Что такое тепловой насос. Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Что такое тепловой насос. Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

7 мин.

Перед строительством собственного жилья хозяевам приходится обдумывать множество вещей. Одним из самых важных вопросов, встающих перед ними, становится выбор системы обогрева помещений и способ получения горячего водоснабжения. Так как электроэнергия постоянно дорожает, владельцам приходится рассматривать и изучать потенциальные альтернативные источники. Например, солнечные коллекторы или тепловые насосы (ТН). Несмотря на то, что оборудование нельзя назвать новым, у нас оно появилось сравнительно недавно, поэтому его устройство незнакомо, непривычно, непонятно. Поэтому разобраться в том, что такое тепловые насосы, оценить серьезность недостатков и их неоспоримые преимущества, необходимо.

Как работает тепловой насос?

ТН — парокомпрессионная установка, забирающая тепло у холодных источников. Чтобы понять принцип действия чудо-конструкции, надо вспомнить о том, как функционирует холодильник, который тоже можно назвать небольшим тепловым насосом. Продукты с комнатной температурой помещаются в агрегат, затем тепло выкачивается из камеры и скапливается во внешнем радиаторе, отдающем его помещению. По этой причине для нормальной его работы нужно оставлять между стеной и прибором свободное место.

Подобный принцип, который называют циклом Карно, используется и в бытовых кондиционерах. Для тепловых насосов тоже характерно извлечение тепловой энергии из окружающей среды: из воздуха, грунта, подземных вод или водоемов. Передача тепла происходит за счет конденсации, испарения хладагента. В тепловых насосах, как и в холодильниках, в этой роли также чаще выступает фреон.

Любой тепловой насос имеет испаритель, конденсатор, и компрессор, повышающий давление. Все приборы соединены трубопроводом в единый замкнутый контур. По этим трубам циркулирует фреон — углеводород, у которого температура кипения очень низкая. В холодной части контура он находится в жидком состоянии, в теплой — превращается в газ.

Теперь надо рассмотреть, как работает тепловой насос. Двигаясь по источнику тепла (например, по трубам, уложенным в грунт) теплоноситель нагревается на несколько градусов даже в том случае, если температура мала и составляет всего 4-5°. Потом он поступает в испаритель и отдает тепло во внутренний контур системы, которая заполнена фреоном. Даже небольшого количество тепла хватает для перехода хладагента из жидкого состояния в газообразное.

Хладагент, превратившийся в пар, поступает в компрессор, где он сжимается. Повышение давления приводит к повышению его температуры. Далее горячий фреон следует в конденсатор, где отдает тепло тому теплоносителю, который функционирует в системе отопления дома. Им может быть вода, воздух, тот же фреон. Нагретый теплоноситель поступает с систему горячего водоснабжения и отопления, а хладагент, отдавший тепло, охлаждается, превращается в жидкость, поступает в испаритель, в котором снова нагревается, и кругооборот его в контуре повторяется.

Что такое тепловой насос в сушильной машине. Как работает тепловой насос в сушильной машине?

Вариаций исполнения теплового насоса в сушильной машине масса – каждый производитель вносит что-то своё в базовую технологию теплового насоса. На примере сушильных машин PRIMUS, тепловой насос работает следующим образом:

Как и в обычном сушильном барабане, воздух из окружающей среды засасывается в сушильный барабан, нагревается и проходит через вращающийся барабан. Изделия в барабане летают внутри барабана в потоке нагретого воздуха.

В отличии от обычной сушильной машины, где воздух после прохождения через барабан с сохнущими вещами,выбрасывается наружу по системе вентиляции, влажный нагретый воздух направляется вверх внутри дополнительной камеры в задней части сушильного барабана.

Поднимаясь вверх, поток горячего влажного воздуха проходит через ворсовый фильтр, на котором осаждается очес из белья. Очищенный от ворса воздух попадает в конденсор, представляющий собой короб с холодным теплообменником. Теплообменник представляет собой воздушный радиатор, охлаждаемый постоянно циркулирующим в нем хладагентом.

Влага из воздуха конденсируется на конденсоре, воздух осушается и охлаждается. Охлажденный воздух проходит через подогреватель воздуха. Подогреватель может использовать тепло, полученное от потока горячего воздуха, или нагреваться иным способом. Идея многих производителей использовать энергию выбрасываемого воздуха из сушильного барабана для подогрева входящего потока воздуха. Нагретый сухой воздух подается в барабан сушильной машины и цикл движения воздуха повторяется.

Конденсат, образовавшийся на конденсоре во время осушения воздуха, стекает вниз и сливается в канализацию.

Ворсовый фильтр, который время от времени требует чистки, автоматически промывается водой из специальной спрей-системы, находящейся под системой нагрева. Смытый очес сливается в канализацию.

Если провести нехитрые аналогии и параллели, можно увидеть, что сушильная машина с тепловым насосом представляет собой гибрид сушильного барабана и системы сушки машины сухой чистки.

Тепловой насос принцип работы. Принцип работы теплового насоса

Принцип действия тепловых насосов основан на способности вещества (хладагента) поглощать или отдавать тепло при изменении агрегатного состояния. По своей сути такие насосы мало чем отличаются от холодильных установок. (Это странное, на первый взгляд, утверждение нисколько вас не удивит, если вы хоть раз дотрагивались до горячей задней стенки обычного бытового холодильника.)

Схематично тепловой насос может быть представлен в виде системы, состоящей из трех контуров. В первом находится теплоноситель, переносящий энергию от источника низкопотенциального тепла. Во втором контуре циркулирует хладагент (фреон), который периодически то испаряется, отбирая тепло у первого контура, то вновь конденсируется, отдавая его третьему контуру. И, наконец, по третьему контуру «бегает» теплоприемник, в нашем случае – вода, переносящая тепло по системе отопления.

Рабочий цикл теплонасоса в общих словах может быть описан следующим образом. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где переходит в газообразное состояние. Необходимая для протекания этого процесса энергия отбирается у теплоносителя, циркулирующего в первом контуре. Далее подогретый на несколько градусов газообразный хладагент всасывается в компрессор, главное назначение которого – сжатие газа (на совершение этой работы, разумеется, расходуется электроэнергия).

Давление газа возрастает в несколько раз, при этом он существенно разогревается: если на входе в компрессор температура хладагента составляет 6-10°C, то на выходе уже около 60°C. На следующей стадии разогретый газ направляется в конденсатор, где отдает полученное тепло системе отопления, сам же при этом конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние. Затем избыточное давление сбрасывается с помощью дроссельного клапана, и цикл начинается заново.

Как видите, устройство теплового насоса не отличается принципиально от устройства холодильной машины. Просто основным назначением холодильных установок является генерирование холода, поэтому там отбор теплоты производится испарителем, а конденсатор лишь сбрасывает эту теплоту в окружающее пространство. В тепловом же насосе картина обратная: конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, отдающий теплоту потребителю, а испаритель – это теплообменник, утилизирующий низкопотенциальную теплоту вторичных энергоресурсов.

Другими словами тепловой насос – это «холодильник наоборот». При этом «наоборот» не только устройство, но и результат. Если в случае холодильника тепло, отнимаемое у хранящихся внутри продуктов, выбрасывается впустую, то энергия, вырабатываемая тепловым насосом, приносит реальную пользу – тратится на целенаправленный обогрев дома.

Что такое холодопроизводительность холодильной машины. Что такое производительность холодильного компрессора?

     Очень часто в данном вопросе используется термин «холодопроизводительность компрессора» или «холодопроизводительность холодильной машины» среди специалистов, монтажников и сервисников, работающих в данной отрасли.

    В чистом виде это способность механизмов компрессора перенести какое-либо количество газообразного хладагента с одной, «холодной», стороны холодильной установки на другую, «горячую», за единицу времени.

    Компрессор хладагента для холодильной или кондиционерной установки, выполненный по любой из существующих технологий ( поршневой, роторной, спиральной, винтовой и даже «линейной» ) не является и, в принципе, не может являться идеальной холодильной машиной, а имеет очень ограниченную область применения, в которой его работа может быть более-менее эффективной (многое зависит и от эксплуатации холодильных установок).

    Перенос им хладагента основан на принципе «разрежение/сжатие» (схема компрессора):

• разрежение (на холодильном сленге — всасывание) создает на входном терминале компрессора (патрубок всасывания) условия в виде пониженного давления для поступления очередных порций хладагента в «чрево» компрессора от «холодной стороны» холодильного агрегата ;
• сжатие (на холодильном сленге — нагнетание) создает на выходном терминале (патрубок нагнетания) компрессора условия в виде повышенного давления для передачи очередных порций хладагента из компрессора в «горячую сторону» фреоновой холодильной установки.

    Понятие «горячая сторона» в работе холодильной машины возникло не только из-за реального физического разогрева хладагента в процессе цикла сжатия, к этому следует добавить, что в разогрев внутренних механизмов компрессора и его корпуса немалую толику вносят силы трения движущихся относительно друг друга поверхностей механизмов и тепловая энергия от обмоток электродвигателя, заставляющего компрессор выполнять доставшуюся ему работу.

    Процесс сжатия хладагента в любом холодильном компрессоре и, естественно, его подача на выходной нагнетающий терминал, осуществляется «порционно» (пульсирующе), даже в тех, которые используют спиральную и винтовую технологию сжатия: и при каждом движении спиралей, и при каждом обороте винтов, возникают ситуации когда «толкающие» хладагент поверхности размыкаются и максимально достигнутое в «камере сжатия» текущее (моментальное) давление имеет «провал».

    Количество хладагента, которое компрессор фреоновый может передать от входного терминала к выходному терминалу за один оборот ведущего вала (один цикл движения спиралей, один оборот винтов, один цикл движения поршня или ротора) — это и есть «мерило», лежащее в основе определения производительности компрессора.

    Зная скорость вращения вала (или количество циклов движения поршня линейного компрессора) можно просчитать удельную производительность хладонового компрессора за единицу времени.

    Единственной правдивой технической характеристикой компрессора (производители компрессоров берутся любые), является его объемная производительность за единицу времени, измеренная при нормальных условиях.

Что такое тепловой насос для отопления дома. Тепловой насос для отопления дома – принцип работы, виды и монтаж

Тепловой насос для отопления на данный момент только начинает активно применяться в частных домах. Одним из главных достоинств этого способа обогрева, является низкое потребление электричества, но при этом высокое выделение тепла. Выделяют следующие разновидности оборудования, классификация осуществляется по источнику тепла.

Чтобы знать, какой тип насоса выбрать для домашнего использования, рекомендуется изучить особенности каждой модели и их принцип работы. Также у каждого вида существуют ограничения, о которых также важно знать.

Принцип действия тепловых насосов

Принцип работы устройства для обогрева дома основан на том, что вещество (холодильный агент) может отдавать тепловую энергию либо забирать ее в процессе смены состояния. Эта идея заложена в основу функционирования холодильника (из-за этого задняя стенка прибора горячая).

Термонасос для отопления функционирует следующим образом:

1. Поступающий агент охлаждается на 5 градусов в испарительном отделе на основании энергии от носителя тепла.
2. Охлажденный агент поступает в компрессор, который в результате работы сжимает и нагревает его.
3. Уже горячий газ попадает в отсек для теплообмена, в котором он отдает собственное тепло отопительной системе.
4. Сконденсированный хладагент возвращается к старту цикла.

Также существуют некоторые модели, которые могут обеспечивать реверсивное функционирование. Это значит, что подобные приборы эксплуатируются даже летом для охлаждения здания. Тепло направляется в хранилище, а затем используется для отопления в холодное время года.

Устройство

Тепловой насос для отопления дома состоит из нескольких основных контурных элементов:

• контур с теплоносителем, который перемещает энергию от теплоисточника;
• контур с фреоном, который периодически испаряется, забирая тепловую энергию с первого контура, и снова оседает конденсатом, передавая тепло третьему;
• контур, где циркулирует жидкость, являющаяся переносчиком тепла для отопления.

Эксплуатация термо насоса для отопления дома является выгодной с финансовой точки зрения. Причина этого в том, что устройство не требует высокой мощности (соответственно, расход электричества не больше, чем у стандартного бытового прибора), однако при этом производится в 4 раза больше тепла по сравнению с потребляемой электроэнергии.

Также не требуется создавать отдельную линию проводки для подключения насоса.

Плюсы и минусы

Перед принятием решения, использовать тепловой насос или нет, следует ознакомиться с достоинствами и недостатками его работы. К главным плюсам теплового насоса относится:

• небольшой расход электричества на отопление дома;
• отсутствие необходимости регулярного осмотра и технического обслуживания, что делает затраты на эксплуатацию теплового насоса для отопления минимальными;
• допускается монтаж в любой местности. Насос может работать с такими источниками тепловой энергии, как воздух, почва и вода. Поэтому появляется возможность его установки практически в любое место, где планируется строительство дома. А в условиях отдаленности от газовой магистрали, устройство является самым подходящим методом обогрева. Даже если отсутствует электричество, функционирование компрессора можно обеспечить при помощи привода на основе бензина или дизеля;
• отопление дома осуществляется в автоматическом режиме. Не требуется добавлять топливо или проводить иные манипуляции, как, например, в случае с котельным оборудованием;
• отсутствие загрязнения окружающей среды вредными газами и веществами. Все применяемые холодильные агенты полностью безопасны и экологически пригодны;
• пожаробезопасность. Жителям дома никогда не будет угрожать взрыв или повреждение вследствие перегрева теплового насоса;
• возможность эксплуатации даже при условиях холодной зимы (до -15 градусов);
• качественный тепловой насос для отопления дома может служить до 50 лет. Замена компрессора требуется лишь раз в 20 лет.

Тепловой насос своими руками. Первичные контуры и функциональность системы

Для работы теплонасоса требуется источник тепловой энергии, которым может служить любая среда при условии, что в зимнее время ее температура стабильно будет превышать +1°С. Таким образом, практикуется установка агрегатов, получающих тепловую энергию из воды, воздуха и земли (из грунта или пород глубокого залегания).

Вода

Для прокладки первичного контура подходит любой естественный или искусственный водоем, при условии, что он не промерзает до дна. Длина трубопровода, погруженного на дно, определяется при расчете мощности теплового насоса — один метр смонтированного змейкой или кольцами трубопровода позволяет получить до 30 Вт тепловой энергии. То есть, теплонасос с трубопроводом длиной 500 метров способен обогреть дом, у которого потребность в тепле составляет 15 кВт.

Горизонтальный трубопроводный контур, уложенный кольцами

Принцип работы теплового насоса вода-вода заключается в том, что полученное тепло используется на нагрев жидкого теплоносителя в радиаторной системе отопления или контуре теплого пола. Функциональность теплового насоса вода-вода достаточна, чтобы обеспечивать стабильный напольный обогрев, так как позволяет поддерживать температуру теплоносителя на уровне 45-60 градусов. Для полноценного радиаторного отопления с таким температурным режимом дом требуется серьезно утеплить.

Воздух

У теплового насоса вода-вода коэффициент преобразования в среднем составляет 1,5-2,2. В то время как тепловой насос воздух-воздух или воздух-вода превышают этот показатель приблизительно в два раза — коэффициент преобразования более 4.

Тепловые насосы, работающие по схеме «воздух-воздух» широко распространены, поскольку они не нуждаются в монтаже больших контуров. Любой инверторный кондиционер, сплит-системы, работающие на обогрев помещения, по сути, являются тепловыми насосами с небольшой эффективностью.

Принцип работы воздушного теплового насоса

Воздушный тепловой насос имеет существенный недостаток — в морозную погоду ему негде брать тепло. Некоторые модели агрегатов рассчитаны на работу при -20°С, в остальных случаях предел не опускается ниже -10°С.

Помимо агрегатов «воздух-воздух» существует тепловой насос системы воздух-вода. Его отличие в том, что полученная тепловая энергия греет не воздух в помещении, а теплоноситель в отопительном контуре.

Принцип действия теплового насоса воздух-вода стандартный. При этом испаритель, дополнительно оснащенный вентилятором, устанавливают снаружи дома, а компрессор и конденсатор внутри. Подсоединив к теплообменнику водяной контур, можно обустроить напольный обогрев помещения.

Земля

Самым стабильным природным источником тепла являются горные породы на глубине свыше 20 метров, так как они постоянно подогреваются теплом от земного ядра. Но под установку контура из U-образной трубы приходится бурить глубокие скважины, что сказывается на цене установки. Геотермальные установки эффективны, но окупаются только через 10-15 лет эксплуатации при условии качественного утепления дома.

Тепловой насос «Земля-Вода»

Более дешевый в монтаже вариант подразумевает укладку контура на полметра ниже уровня промерзания грунта. Схема укладки — змейкой или кругами. Монтаж такой системы требует большого объема земельных работ, кроме того, внешний контур может быть поврежден в процессе эксплуатации.

Источник: https://otoplen-dom.ru/stati/teplovye-nasosy-dlya-otopleniya-doma-princip-deystviya-princip-raboty-teplovogo-nasosa