С тепловыми насосами мы можем встречаться каждый день в быту, хотя может оказаться так, что кто-то слышит это название впервые. Речь идет об обычных холодильниках и кондиционерах, которые есть практически в каждом доме, и к которым мы так привыкли. По сути, принцип работы всех данных устройств одинаковый, различается только назначение.

Принцип работы теплового насоса на примере холодильника

Понятия «холодно» и «тепло» не имеют никакого отношения к физике, это только представления людей о температуре какого-нибудь тела. Представим яблоко, температура которого 0 градусов Цельсия. Для того чтобы охладить это яблоко до температуры минус 10 градусов, нам нужно забрать у него некоторую часть тепла. Это тепло потом можно будет или передать каким-либо другим телам, нагревая их, или рассеять в воздухе. Тепловой насос осуществляет функции устройства, которое предназначено для передачи тепловой энергии от одного тела к другому.

Рассмотрим подробнее принцип теплового насоса на примере обычного холодильника. В нем все более прозаично – то же самое яблоко находится в холодильной камере, яблоко охлаждается с комнатной температуры (около 24 градусов) до температуры внутреннего пространства холодильника (5 градусов). Тепло, которое у яблока забирается, предается на заднюю стенку холодильника – радиатор (решетка сзади холодильника), именно поэтому она на ощупь практически всегда горячая.

Горячий радиатор холодильника обогревает комнатный воздух, т.е. отапливает помещение. Таким образом, если заставить усиленно работать холодильник, то воздух в помещении будет больше нагреваться. Но для этого будут постоянно требоваться предметы, у которых можно забирать тепло и передавать его радиатору холодильника. И чем выше температура предметов, тем быстрее, легче и эффективнее будет происходить съем тепла.

• Тепловые насосы в производстве
• Почему бы тепло от сточных вод не применять с пользой?
• Отопление дома тепловым насосом
• Мощность и срок службы теплового насоса

Для отопления тепловым насосом легче всего обустроить охлаждение воздуха за окном. Представьте, что холодильник стоит на уличном балконе, его дверка открыта, а задняя стенка с радиатором расположена в комнате. Получается, что холодильник (тепловой насос по факту) будет пытаться охладить весь уличный воздух, которого бесконечное количество, и, забирая у него тепло, будет передавать его в помещение. В этом и состоит принцип теплового насоса. Наряду с воздухом тепло можно забирать у земли или воды.

Важное заключение: при отоплении тепловым насосом потребуется только электрическая энергия, которая есть в каждом доме. При этом на каждый кВт затраченной электроэнергии, будет получаться 3-5 кВт тепла.

Принцип работы теплового насоса «по-научному»

Тепловой насос является парокомпрессионной системой, которая предназначена для переноса тепла от низкопотенциального источника к высокопотенциальному, т.е. от холодного объекта к горячему. Процесс передачи тепла происходит путем конденсации и испарения, которое циркулирует по замкнутому контуру хладагента (фреона), и электроэнергия тратится только на это перемещение в тепловых насосах. Принцип работы теплового насоса основан на цикле Карно.

В компрессоре происходит сжимание газообразного хладагента и за счет этого происходит нагревание. Затем под большим давлением высокая температура переходит в конденсатор-теплообменник, где начинает охлаждаться, отдавая системе отопления полезное тепло, и конденсируется в жидкость. Когда газ прошел через расширительный вентиль, он начинает расширяться, давление снижается, и происходит резкое понижение температуры до уровня ниже окружающей среды (грунта и т.д.). Хладагент попадает после этого в теплообменник-испаритель, где происходит его испарение, он забирает от окружающей среды тепло (грунта и т.д.), после чего превращается в газообразное состояние и снова поступает в компрессор. Принцип работы теплового насоса аналогичен принципу работы кондиционера.

В качестве низкопотенциального теплового источника может выступать земля, вода и воздух, как самые доступные и распространенные источники тепла из самовозобновляемых источников. Самые широко используемые тепловые насосы: геотермальные и воздушные.

Если в качестве низкопотенциального источника тепла выбран воздух, то наружный блок с теплообменником-испарителем удобно располагать снаружи здания, где он может контактировать с окружающей воздушной средой. Если применяется тепло воды или земли, то теплообменник-испаритель соединяется с теплосборным дополнительным контуром, который проходит через озеро, скважину или в земле, ниже уровня промерзания.

Тепло от теплового насоса передается внутреннему блоку сразу или через контур отопительной системы в отопительные радиаторы, фанкойлы или теплые полы.

Принцип работы теплового насоса является таковым, что нагрев теплового носителя отопительного контура осуществляется в процессе переноса тепла, а не его генерирования, как при использовании котельного оборудования, поэтому коэффициент преобразования тепла составляет от 3 до 5. Это значит, что на 1 кВт израсходованной электроэнергии вырабатывается 3-5 кВт тепловой энергии!

Вопреки всем заблуждениям, тепловые воздушные насосы в России можно и нужно использовать. Они при этом гораздо быстрее окупаются, чем геотермальные, которые так сильно продвигают российские маркетологи.

Как выбрать тепловой насос

Выбор теплового насоса для осуществления системы кондиционирования или отопления осуществляется на этапе проектирования на основе индивидуальных особенностей объекта, режимов функционирования отопительной системы и максимально возможной эффективности системы.

Изучая продукцию производителей тепловых насосов из Китая или неизвестных фирм можно сразу столкнуться с несовпадением указанной в документации мощности тепловых насосов (обычно она завышена), отсутствием гарантийного комплекта оборудования (грунтовых зондов), с тем, что нет комплекта запасных частей для оперативного ремонта, с нерусифицированным меню контроллера. Также часто утверждается, что при создании теплового насоса было применено «ноу-хау», что позволило сделать его характеристики намного выше, но сертификации, тем более европейской, прибор не проходил.