Схема работы теплового насоса
Перейти к содержимому

Схема работы теплового насоса

  • автор:

Принцип работы теплового насоса

Тепловой насос (ТН) – это агрегат для переназначения тепла от источника низко-потенциальной энергии к теплоносителям, имеющим повышенную температуру.

Первый тепловой насос был разработан, сконструирован и испытан более тридцати лет назад в Европе. Для Украины это высокотехнологичное климатическое оборудование является инновационным. В связи с постоянно растущими тарифами на газ, отопление и электричество все больше украинцев начинает интересовать, как работает тепловой насос и насколько оправдана его установка в квартире или доме. Европейский опыт показывает, что технику можно охарактеризовать как энергоэффективную и экономичную.

По принципу работы ТН напоминает обычный бытовой холодильник, но последний вырабатывает холод при изъятии тепла из контейнера испарительными веществами и конденсаторами в окружающую среду. Тепловой насос же производит диаметрально-противоположный эффект, вырабатывая тепло при помощи свойств конденсаторов (теплообменных аппаратов).

Чем отличается ТН от обычных отопительных систем?

В первую очередь, это дешевизна и практичность использования.

Мы уже упоминали, что ТН – это тот же холодильник, только обратного действия. Чем уникальна такая технология, почему так популярна и экономична?

Используя всего один киловатт для питания основного компрессора, мы имеем около пяти киловатт тепла. В отдельных случаях, тот же киловатт «отдает» и большее количество тепловой энергии.

Заметим, что насос изымает около 80% тепловой энергии буквально «из воздуха», при этом система не требует вытяжек, дымоотводов, смазывания и текущих технических ремонтов. Технология является инновационной, экологически чистой, безопасной и универсальной для всех типов современных строений, а конструкции тепловых насосов постоянно совершенствуются. Существуют разные типы тепловых насосов, одни из них в качестве источника тепла используют воздух, другие – воду водоемов или подземных источников, есть насосы, которые используют грунт.

Какой принцип работы теплового насоса?

Используя альтернативу экологически чистых энергетических источников, мы получаем возможность устранения кризисных явлений в энергетике Украины. Сегодня продолжается активная разработка традиционных источников энергии, но наиболее многообещающим направлением является изучение энергии, которая концентрируется в водах водоемов, рек, морей и океанов, в грунтах, выбросах и т.д.

Температурные пороги этих энергоносителей достаточно низкие (5-30°С). Чтобы использовать такую энергию, осуществляется переназначение теплового порога на порядок выше (70-110°С). Именно такое переназначение возможно при помощи тепловых насосов, они же парокомпрессионные холодильные генераторы.

Что такое тепловой насос

Чтобы более детально рассмотреть, как работает тепловой насос, существует схема.

Работа теплового насоса основана на термодинамическом цикле Карно. Главный участник процесса — хладагент. Особая жидкость, которая способна кипеть в условиях низких температур. Обязательные участники передачи тепла из окружающей среды в помещение:

  • расширительный клапан;
  • компрессор;
  • конденсатор;
  • испаритель.

Пребывающий в жидком состоянии холодильный агент, минуя расширительный клапан, оказывается в испарителе. Здесь тепло поглощается из воздуха (грунта, воды), заставляя тем самым хладагент принять форму пара.

После поступления пара в компрессор происходит сжатие с повышением температуры нагрева хладагента. Перемещаясь в конденсатор холодильный агент отдает тепло. после чего тепловая энергия идёт в систему ГВС и отопления. в дальнейшем цикл отбора извне и передачи тепла вовнутрь повторяется необходимое количество раз.

Основные разновидности и модификации тепловых насосов

Перейдем к описанию модификаций оборудования. Первым рассмотрим, как работает тепловой насос воздух-вода. Из названия очевидно, что источником тепла в данном случае выступает воздух. В его составе тепло присутствует низкопотенциальное. Это значит, что насос извлекает его даже при отрицательных температурах. Затем оно передается в помещения по стандартной (описанной выше) схеме.

как работает тепловой насос

Грунтовый. Работает совместно с системой трубопроводов, которая размещается на довольно большой глубине. Источником энергии выступает грунт. Оборудование подходит только владельцам частных домов и коттеджей. Обустройство и обслуживание техники стоит хороших денег.

Водный. Для работы насоса требуется наличие поблизости от дома (снова-таки, частного) водоема. Альтернативный вариант — извлечение тепла из водоносных слоев грунта на участке. Однако в этом случае необходимо получить разрешение от государства на пользование недрами. Как Вы понимаете, это дополнительные затраты времени и денег.

Теперь, проанализировав, как работает тепловой насос от разных источников природной энергии, позволим себе дать Вам совет — остановите свой выбор на модели типа воздух—вода. В отличие от остальных она:

  • элементарно интегрируется в существующую систему отопления;
  • не требует получения разрешений на установку;
  • стоит дешевле.

Для подстраховки желательно иметь в жилище резервный источник тепла на случай перебоев с электричеством.

ТН напоминает замкнутую систему контуров, в которых циркулирует разного рода энергия: теплоносители, извлекающие тепло из окружения, хладагент-испаритель и приемник тепла – вода основных систем отопления и водоснабжения.

Первый (наружный) контур – это интегрированный в земельный или водный «карман» трубопровод с антифриз жидкостью. Контур номер два представляет из себя контейнер с хладагентом, в который интегрированы теплообменивающие элементы – испарители, конденсаторы, регуляторы давления – дросселя и компрессоры.

Внутренний (третий) контур и есть вся система отопления и снабжения горячей водой.

Алгоритм работы теплового насоса заключается в продавливании хладагента через дроссельные заслонки с последующим падением давления, что приводит к его поступлению в испарительную камеру, кипению и дальнейшему извлечению тепла из окружения при помощи коллектора.

Хладагент в газообразном состоянии засасывается компрессором, сжимается и выбрасывается в конденсатор при высоком температурном пороге. Теплоотдающим узлом ТН выступает конденсатор, именно тут вода принимает тепло и нагревается в третьем контуре, то есть системе теплоснабжения.

В последствие, температура газов снижается и конденсируется для разряжения в вентиле и возврата в испарительную камеру. Повторение цикла снова и снова обеспечивает бесперебойное теплоснабжение. Теперь понятно что такое тепловой насос?

Особенно выгодно использовать тепловые насосы, потому что в период летнего зноя есть возможность запустить агрегат в обратном порядке, то есть режиме кондиционирования.

Лучшее предложение

Тепловые насосы японского производителя Hitachi отличаются качеством, надежностью и высокой эффективностью работы. Практически все модели новой линейки Yutaki работают на отопление, кондиционирование и в тоже время могут нагревать воду в вашем доме. Тепловой насос является комплексным решением, что позволяет экономить даже при температуре снаружи – 25°C, без вреда для окружающей среды. Также новая линейка оборудование имеет привлекательный дизайн, компактные габариты и очень просто в сервисном обслуживании.

Устройство теплового насоса

nasos.jpg

Испаритель – теплообменный аппарат, предназначен, для превращения хладагента в пар.

Компрессор — предназначенный для сжатия и перекачки паров хладагента.

Конденсатор — теплообменный аппарат для конденсации пара хладагента

Дроссель — предназначенный для снижения (редуцирования) рабочего давления в системе

Хладагент — рабочее вещество, теплового насоса, которое при кипении и в процессе изотермического расширения отнимает теплоту от охлаждаемого объекта и затем после сжатия передаёт её охлаждающей среде за счёт конденсации (воде, воздуху и т. п.).

Принцип работы теплового насоса

Хладагент под высоким давлением через капиллярное отверстие попадает в испаритель, где за счет резкого уменьшения давления происходит процесс испарения. При этом хладагент отнимает тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель в свою очередь отбирает тепло у земляного или водяного контура, за счет чего он постоянно охлаждается. Компрессор вбирает хладагент из испарителя, сжимает его, за счет чего температура хладагента резко повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме этого, в конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент отдает тепло (температура порядка 85-125 градусов Цельсия) отопительному контуру и переходит в жидкое состояние. Процесс повторяется постоянно. Когда температура в доме достигает необходимого уровня, электрическая цепь разрывается терморегулятором и тепловой насос перестает работать. Когда температура в отопительном контуре падает, терморегулятор вновь запускает тепловой насос. Таким образом, хладагент в тепловом насосе делает обратный цикл Карно.

Классификация тепловых насосов

Признак классификации

Содержание

1. Принцип действия

парокомпрессионные (ПТН);
абсорбционные (АТН).

2. Источники низкопотенциального тепла

теплота окружающего воздуха;
теплота водоемов и природных водных потоков (озеро, река и т.п);
теплота грунтовых и подземных вод;
теплота грунта (поверхностных и глубинных слоев земли);
теплота искусственных источников низкопотенциального тепла:
— удаляемый вентиляционный воздух;
— канализационные стоки, сточные воды;
— промышленные сбросы;
— тепло технологических процессов;
— бытовые тепловыделения и.т.п.

3 . Типы теплообменников

вода — вода;
вода — воздух;
воздух — воздух;
воздух — вода;
земля — вода;
земля — воздух.

4. Принцип взаимодействия рабочих сред

открытый цикл;
замкнутый цикл.

5. Оперативные функции теплового насоса
(потребители тепла)

система отопления;
система ГВС;
система подогрева бассейнов;
система охлаждения;
интегрированные системы (тепловой насос обеспечивает теплом системы отопления, горячего водоснабжения и охлаждения).

6. Режимы эксплуатации тепловых насосов

моновалентный режим;
моноэнергетический режим;
бивалентный режим:
— чередующийся;
— параллельный;
— частично параллельный.

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Тепловой насос использует электрическую энергию на много эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Коэффициент эффективности тепловых насосов на много больше единицы. Между собой тепловые насосы сравнивают по условной величиной — коэффициентом преобразования тепла (КПТ), также это понятие называется коэффициентом трансформации тепла, мощности, преобразования температур. Он показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. Например, КПТ = 4,5 означает, что номинальная (потребляемая) мощность теплового насоса составляет 1 кВт, на выходе мы получим 4,5 кВт тепловой мощности, то есть 3,5 кВт тепла мы получаем из природы.

Тепловой насос не только экономит деньги, но и бережет здоровье владельцам дома и их детям. Прибор не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, CO2, NOх, SO2, PbO2. Потому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Да и для нашей планеты применение тепловых насосов несомненное благо. Ведь на ТЭЦ сокращается расход газа или угля на производство электричества. Применяемые же в тепловых насосах хладоны не содержат хлористый углерод и озона безопасны.

У тепловых насосов в процессе отопления отсутствуют опасные газы, открытый огонь или вредные смеси. Детали теплового насоса не нагреваются до высоких температур, способных стать причиной пожара. Остановка теплового насоса не приведет к его поломке, им можно смело пользоваться после длительного простоя. Также исключено замерзания жидкостей в компрессоре или других составных частях.

Тепловые насосы, оборудованные реверсивным клапаном, работают как на отопление, так и на охлаждение. Тепловой насос может отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его. Летом избыточное тепло можно использовать для подогрева бытовой воды или для бассейна;

Широкий спектр применения.

На нашей планете существует множество рассеянного тепла. Земля и воздух есть везде, также большинство людей не имеют проблем с водой. Именно они содержат в себе тепловую энергию, полученную от Солнца. Тепловые насосы независимо от погодных условий, падение давления в газовой трубе соберут это тепло для вас. Все что нужно для этого — электрическая энергия. Но если ее нет, это тоже не проблема — некоторые модели тепловых насосов могут использовать дизельное топливо или бензин для своей работы.

К недостаткам тепловых насосов, используемых для отопления и горячего водоснабжения, следует отнести большую стоимость установленного оборудования.

Принцип работы теплового насоса

Тепловые насос. Принцип работы, установка, продажа.

С термином «тепловой насос» (ТН) значительной части белорусских граждан сталкиваться не приходилось. В то же время, многие из нас регулярно эксплуатируют тепловые насосы в повседневной жизни, ведь они являют собой неотъемлемую конструктивную часть холодильников и систем кондиционирования. Мы настолько привыкли к этим бытовым агрегатам, что даже не замечаем их. В этой статье мы объясним, как работает тепловой насос для отопления дома.

Геотермальное отопление: как это работает

Для швейцарцев, отопительные системы зданий на основе геотермальных теплонасосных установок, являются такой же обыденной вещью как для нас холодильники. Правила работы этого устройства схожи с кондиционером реверсного типа. Это означает, что тепловой насос способен не только отапливать помещение, но и давать холод в жаркие дни.

Главное отличие устройства от систем кондиционирования — адаптация изделия для эксплуатации при отрицательных температурах. Если кондиционер при минусе за окном существенно снижает производительность тепла, вплоть до остановки, то геотермальный насос продолжает с должным эффектом выполнять свои функции в любой обстановке. Даже в самые сильные морозы отопление тепловым насосом высокоэффективно обеспечивает комфортный уровень температуры внутри всех помещений.

Изобретение теплового насоса

конструкция теплового насоса, изобретение

Основные правила функционирования теплового насоса отражены в цикле Карно. Принципы функционирования базового устройства французский ученый описал в далеком 1824 г. в своей диссертации. Теплонасосная система, которая пригодна для практического использования, была разработана и представлена общественности лордом Кельвином в 1852 году. Свое детище лорд назвал «умножителем тепла». Изобретение позволило делать забор тепловой энергии в одной или нескольких точках и переносить ее в другую посредством системы коллекторов. К примеру, морозильная камера в бытовом холодильнике поглощает тепло из продуктов и в последующем выбрасывает его в пространство кухни. В камере морозилки происходит охлаждение продуктов, а задняя решетка холодильника накапливает тепло.

Принцип работы теплового насоса

Принцип действия теплового насоса

В основу функционирования геотермального теплового насоса, положено несколько базовых принципов. Любое вещество, имеющее температуру превышающую абсолютный ноль (минус 273C) — обладает тепловой энергией, наша задача преобразовать ее и перевести в пригодный для обогрева температурный интервал (+35…+65С). Поэтому принцип действия теплового насоса основан на аккумулировании природного низкопотенциального тепла из естественных источников (земля, водоем или воздух), окружающих строение, и передаче сконцентрированной энергии системе отопления здания. Тепловая энергия может также передаваться системе водоснабжения (ГВС), оборудованной в здании. Используя насос мы, грубо говоря, вкапываем «морозильную камеру» в землю либо погружаем в озеро в непосредственной близости от объекта. Важно то, что вне зависимости от температуры окружающей среды морозилка пребывает в незамерзающем состоянии, не покрывается льдом. Это позволяет сохранять высокий уровень эффективности сбора тепловой энергии. При этом устройство теплового насоса позволяет агрегату производить отбор тепла у источников различного типа – почвы, озера, реки, воздуха, канализационных стоков и т.д.

Коллекторы для сбора рассеянного тепла размещают в грунте или водоеме рядом с зданием, для которого нужно наладить отопление. Жидкость (незамерзающая смесь на основе гликоля) перемещается по трубкам коллектора, собирает тепловую энергию и возвращается к тепловому насосу. Насос, как и холодильник, производит отбор тепла, понижая температуру гликолевой смеси примерно на 4-6 градусов по Цельсию. Энергия, которую изъяло устройство, переходит отопительной системе здания. Далее цикл повторяется: жидкость начинает двигаться по трубам в почве либо водной среде, восстанавливая нужный уровень температуры, после чего снова подается на насосный агрегат. В условиях климата Беларуси, для круглогодичного использования, применяют коллекторы, изымающие энергию из почв и водоемов, так как в этих средах зимой температуры меняется не так сильно. «Воздушные» тепловые насосы используются для подогрева бассейнов в летний период, или как дополнительный источник тепла к существующим твердо- и жидко-топливным системам отопления (снижение расхода топлива на 70-80%). При необходимости охлаждения (кондиционирования) дома в жаркий летний период запускается реверсивный процесс. В этом случае происходит забор тепловой энергии внутри здания и сброс ее в грунт или воду. Один и тот же агрегат способен в зимние месяцы давать зданию тепло, а летом охлаждать его.

Основные функции теплового насоса

функции теплового насоса

Тепловые насосы способны в один момент времени выполнять сразу несколько попутных функций:

  • отопление здания;
  • подогрев воды для ее последующего использования в быту (ГВС);
  • кондиционирование помещений посредством фанкойлов;
  • подогрев воды в бассейнах;
  • подогрев кровли и тропинок для недопущения образования ледяной корки.

Получается, что одна установка геотермального отопления способна справляться сразу со всеми функциями по отоплению или охлаждению здания в зависимости от потребностей в конкретный момент времени.

ООО «Нова Грос» — Официальный сервисный и гарантийный центр Stiebel Eltron

Внешние коллекторы с открытым и закрытым циклом

Внешний контур (коллектор) для сбора тепловой энергии может работать в открытом и закрытом цикле. Выбор цикла влияет на способ обмена тепла с природной средой.

тепловой насос коллектор открытого типа

Коллектор открытого цикла.

Из озера, реки либо скважины с грунтовой водой осуществляется забор воды. Затем происходит ее подача к тепловому насосу. Жидкость передает (отбирает) тепло у насосного агрегата и отводится обратно в водоем, либо в приемную грунтовую скважину на некотором удалении от точки, где был выполнен забор. Главное преимущество открытого цикла является относительная дешевизна его устройства и возможности одновременного получения воды для бытового использования. Из недостатков можно отметить необходимость в частом обслуживании (чистке) теплообменника.

Коллектор закрытого цикла.

тепловой насос коллектор закрытого типа

Использует в работе особый состав, выполняющий роль теплоносителя. Функционирование системы в этом случае основано на прокачке этого теплоносителя сквозь коллекторы, которые располагаются на дне водоема, либо помещенные в почву. Теплоноситель изымает энергию у воды (земли), затем возвращается и передает ее насосу. Агрегат, с помощью компрессора, трансформирует низкотемпературную тепловую энергию (0-5С), в высокотемпературную (+35…+65С), и распространяет тепло по дому, а охлажденный теплоноситель отправляется на повторное прохождение цикла. Главное преимущество закрытого контура – не происходит смешения и взаимодействия сред, тепло передается через стенки коллектора. Такая система практически не требует обслуживания и рассчитана на срок эксплуатации 80-100 лет.

Если углубиться внутрь земли 1,5 метров, то там сохраняется температура около 10-12C вне зависимости от времени года.Увеличивая глубину, мы можем добиться повышения температуры. Данный способ является лучшим в плане эффективности работы теплового насоса. Мы получаем низкий расход электричества и самую дешевую тепловую энергию. Так, затратив 1кВт электроэнергии, мы получаем до 5кВт энергии тепла. Минус системы – значительные капиталовложения на первом этапе.

Геотермальные тепловые насосы — перспективы использования.

Перспективы использования теплового насоса

На сегодняшний день в таких странах как Швеция и Япония более 90% всех вновь возводимых частных домов используют для отопления геотермальные источники энергии. В нашей стране, при наличии в населенном пункте газопровода, срок окупаемости теплового насоса довольно высок. Но судя по последним государственным программам, стоимость возмещению расходов на отопление будет постепенно приближаться к 100%, что уже является поводом задуматься о перспективах отопления газом через 5-10 лет. В том случае, если для газификации участка необходимо разрабатывать проект, прокладывать 200-300 метров трубы, строить повысительную станцию и пр. выбор в пользу теплового насоса становиться очевидным.

Принцип работы теплового насоса

Постоянный рост цен на энергетические ресурсы заставляет владельцев загородных домов задумываться об использовании альтернативных систем. Сегодня уже очевидно каждому, что таким традиционным видам топлива для отопления, как природный газ, солярка, мазут, уголь, дрова, торфобрикеты или пеллеты нужно искать замену среди альтернативных источников. Одним из таких достаточно эффективных способов получения тепла является тепловой насос, принцип работы которого основан на отборе тепла от естественных низкопотенциальных источников возобновляемой энергии окружающей среды: грунт, термальные и артезианские грунтовые воды, водоёмы, наружный воздух.

Принцип работы теплового насоса

5 минут общения даст больше эффекта чем изучение всего сайта
Бесплатная консультация: +7 (495) 229-85-86

Схема тепловых насосов

Схема тепловых насосов

В общем, система отопления с использованием такого альтернативного агрегата в своём составе имеет:

  • зонд, представляющий собой, по сути, систему трубопроводов, которая находится в грунте или другой среде и служит для сбора и передачи тепла;
  • собственно сам насос, состоящий из четырёх основных конструктивных элементов: испаритель, компрессор, конденсатор и дроссельный вентиль, объединённых трубопроводами в замкнутую систему;
  • контур отопления.

На первый взгляд может показаться, что схема тепловых насосов довольно сложная, а принцип работы теплового насоса доступен для понимания только специалисту. Однако на самом деле всё гораздо проще. Чтобы понять принцип теплового насоса достаточно посмотреть на обычный холодильник, который забирает тепло от продуктов, лежащих внутри, и отводит его через решётку на задней стенке. Только схема тепловых насосов работает с точностью до наоборот – получает тепло из внешнего источника и передаёт его внутрь.

Работа теплового насоса

Итак, замкнутая система с циркулирующим хладагентом, например, фреоном, температура кипения которого всего порядка 4°С. Как осуществляется работа теплового насоса?

1. Холодный фреон начинает нагреваться в результате получаемого тепла от первичного контура в виде зонда, который в зависимости от используемого источника низкопотенциального тепла помещён в грунт, воду или находится на улице. Если говорить о грунте, то, как правило, его температура в течение года колеблется в пределах 8°С. Естественно, что при растущей температуре фреон начинает закипать и переходит в газообразное состояние.

2. На втором этапе фреон всасывается компрессором, где происходит его резкое сжатие с выделением большого количества тепла – температура фреона может достигать 90°С.

3. Далее перегретый газ подаётся в конденсатор. Этой температуры вполне достаточно для организации отопления и горячего водоснабжения загородного дома тепловым насосом. В конденсаторе температура хладагента падает, при этом выделяемое тепло передаётся системе отопления. Фреон конденсируется, превращаясь газожидкостную смесь.

4. В этом состоянии смесь поступает на дроссельный вентиль – специальный клапан, где происходит резкое снижение давления и температуры фреона, которая достигает 0°С, после чего превращённый в жидкость хладагент снова поступает с испаритель для получения тепла от возобновляемого природного источника – цикл замыкается.

Управление работой теплового насоса осуществляется терморегулятором. При достижении в помещении заранее заданной температуры он прекращает подачу электроэнергии на компрессор, останавливая работу системы, а при понижении температуры, включает его.

На сегодняшний день наибольшее распространение получили геотермальные агрегаты, принцип работы которых основан на получения тепла от грунта. Они наиболее эффективны, надёжны, долговечны и обеспечивают стабильные характеристики независимо от погодных условий и времени года.

Срок службы тепловых насосов Waterkotte и Danfoss 25 лет. Подробнее

Дополнительная информация, консультации, цены

Мы предложим эффективное и экономичное решение. Воспользуйтесь опытом наших технических специалистов — заполните форму справа, или позвоните.

(499) 265-2890
265-3180 (доб. 508 )

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *