Тепловой насос (принцип работы)

 Человечество, озабоченное проблемами экологии и уменьшающимися резервами углеводородов (нефти и газа), ищет альтернативные источники получения энергии. Для этого используются самые различные технологии.  Это использование мочи ветра, солнечной энергии, энергии приливов и отливов и другие. Одной из таких новоиспеченных технологий является технология получения энергии, в частности тепловой, от низкотемпературных ключей – земли, воздуха, воды, камня. И основным элементом этой технологии является термический насос.

Принцип работы теплового насоса

Схема работы термического насоса представлена на рисунке.

 Работа теплового насоса это нечто другое как «игра» с давлением и температурой. Это физическое явление основывается на броуновском движении. При повышении давления, крупицы в веществе начинают занимать меньший объем, чаще биться товарищ о друга, при этом температура поднимается. При увеличении объема (уменьшении давления)  крупицы реже начинают биться друг о друга, при этом температура упадает.
  И так… Нас больше всего интересует хладоген, который и является в тепловом насосе «основным» веществом. Хладоген в тепловом насосе как правило имеет низкую температуру кипения и соответственно испарения, при этом во пора своего цикла в контуре он переходит от из жидкого в газообразное состояние. Отчего применяется хладоген именно с низкой температурой испарения ? Объясняется это попросту, т.к. сжимать газ компрессором намного проще и действенней, нежели это была бы жидкость. (утилитарны несжимаемая среда).
 Хладоген в тепловом насосе, под действием температуры внешнего очертания нагревается и трансформируется из жидкого состояния в газ. При этом температура, при которой он испаряется может составлять и – 5 градусов. Дальше газообразный хладагент начинает сжиматься компрессором, при этом происходит порядочное выделение тепла. Тепло из системы выводится с помощью внешнего очертания, через конденсатор. При этом, при повышении  давления хладоген переходит в свое отправное — жидкое состояние. Температура хладогена,  тем не менее даже после этого будет высокая, вполне возможно что выше, чем температура источника тепла от какого мы будем греть наш хладоген (земля, воздух и т.д.)  Теперь  пропускаем хладоген сквозь редукционный клапан, который фактически поддерживает высокое давление перед собой, и снижает после себя. При уменьшении  давления, как мы уже сообщали происходит значительное охлаждение хладогена. Теперь его температура может понизится и до – 25 градусов. Вот эта та самая необходимая нам температура и давление. Теперь хладоген может испаряться, но не позволяет этого сделать температура и может нагреться, так как -25 все же гораздо ниже  даже – 5 в земле. То есть у нас появились потенциальные  20 градусов на нагрев, пускай даже при минусовых температурах. Далее хладоген прогревается, испаряется и поступает к компрессору и так цикл от цикла.

Ключи получения тепла в тепловом насосе

Земля.

 

При использовании земли, в качестве ключа тепла, внешний контур, состоящий из труб ПНД диаметром 40 мм, укладывается в грунт на глубину промерзания грунта. Желательно использовать влажные участки. В этом случае эффективность труды теплового насоса будет выше, чем на сухих почвах. Трубы укладываются на дистанции 1м друг от друга. Ориентировочная тепловая мощность, приходящаяся на 1м трубопровода, составляет 20-30 Вт. В этом случае, для труды теплового насоса мощностью в 10 кВт необходим контур в 400-500 м. Он займет площадь в 400-600 кв.м. Разумеется, возведение каких-либо строений на этом участке невозможно, но для выращивания садовых и огородных растений, он вполне пригоден.

Вода.

 

Одним из лучших вариантов для получения тепла в очертанье теплового насоса является водоем. Если он находится рядом с вашим домов, то вам повезло. Температура воды в водоеме вечно достаточно высокая, относительно, к примеру, грунта. Не тратится площадь участка, сравнительно небольшой контур. Для 10кВт насоса достаточно контура в 350 м. Контур укладывается на дно, и фиксируется, чтобы не всплывал. 

Скважина.

 

При использовании скальной породы, бурится или одна вящая скважина, или несколько неглубоких. Второй вариант более дешевый. Для 10 кВт термического насоса необходимо общая глубина в 170-200 м. С одного метра очертания снимается 50-60 Вт энергии. Такой же вариант может применяться и в случае если на вашем участке грунт без скальных пород. Температура грунта на глубине немало высокая, чем на поверхности, и такой вариант более эффективный, чем горизонтальный очертание. К тому же занимает меньшую площадь.

Воздух.

 

Существуют системы извлекающие тепло из атмосферы, а также использующие тепло из систем вентиляции и кондиционирования. Но у них есть ограничения на применение. При температуре атмосферы ниже  -20 градусов, преобразование тепла из воздуха прекращается, и система трудится только с использованием резервных ТЭНов. Тем самым, КПД теплового насоса существенно снижается и ограничивается при наступлении определенного сезона

Основные совершенства тепловых насосов

Экономичность теплового насоса

Тепловой насос весьма эффективное устройство. Он использует получаемую электроэнергию (для работы компрессора) намного эффективнее иных устройств и котлов, сжигающих топливо. Получив на входе 1кВт энергии, теплонасос отдает 3-4 кВт термический энергии. Можно подумать, что КПД теплонасоса намного больше единицы. На самом деле, это, разумеется, не так, поскольку противоречит закону сохранения энергии. Для тепловых насосов используется иная величина – коэффициент преобразования теплового насоса. Это отношение полученной на выходе насоса термический энергии к энергии, которая была затрачена на ее получение, то есть расход мощности электрической энергии меньше, чем полученная мощность извлеченного тепла. Вот эта размер может быть больше единицы, и чем больше, тем лучше. Как уже упоминалось, к образцу, затратив 1 кВт электроэнергии на компрессор, получаем 4 кВт тепловой энергии, т.е. коэффициент реорганизации равен 4, а 3 кВт тепловой энергии  достаются нам от матушки-земли бесплатно. Т.о. 60-70% тепла и горячей воды даровые и экономят нам деньги. 
Теперь взглянем на таблицу. 

 
Конечно, пока газ у нас самое недорогое топливо, и потому эффективность газовых котлов более высокая. Но, это лишь пока. С каждым годом стоимость газа растет, и процесс этот будет непрерывным. Разумеется, и стоимость электричества не стоит на месте, но перспективы тепловых насосов однозначно немало радужные.

Повсеместность применения теплового насоса

Низкопотенциальное тепло можно отыскать везде, в любом уголке планеты. Ну, возможно, только в Антарктиде до грунта будет тяжело добраться. Где бы вы ни построили свой дом, используя тепловой насос, вы всегда гарантируете себя теплом и горячей водой. 

Высокая экологичность теплового насоса

При труду теплового насоса не выделяется никаких вредных веществ, а современные фреоны не кормят хлоруглеродов и не разрушают озоновый слой. Кроме того, повсеместное использование термических насосов снизит нагрузку на ТЭЦ, поскольку понадобится вырабатывать меньше тепла и горячей воды, и, как последствие, снизятся затраты на топливо и электроэнергию, что тоже будет способствовать улучшению экологической обстановки.

Универсальность термического насоса

Тепловые насосы обладают «реверсивностью», т.е. с обогрева в холодный этап времени, их можно переключить на кондиционирование в теплое время года. Истина, этим свойством обладают не все модели.

Автоматизация систем управления термического насоса

После монтажа и запуска теплого насоса его работой правит электроника. Вмешательства в его работу не требуется.

Безопасность теплового насоса

Теплонасосы безотносительно безопасны. В них нет топлива, открытого огня, взрывоопасных газов или их смесей, невозможно отравиться или угореть, нет  элементов, могущих вызвать пожар.

Недостатки термических насосов

Единственным и существенным недостатком теплового насоса является рослая первоначальная стоимость оборудования и монтажа. Срок службы насоса до капитального ремонта, составляет 15-20 лет.