Схематично тепловой насос можно представить в виде системы из трех замкнутых контуров.
В первом, внешнем, циркулирует теплоотдатчик (теплоноситель, собирающий тепло окружающей среды).
Во втором - хладагент (вещество, которое испаряется, отбирая тепло теплоотдатчика, и конденсируется, отдавая тепло теплоприемнику).
В третьем - теплоприемник (вода в системах отопления и горячего водоснабжения здания).
Внешний контур (коллектор) представляет собой уложенный в землю или в воду (напр. полиэтиленовый) трубопровод, в котором циркулирует незамерзающая жидкость - антифриз. Источником низкопотенциального тепла может служить грунт, скальная порода, озеро, река, море и даже выход теплого воздуха из системы вентиляции какого-либо промышленного предприятия.
Во второй контур, где циркулирует хладагент, как и в бытовом холодильнике, встроены теплообменники - испаритель и конденсатор, а также устройства, которые меняют давление хладагента - распыляющий его в жидкой фазе дроссель (узкое калиброванное отверстие) и сжимающий его уже в газообразном состоянии компрессор.
Рабочий цикл выглядит так. Жидкий хладагент продавливается через дроссель, его давление падает, и он поступает в испаритель, где вскипает, отбирая тепло, поставляемое коллектором из окружающей среды. Далее газ, в который превратился хладагент, всасывается в компрессор, сжимается и, нагретый, выталкивается в конденсатор. Конденсатор является теплоотдающим узлом теплового насоса: здесь тепло принимается водой в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и конденсируется, чтобы вновь подвергнуться разряжению в расширительном вентиле и вернуться в испаритель. После этого рабочий цикл начинается сначала.
1. Жидкость в наружном контуре подогревается природным источником тепла и попадает в испаритель. Отобранная энергия передается хладагенту внутри системы.
2. Хладагент (фреон, который кипит при температуре -40ºС), закипая, переходит в газообразное состояние и поступает в компрессор, глее сжимается, вследствие чего нагревается.
3. Горячий фреон подается в теплообменник конденсатора, где, переводя свое тепло в контур системы отопления (водоснабжения), переходит в жидкое состояние.
4. Фреон проходит стадию дополнительного отбора тепла, где его остаточная энергия используется для предварительного подогрева жидкости внутреннего контура, которая возвращается из системы отопления.
5. Фреон проходит дросселирующий клапан, попадает в зону низкого давления испарителя, и, отбирая тепло, закипает. Далее процесс повторяется.
Чтобы компрессор работал (поддерживал высокое давление и циркуляцию), его надо подключить к электричеству. Но на каждый затраченный кВт/час электроэнергии, тепловой насос вырабатывает 2,5-5 кВт/час тепловой энергии. Соотношение вырабатываемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации (или коэффициентом преобразования теплоты СОР) и служит показателем эффективности теплового насоса. Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: чем больше разность, тем меньше эта величина.
По этой причине тепловой насос должен использовать по возможности большое количество источника низкопотенциального тепла, не стремясь добиться его сильного охлаждения. В самом деле, при этом растет эффективность теплового насоса, поскольку при слабом охлаждении источника тепла не происходит значительного роста разницы температур. По этой причине тепловые насосы делают так, чтобы масса низкотемпературного источника тепла была значительно большей, чем нагреваемая масса. В этом состоит одно из важнейших отличий теплового насоса от традиционных (топливных) источников тепла, в которых вырабатываемая энергия зависит исключительно от теплотворной способности топлива. По этой причине тепловой насос в каком-то смысле "привязан" к источнику низкопотенциального тепла, имеющего большую массу. Эта проблема может быть решена введением в тепловой насос системы массопереноса, например, системы прокачки воды. Так устроена система центрального отопления Стокгольма.
Киевнаучфильм доступно о ТН
Работа спирального компрессора
Работа роторного компрессора
Работа поршневого компрессора
Разработка-дизайн No brands 2008 год. г. Днепропетровск *использование любых материалов сайта только с согласия ООО "ТАГА"
