Тепловий насос: визначення

Тепловий насос – це пристрій перенесення теплової енергії від джерела низької температури до споживача з вищою температурою.

Повітряний тепловий насос

Принцип роботи теплового насосу

Тепловий насос працює завдяки добре відомим фізичним явищам при фазовому переході газ – рідина.

Докладніше читайте у нашій статті: Принцип дії теплового насоса. 5 фізичних явищ

Основні фази полягають у наступних процесах:

1. У процесі випаровування речовина поглинає тепло, при конденсації його віддає.
2. Температури випаровування та конденсації речовини безпосередньо залежать від тиску – чим вищий тиск, тим вища температура фазового переходу, і навпаки.

Тепловий насос складається з таких основних елементів:

• компресор
• конденсатор
• випарник
• дросель (регулятор протоки) та контуру трубопроводу
• холодоагент (фреон – робоча рідина, що циркулює в контурі)

Тепловий насос: цикл роботи

Цикл роботи теплового насоса можна порівняти із циклом роботи звичайного побутового холодильника. Принципова відмінність теплового насоса від холодильника полягає в тому, яку роль він відіграє у споживача. Холодильники та повітряні кондиціонери призначені для охолодження, тоді як тепловий насос – для нагріву.

Хладагент, що знаходиться в рідкій фазі, продавлюється через дросельний регулятор протоки і надходить у випарник, цей процес супроводжується зниженням тиску фреону. У випарнику, у процесі теплообміну з навколишнім середовищем (для повітряного теплового насоса довкілля – повітря, грунтового – теплоносій, водяного – вода) відбувається процес нагрівання фреону, у якому він змінює свій фазовий стан. На виході з випарника холодоагент перебуватиме в газоподібній фазі. Далі він надходить у компресор, у якому відбувається стиск. У процесі стиснення тиск холодоагенту підвищується, це супроводжується одночасним підвищенням його температури.

Після компресора, фреон надходить у конденсатор, який є тепловіддаючою вузлом теплового насоса. У ньому фреон конденсується та охолоджується. Як описувалося раніше – процес конденсації супроводжується рясним виділенням тепла. Це тепло передається системі водяного/повітряного контуру. На виході з конденсатора фреон знаходиться в рідкій фазі і надходить на дросельний пристрій. Процес відбувається циклічно.

Джерелом енергії для теплового насоса може бути навколишнє повітря, ґрунт, ґрунтові води, скельна порода, озеро. Це може бути річка, море, вихід теплого повітря із системи вентиляції або будь-якого промислового обладнання.

Основні типи теплових насосів: ґрунтовий тепловий насос, повітряний тепловий насос, тепловий насос вода-вода.

Різні типи теплових насосів

Основною перевагою теплового насоса є економічність: для передачі в систему опалення 1 кВт·год теплової енергії необхідно витратити лише 0,2-0,35 кВт·год електроенергії. Також знижується рівень пожежної небезпеки щодо рідкопаливних опалювальних систем. До того ж знижуються до мінімуму викиди СO2 у навколишнє середовище. Ще однією перевагою є універсальність: тепловий насос може перемикатися з режиму опалення на режим кондиціювання у літній період.

Принцип роботи теплового насоса у графічному представленні: