Тепловой насос: определение

Тепловой насос – это устройство переноса тепловой энергии от источника с низкой температурой к потребителю с более высокой температурой.

Воздушный тепловой насос

Принцип работы теплового насоса

Тепловой насос работает благодаря хорошо известным физическим явлениям при фазовом переходе газ — жидкость.

Подробнее читайте в нашей статье: Принцип действия теплового насоса. 5 физических явлений

Если кратко то основные фазы заключаются в следующих процессах:

1. В процессе испарения вещество поглощает тепло, при конденсации оно его отдает.
2. Температуры испарения и конденсации вещества напрямую зависят от давления – чем выше давление, тем выше температуры фазового перехода, и наоборот.

Тепловой насос состоит из следующих основных элементов:

• компрессор
• конденсатор
• испаритель
• дроссель (регулятор протока) и контура трубопровода
• хладагент (фреон — рабочая жидкость циркулирующая в контуре)

Тепловой насос: цикл работы

Цикл работы теплового насоса можно сравнить с циклом работы обычного бытового холодильника. Принципиальное отличие теплового насоса от холодильника состоит в том, какую роль он играет у потребителя. Холодильники и воздушные кондиционеры предназначены для охлаждения, тогда как тепловой насос – для нагрева.

Хладагент, находящийся в жидкой фазе продавливается через дроссельный регулятор протока и поступает в испаритель, этот процесс сопровождается понижением давления фреона. В испарителе, в процессе теплообмена с окружающей средой (для воздушного теплового насоса окружающая среда – воздух, грунтового – теплоноситель, водяного — вода) происходит процесс нагрева фреона, при котором он меняет свое фазовое состояние. На выходе из испарителя хладагент находиться в газообразной фазе. Дальше он поступает в компрессор, в котором происходит сжатие. В процессе сжатия, давление хладагента повышается, это сопровождается одновременным повышением его температуры.

После компрессора, фреон поступает в конденсатор, который является теплоотдающим узлом теплового насоса. В нем фреон конденсируется и охлаждается. Как описывалось ранее – процесс конденсации сопровождается обильным выделением тепла. Это тепло передается системе водяного/воздушного контура. На выходе из конденсатора фреон находится в жидкой фазе и поступает на дроссельное устройство. Процесс происходит циклично.

Источником энергии для теплового насоса может быть окружающий воздух, грунт, грунтовые воды, скальная порода, озеро. Это может быть река, море, выход теплого воздуха из системы вентиляции или какого-либо промышленного оборудования.

Основные типы тепловых насосов: грунтовый тепловой насос, воздушный тепловой насос, тепловой насос вода-вода.

Основным преимуществом теплового насоса является экономичность: для передачи в систему отопления 1 кВт·ч тепловой энергии необходимо затратить всего 0,2-0,35 кВт·ч электроэнергии. Так же снижается уровень пожароопасности относительно жидкотопливных отопительных систем. К тому же снижаются к минимуму выбросы СO2 в окружающую среду. Еще одним преимуществом является универсальность: тепловой насос может переключатся с режима отопления на режим кондиционирования в летний период.

Принцип работы теплового насоса в графическом представлении от компании Vaillant: