Тепловой насос. Что это такое, определения, принципы работы.

  • Тепловой насос. Что это такое, определения, принципы работы.

Запасы традиционных источников энергии, требующих существенных финансовых вложений, не бесконечны. Думая об уменьшении затрат в частности и о перспективе в целом, следует уже сейчас перестраиваться на использование альтернативных ресурсов. Обогрев дома посредством теплового насоса - один из них.

Тепловой насос — это высокотехнологичное устройство, предназначенное для кондиционирования и обогрева воздушного пространства. Уникальный агрегат производит забор мало температурного тепла (низкого потенциала) и перемещает ее к теплоносителю. Теплонасос сродни устройству, производящему холод. Только в нем осуществляется зеркально отображенный процесс.

По какому принципу работает тепловой насос?

Мир познакомился с циклом Карно в начале девятнадцатого столетия. Через несколько лет лордом Кельвином была спроектирована теплонасосная система - умножитель энергии тепла.

Перечень составляющих насос элементов:

  • испаритель, работающий как теплообменное устройство для использования низко потенциальной энергии, полученной от нетрадиционно эксплуатируемых источников энергии;
  • конденсатор – теплоотдающий узел;
  • компрессор;
  • терморегулирующий вентиль - клапан расширения.

Как же функционирует тепловой агрегат? Насос переносит тепловую энергию, взятую от природного источника, в дом. Исходные значения температуры для оптимального функционирования устройства невелики – 0 ÷ 7˚С. Далее происходит их преобразование с целью отопления здания в более весомые значения – 35 ÷ 50˚С.

Поэтапность работы теплового насоса:

  • улавливание тепла в земле, воде, воздухе (исходный диапазон температур источника – 0 ÷ 7˚С);
  • вскипание хладагента в испарителе благодаря воздействию извлеченной из окружающей среды энергии тепла, принятие им газового агрегатного состояния;
  • поступление в компрессор хладона в газоообразном виде, где последний сжимается до достижения конкретных величин давления и температуры;
  • поступление его в конденсатор для передачи тепла отопительному комплексу, охлаждение + преобразование в жидкую фазу;
  • прохождение рабочей жидкости через терморегулирующий вентиль, получение хладагентом первоначального значения давления;
  • реверсия хладона в испаритель.

Процесс непрерывно повторяется в замкнутом контуре по указанной схеме.

Типы тепловых насосов

Исходя из особенностей работы, тепловые насосы бывают: абсорбционные (АТН) и компрессионные.

АТН – совокупность нескольких теплообменных аппаратов в одном агрегате. Тепломаслообменные устройства соединяются контурами, по которым осуществляется циркулирование абсорбента и хладагента. Абсорбент поглощает пар достаточно низкой температуры, параллельно выделяя тепловую энергию. Далее он откачивается в генератор, где происходит процесс выпаривания ранее поглощенного водяного пара. В дальнейшем конденсат хладагента возвращается в испаритель, солевой концентрат снова поступает в абсорбер. Таким образом, в результате нескольких теплообменных операций АТН генерирует тепловую энергию, необходимую для различных нужд. Насосы компрессионного типа приводятся в действие посредством механической энергии (электрической).

Исходя из того, тепло какого источника аккумулируется, тепловые насосы бывают:

геотермальные:

Разновидности агрегатов, извлекающих энергию тепла из под грунта, из наземной/грунтовой воды:

замкнутого типа:

а) горизонтальные. Кольцеобразное размещение коллектора в горизонтальных траншеях на глубине ≥ 1,2 м. Такой способ наиболее эффективен с точки зрения затрат в отсутствии дефицита под контур земельной площади;

б) вертикальные. Вертикальное размещение коллектора осуществляется в скважины глубиной ≤ 200 м. Такой тип актуален при существовании рисков повреждения ландшафта;

в) водные. Кольцеобразное либо извилистое размещение коллектора в реке, пруде, озере ниже слоя вероятного промерзания. Достоинство этого варианта – относительная дешевизна при соблюдении требований относительно водоемов конкретного региона (учет глубины, объема воды);

открытого типа. Теплообменная вода, минуя тепловой агрегат геотермального типа, возвращается в землю. Вариант актуален при наличии достаточной кубатуры сравнительно чистой воды, а также при условии разрешения законодательством;

воздушные

Эти агрегаты используют тепло воздуха;

использующие искусственно производимое тепло

Примером такого источника может служить трубопровод центрального отопления. Этот тип наиболее целесообразен для объектов промышленного назначения, где выработанное вследствие технологических процессов тепло требует утилизации.

