеличением давления, увеличивается и температура кипения воды.

Как и многие другие приборы, тепловой насос работает согласно законам физики. Многие из них легко объяснить благодаря явлениям природы которые окружают нас в повседневной жизни.

Принцип работы теплового насоса, как работает тепловой насос

Как устроен геотермальный тепловой насос внутри

Виды тепловых насосов

Какие бывают виды тепловых насосов в в зависимости от источника тепла? Они делятся по способу отбора тепла из окружающей среды.

  • Геотермальные. Переносят тепло грунта и\или грунтовых вод в дом
  • Воздух-вода. Переносят тепло атмосферного воздуха в систему отопления.
  • Рекуператоры вторичного тепла: отбор тепла вытяжного воздуха, стоков канализации, другого бросового тепла

Тепловой насос с вертикальными скважинами (зондами)

Отбор тепла скважины

При отсутствии большой площади прилегающей территории, устанавливается вертикальный теплообменник (зонд) для работы с геотермальным тепловым насосом. Это наиболее компактный и популярный способ, который позволяет сохранить целостность ландшафта. Температура грунта на глубине бурения скважины стабильно находится на уровне +10ºС, поэтому эффективность таких тепловых насосов с вертикальным теплообменником выше. Недостатком является необходимость проведения бурильных работ, что повышает цену данного вида системы. При использовании в качестве источника тепла скважины, в нее опускается зонд из полиэтиленовой трубы, имеющий U-образную форму. Не обязательно использовать одну очень глубокую скважину, можно пробурить несколько неглубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину.

Преимущества:

  • Компактная система, не требующая большого участка
  • Самая эффективная с точки зрения температур. Стабильная температура на протяжении всего года.
  • Возможно реализация пассивного кондиционирования путем сброса летом тепла в скважин
  • Нет необходимости в большом участке
  • Не влияет на участок

Грунтовый тепловой насос

Бурение скважин под тепловой насосГрунтовый горизонтальный коллектор

Тепловой насос собирает тепло грунта с помощью коллектора, уложенного рядом со зданием на глубину около метра. Горизонтальный контур собирает солнечную энергию, накопившуюся за лето в грунте. Коллектор геотермальной отопительной системы размещается горизонтально глубже уровня промерзания почвы. Такой способ позволяет добиться высокой энергоэффективности, так как температура на глубине залегания коллектора колеблется от 3 до 12ºС. Но монтаж горизонтального теплообменника требует наличия значительной земельной площади и может повредить уже обустроенную придомовую территорию. Также из возможных минусов: Ваш газон позеленеет после зимы на пару недель позже, чем у соседа 🙂
Преимущества:

  • Более низкая стоимость установки по сравнению с вертикальным контуром заземления
  • Может также использоваться для извлечения тепла из озер
  • Контур поддерживает постоянную температуру в течение года
  • При реализации кондиционирования с помощью теплового насоса, в некоторых случаях, нужно устанавливать активный блок кондиионирования