Принцип роботи теплового насосу

Сьогодні, для опалення будівель використовується теплогенератори різних типів. Широкого застосування набули газові та електричні котли, обладнання для спалювання вугілля чи біомаси. І звичайно, з кожним роком все більше зростає частка обладнання, що використовує відновлювальні джерела енергії. Одним з самих перспективних напрямків розвитку теплопогенеруючого обладнання є застосування теплових насосів. Технологія, яку більше 100 років тому описав видатний британський фізик ВільямТомсон (лорд Кельвін), останні десятиліття постійно вдосконалюється. Ще в 1855 австрійський інженер Петер фон Ріттінгер спроектував та виготовив перший відомий прототип теплового насосу. Масове використання теплових насосів для опалення будівель почалось в 60-70-х роках ХХ століття. Тепловий насос це пристрій для перенесення теплової енергії від низькопотенціального джерела тепла (наприклад, зовнішнє повітря або грунт) до соживача тепла з високою температурою. Для роботи теплового насосу необхідно використання зовнішньої енергії: механічної, електричної, хімічної і т.п. Теплові насоси за принципом роботи поділяються на велику кількість різновидів. Це і сорбційні (абсорбційні / адсорбційні) та струйні (пароінжекторні) теплові машини, які застосовуються для утилізації надлишкового тепла; це і термоелектричні теплові насоси, які ми використовуємо у невеликих переносних автомобільних холодильниках. Але беззаперечно, домінуючим типом на ринку теплових насосів є паро-компресійні установки - практично всі побутові теплонасосні машини працюють за цим принципом. Робота паро-компресійного теплового насосу заснована на одному з фундаментальних положень термодинаміки - циклі Карно. Це єдиний оборотний цикл, що відбувється в замкнутій системі та може здійснюватись в прямому та зворотньому напрямках. Відповідно установка на основі циклу Карно може працювати як кондиціонер чи тепловий насос, або поєднувати в одному пристрої функції опалення та охолодження. Компресійні теплові насоси застосовують механічну енергію, використовуючи електроенергію в якості джерела живлення.

Розглянемо більш детально будову та принцип роботи паро-компресійного теплового насосу, що використовує як джерело відбору тепла - навколишнє середовище. Конструкція паро-компресійного теплового насосу складається з таких основних компонентів:

  • конденсатор
  • дросельний клапан
  • випарник
  • компресор

  • В герметичному контурі теплового насосу знаходиться холодоагент (робоче тіло), в основному, використовуються фреони, що не містять хлору і є безпечними для озонового шару нашої планети. Робочий цикл теплового насосу заснований на перенесенні температури робочим тілом (холодоагентом) внаслідок зміни тиску та фазового переходу - з рідкого стану в газоподібний і навпаки, під впливом механічної дії.

    Знаходячись під низьким тиском у випарнику холодоагент здатен кипіти при низькій температурі, що дозволяє відбирати тепло від низькопотенційного джерела енергії: повітря, грунту, води. Далі робоче тіло (газоподібний стан) надходить в компресор, де стискається внаслідок механічної дії, що призводить до різкого підвищення температури. Потім холодоагент подається на теплообмінник - конденсатор, де при високому тиску починає конденсувати. Внаслідок конденсування виділяється тепло, яке передається теплоносію системи опалення. Після конденсатора робоче тіло проходить через дросельний клапан, який знижує тиск, що призводить і до зниження температури. На цьому термодинамічний цикл замикається і холодоагент знову готовий до кипіння та відбору тепла у випарнику. Таким чином теплова потужність теплових насосів на 80% складається з відновлювальної енергії навколишнього середовища і лише 20% енергії використовується для роботи самого теплового насосу. Теплові насоси забезпечують опалення приміщень та гаряче водопостачання. А за наявності в контурі теплового насосу реверсивного вентиля, здатні працювати в зворотньому режимі - здійснювати охолодження приміщень.

    Серцем теплового насосу звичайно є компресор, від якого в основному і залежать технічні характеристики установки.
    Ще однією перевагою теплових насосів зі змінною потужністю є можливість установки баків та буферів меншого обсягу, або взагалі без них. Закономірно буде вважати, що система теплових насосів технології повітря-вода повинна комплектуватись інвертором для керування швидкості компресора для довговічної та енергоефективної роботи пристрою та забезпечення Вашої економії та комфорту.
    Класифікація теплових насосів за джерелом енергії (тепла)
    Умовою роботи теплового насосу є наявність джерела енергії, тепло з якого буде відбиратись для забезпечення процесу кипіння робочого тіла у випарнику. За типом джерела тепла насоси поділяються на наступні групи:
    • геотермальні: використання тепла грунту або підземних вод
    • повітряні: використання тепла навколишнього повітря
    • окремо можна виділити теплові насоси, що використовують вторинне тепло іншого теплового процесу, яке потребує утилізації - наприклад, тепло технологічного процесу чи стічні води.
    Зворотній зв'язок

    ×
    Надіслати запитання


    ×
    Протокол введення в експлуатацію

    ×