Разновидности тепловых насосов, исходя из уточнений, откуда происходит забор тепла и что нагревается:

  • «воздух - вода»;
  • «вода - воздух»;
  • «грунт - вода»;
  • «вода - вода»;
  • «грунт - воздух»;
  • «воздух - воздух».

Первое слово в дуэте наименования означает источник тепла, второе – объект, к которому происходит передача тепла. Пример: «воздух-вода» означает нагрев воды в системе отопления происходит за счет извлеченного из воздушной массы тепла.

Достоинства и отрицательные моменты тепловых насосов

Положительные стороны тепловых насосов:

  • надежность;
  • компактность;
  • сравнительно небольшие первоначальные вложения;
  • экономия – сбережение до 3/4 эксплуатационных расходов в отличие от привычных способов обогрева, так как нет затрат на приобретение топлива, удаление зольных отходов и т.п.);
  • отсутствие потребности в хранилище топлива, так как извлечение ≤ 95% тепловой энергии происходит непосредственно из природной среды;
  • отсутствие опасного выброса – охрана окружающей среды;
  • универсальность – двойное назначение: обогрев помещения, охлаждение в нем воздуха;
  • простота обслуживания в сравнении с привычными способами обогрева;
  • обеспечение пожаробезопасности. Нагрев комплектующих теплонасоса до предельных значений температуры исключен;
  • формирование здорового микроклимата в отсутствии микрозагрязнений воздуха, наличия отталкивающих запахов.

К отрицательным моментам, касающихся тепловых насосов, можно отнести достаточно низкое значение верхнего предела температуры при нагреве воды - ≤ 60 °С. К недостаткам агрегатов геотермального типа стоит отнести немалые затраты на покупку и достаточно сложный монтаж добавочного оборудования, коим являются наружные подводные либо подземные теплообменные контуры. Минус тепловых насосов воздушного типа - более низкое значение показателя преобразования тепла, зависящее от заниженной величины температуры кипения хладагента в «воздушном» наружном испарителе.

Чем выше разница температурных значений у источника тепловой энергии и потребителя, тем меньше надежность и эффективность теплового агрегата. Особенно это характерно для комплексов типа «воздух — вода», поэтому для него накладывается ряд ограничений. Для обеспечения требуемого температурного режима на финише при низких температурах воздушной массы вне помещения необходимо использование оборудования с запасом мощности. А это тянет за собой нерациональное использование капиталовложений. Решением проблемы такого рода - монтаж бивалентной перспективной конструкции отопления. В этом случае основную нагрузку испытывает тепловой насос, а кульминационная покроется за счет вспомогательного источника, коим может выступить электро- либо газовый котел.

2019-07-01 04:01:54
0
61

Комментарии:

Внимание: HTML символы запрещены!
Я прочитал Политика конфиденциальности и согласен с условиями

Рекомендуемые статьи

Тепловой насос «грунт-вода»

Тепловой насос «грунт-вода»

В современном мире потребление традиционных видов энергоресурсов из года в год становится более проблемным в силу их истощения, поэтому достаточно стремительно растут на них цены. А потому все чаще человечеством ищутся альтернативные пути получения э..

2019-07-01 04:10:43
0
79
Тепловой насос «воздух-вода»

Тепловой насос «воздух-вода»

Задумали построить загородный дом? Сразу же возникает вопрос: «Как его отапливать?» Особенно актуален он в случае отсутствия близ лежащей прокладки центральной системы отопления. Рациональное решение с перспективой на будущее - использование альтерна..

2019-07-01 04:18:08
0
73
Тепловой насос «вода-воздух»

Тепловой насос «вода-воздух»

Жизнь устроена так, что большинство людей стремится к каждодневной экономии во всем, особенно, это касается бережливости по отношению к средствам, затрачиваемым на отопление и в данный момент, и в перспективе. На сегодня тепловой насос несомненно ..

2019-07-01 05:17:46
0
72
Тепловой насос «вода-вода»

Тепловой насос «вода-вода»

Отопление помещения – важное условие комфортного времяпровождения в любом здании особенно в зимний период. Тепловой насос, бесспорно, на сегодня - новаторская конструкция, разрешающая вопрос отопления жилых помещений с наилучшей экономией по всем ..

2019-07-01 05:26:48
0
86