Як працює тепловий насос – принцип роботи для будинку

Теплові насоси дозволяють використання ресурсів природного енергією, джерелом якої може бути атмосферне повітря, грунт, поверхневі води або підземні. Ці пристрої споживають теплову енергію від джерела і передають її в будівлю.

Грунт і поверхневі води містять велику кількість енергії. За допомогою теплових насосів, вже на глибині від 1.5 м ми можемо отримувати кількість енергії, яка буде задовольняти наші щоденні потреби опалення.

Загальні відомості енергоутворення

Вся енергія отримана з грунту, буде відновлена ??за рахунок енергії сонячного світла, якої більше, ніж Земля в змозі поглинути. Сонце постачає в 5000 разів більше енергії, ніж потрібно Світу в рік. Залежно від пори року і глибини, температура грунту може коливатися в діапазоні від 4 до 8 ° C.

При глибині вище 15 м припиняються термічні руху грунту, немає залежності від пори року, а температура стане в межах 8-10 ° С. На великих глибинах земля регенерується потоком грунтової води, тепла всередині землі і тепла надходить зверху.

Теплові насоси дозволяють використання ресурсів природного енергією, джерелом якої може бути атмосферне повітря, грунт, поверхневі води або підземні

Теплові насоси застосовуються в системах кондиціонування повітря, системах центрального опалення, підігріву підлоги, служать для нагріву водопровідної води.

Відповідно до результатів досліджень, застосування теплових насосів, що використовують грунт як джерело енергії впливає в деяких країнах на скорочення викидів CO2 в порівнянні з масляними котлами до 90%, а в порівнянні з газовими котлами на 80%.

То в якій мірі ми зможемо скоротити викиди CO2 замінивши традиційний джерело тепла тепловим насосом залежить від типу палива, використовуваного для виробництва електроенергії. Тому в нашій країні як і раніше велику частку у виробництві електроенергії мають викопні види палива (наприклад, вугілля), що викидають велику кількість CO2, замінивши газовий котел тепловим насосом ми знижуємо викиди CO2.

Дивлячись на питання в перспективі найближчих років (термін служби компресорів в теплових насосах становить до 20 років), слід припустити, що викиди CO2 при виробництві електроенергії буде обмежена, таким чином, застосування теплового насоса буде сприяти скороченню викидів. Наведена нижче схема дозволяє оцінити ступінь викидів CO2 в залежності від використовуваного джерела тепла.

Скорочення викидів CO2 в порівнянні з масляними котлами до 90%, а в порівнянні з газовими котлами на 80%

Принцип роботи теплового насоса

Теплові насоси працюють так, як холодильники, але на відміну від них, використовують не холодну, а гарячу сторону термодинамічної циркуляції. Відповідний робочий матеріал стискається і розширюється, завдяки чому досягається бажаний ефект нагрівання або охолодження.

Наприклад, для отримання корисного тепла, тепло з грунтових вод або грунту видаляється при низькому рівні температури, випаровуючи робоче середовище (нешкідливий газ R407C), киплячу при низькій температурі. Таким чином, спочатку рідка робоче середовище залишає випарник (теплообмінник на стороні колектора) у вигляді газу.

Теплові насоси працюють так, як холодильники, але на відміну від них, використовують не холодну, а гарячу сторону термодинамічної циркуляції

Цей газ стискається компресором, а при конденсації конденсується в конденсаторі (теплообмінник з боку будівлі) при високому рівні температури виділяючи теплоту конденсації і теплоту стиснення з системи опалення. Робоча речовина все ще знаходиться під тиском, потім витісняється в розширювальному клапані, переходячи до частини низького тиску, і вся ланцюг починається з самого початку.

Тепловий насос через колектори або грунтові зонди, отримує тепло з ґрунту. Тому що у відкритому грунті цілий рік панують майже незмінні температури, насос сильно залежить від температури повітря і може забезпечити повноцінне опалення, навіть в холодні дні.

Аналізуючи енергетичну ефективність теплових насосів слід порівнювати сукупне споживання первинної енергії, що міститься в паливі, таких як газ, вугілля чи нафту) за допомогою теплового насоса з накопиченням енергії в нагрівальних пристроях, які замінюють теплові насоси. Тільки такий аналіз дає повну картину, який вплив на навколишнє середовище має застосування окремих приймачів енергії. На наступному малюнку виникають явні переваги, які полягають у підвищенні ефективності використання енергії, що міститься в первинному паливі.

Чотири безперервних процесу теплонасоса

Тепловий насос є екологічно чистим нагрівальним пристроєм, принцип роботи якого заснований на явищах і фізичних змінах. У зверненні перед основним термодинамічних теплообмінником теплового насоса відбуваються безперервно чотири процесу:

  • в випарнику робоче середовище піддається процесу випаровування (процес отримання тепла з навколишнього середовища),
  • в компресорі стискаються пари холодоагенту,
  • в конденсаторі за компресором висока температура і коефіцієнт тиску піддаються конденсації (передача тепла в систему),
  • в розширювальному клапані виконується процес розширення і дозування відповідної кількості холодоагенту у випарник, де процес випаровування повторюється.

Процес транспортування теплової енергії від середовища з більш низькою температурою до середовища з температурою вище можливий завдяки електричної енергії, що поставляється ззовні.

Коефіцієнт ефективності (COP) теплових насосів є показником кількості одиниць енергії, отриманої з однієї одиниці електроенергії, що постачається (для теплових насосів COP = продуктивність нагрівання / електрична енергія).

У нормальних умовах експлуатації теплові насоси досягають коефіцієнта ефективності від 2.5 до 4.5. Цей коефіцієнт тим вище, чим менше різниця температур між температурою джерела і прийому. Тому теплові насоси рекомендується використовувати тільки в низькотемпературних системах опалення (до 60 ° C).

Ефективність інших нагрівальних пристроїв

Ефективність інших пристроїв, таких як бойлери, не має нічого спільного з ефективністю теплових насосів. У фізиці ККД завжди менше 1, тому що немає вічного двигуна. Перетворюючи енергію з однієї форми в іншу (наприклад, хімічну енергію палива в тепло), ми ніколи не отримаємо більше енергії на виході, ніж на вході цього процесу.

Навпаки, в тепловому насосі теплова енергія, отримана на виході, не надходить з подаваного джерела, а береться з іншого середовища (вода, земля або повітря). Тому тут COP – це скоріше підкріплення, ніж ефективність.

Ссылка на основную публикацию