Принцип работы теплового насоса. Как работает тепловой насос?

Сен, 2019 | Статьи

Для большинства это абсолютно новая и неизвестная технология, поэтому и возникают вопросы типа: «Что такое тепловой насос?», «Как выглядит тепловой насос?», «Как работает тепловой насос?» и пр.

Здесь мы постараемся просто и доступно дать ответы на все эти и еще много других вопросов, связанных с тепловыми насосами.

Что такое Тепловой Насос?

Тепловой насос — устройство которое отбирает рассеянное тепло из окружающей среды (грунт, вода или воздух) и переносит его в отопительный контур вашего дома.

Благодаря солнечным лучам, которые непрерывно поступают в атмосферу и на поверхность земли происходит постоянная отдача тепла. Именно таким образом поверхность земли круглый год получает тепловую энергию.

Воздух частично поглощает тепло от энергии солнечных лучей. Остатки солнечной тепловой энергии почти полностью поглощается землей.

Кроме того, геотермальное тепло из недр земли постоянно обеспечивает температуру грунта +8°С (начиная с глубины 1,5-2 метра и ниже). Даже холодной зимой температура на глубине водоемов остается в диапазоне +4-6°С.

Именно это низкопотенциальное тепло грунта, воды и воздуха переносит тепловой насос из окружающей среды в отопительный контур частного дома, предварительно повысив температурный уровень теплоносителя до необходимых +35-80°С.

ВИДЕО: Как работает тепловой насос Грунт-Вода?

Что делает Тепловой Насос?

Тепловые насосы — тепловые машины, которые предназначены для производства тепла с использованием обратного термодинамического цикла. 

Тепловые насосы переносят тепловую энергию от источника с низкой температурой в систему отопления с более высокой температурой. В процессе работы теплового насоса происходят затраты энергии, не превышающие объем произведенной энергии.

В термодинамике холодильных установок и тепловых насосов рассматривают обратный цикл Карно, состоящий из следующих стадий: адиабатического сжатия за счёт совершения работы; изотермического сжатия с передачей теплоты более 

нагретому тепловому резервуару; адиабатического расширения; изотермического расширения с отводом теплоты от более холодного теплового резервуара.

В обратном цикле Карно окружающая среда выступает в роли холодного источника тепла. При работе теплового насоса тепло внешней среды благодаря совершению работы передается потребителю, но с уже более высокой температурой.

Передать тепло от холодного тела (грунт, вода, воздух) возможно только при затрате работы (в случае с тепловым насосом — затраты электрической энергии на работу компрессора, циркуляционных насосов и пр.) или другого компенсационного процесса.

Еще тепловой насос можно назвать «холодильником наоборот», так как тепловой насос это та же холодильная машина, только в отличии холодильника тепловой насос забирает тепло снаружи и переносит его в помещение, то есть обогревает помещение (холодильник же охлаждает путем отбора тепла из холодильной камеры и выбрасывает его через конденсатор наружу).

Как работает Тепловой Насос?

Для того, что понять принцип работы теплового насоса нам нужно разобраться в нескольких вещах.

1. Тепловой насос способен извлекать тепло даже при отрицательной температуре.

Большинство будущих домовладельцев не могут понять принцип работы теплового насоса (в принципе любого воздушного теплового насоса), так как не понимают каким образом может извлекаться тепло из воздуха при отрицательной температуре зимой. Вернемся к основам термодинамики и вспомни определение теплоты.

Теплота — форма движения материи, представляющая собой беспорядочное движение образующих тело частиц (атомов, молекул, электронов и др.).

Даже при температуре 0˚С (ноль градусов по Цельсию), когда замерзает вода, в воздухе все еще есть теплота.  Ее значительно меньше чем, например при температуре +36˚С, но тем не менее и при нулевой и при отрицательной температуре происходит движение атомов, а значит и происходит выделение теплоты.

Движение молекул и атомов полностью прекращается при температуре -273˚С (минус двести семьдесят три градуса по Цельсию), что соответствует абсолютному нулю температуры (ноль градусов по шкале Кельвина). То есть и зимой при минусовой температуре в воздухе есть низкопотенциальное тепло, которое можно извлекать и переносить в дом.

2. Рабочая жидкость в тепловых насосах — хладагент (фреон).

Хладагент — рабочее вещество в тепловом насосе, которое отбирает теплоту от охлаждаемого объекта при испарении и передает тепло рабочей среде (например, воде или воздуху) при конденсации. Особенность хладагентов в том, что они способны закипать и при

отрицательных и при относительно низких температурах. Кроме того хладагенты могут переходить из жидкого состояния в газообразное и наоборот. Именно во время перехода из жидкого состояния в газообразное (испарения) происходит поглощение теплоты, а во время перехода из газообразного в жидкое (конденсации) происходит передача теплоты (отделение тепла).

3. Работа теплового насоса возможна благодаря его четырем ключевым компонентам.

Для того, чтобы понять принцип работы теплового насоса его устройство можно разделить на 4 основные элементы:

1. Компрессор, который сжимает хладагент для повышения его давления и температуры.

2. Расширительный клапан — терморегулирующий вентиль, который резко понижает давление хладагента.

3. Испаритель — теплообменник, в котором хладагент с низкой температурой поглощает тепло от окружающей среды.

4. Конденсатор — теплообменник, в котором уже горячий хладагент после сжатия передает тепло в рабочую среду отопительного контура.

Именно эти четыре компонента позволяют холодильным машинам производить холод, а тепловым насосам — тепло. 

Принцип работы теплового насоса

Теперь попытаемся подробно описать каждый этап работы теплового насоса. Как уже говорилось ранее — в основе работы тепловых насосов лежит термодинамический цикл. Это значит, что работа теплового насоса состоит из нескольких этапов цикла, которые повторяются снова и снова в определенной последовательности.

Рабочий цикл теплового насоса можно разделить на четыре следующие этапы:

1. Поглощение тепла из окружающей среды (кипение хладагента).

В испаритель (теплообменник) поступает хладагент, который находиться в жидком состоянии и имеет низкое давление. Как мы уже знаем при низкой температуре хладагент способен закипать и испаряться. Процесс испарения необходим для того, чтобы вещество поглотило тепло.

Согласно второму закону термодинамики тепло передается от тела с высокой температурой к телу с более низкой температурой. Именно на этом этапе работы теплового насоса хладагент с низкой температурой проходя по теплообменнику отбирает тепло от теплоносителя (рассола), который ранее поднялся из скважин, где отобрал низкопотенциальное тепло грунта (в случаи с грунтовыми тепловым насосами Грунт-Вода).

Дело в том, что температура грунта под землей в любое время года составляет +7-8°С. При использовании геотермального теплового насоса типа Грунт-Вода устанавливаются вертикальные зонды, по которым циркулирует рассол (теплоноситель). Задача теплоносителя — нагреться до максимально возмножной температуры во время циркуляции по глубинным зондам.

Когда теплоноситель отобрал тепло из грунта, он поступает в теплообменник теплового насоса (испаритель) где «встречается» с хладагентом, который имеет более низкую температуру. И согласно второму закону термодинамики происходит теплообмен: тепло от более нагретого рассола передается менее нагретому хладагенту.

Здесь очень важный момент: поглощение тепла возможно во время испарения вещества и наоборот, отдача теплоты происходит при конденсации. Во время нагрева хладагента от теплоносителя он меняет свое фазовое состояние: хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное (происходит процесс закипания хладагента, он испаряется).

Пройдя через испаритель хладагент находиться в газообразной фазе. Это уже не жидкость, но газ, который отобрал тепло у теплоносителя (рассола).

2. Сжатие хладагента компрессором.

На следующем этапе хладагент в газообразном состоянии попадает в компрессор. Здесь компрессор сжимает фреон, который за счет резкого увеличения давления нагревается до определенной температуры.

Аналогичным образом работает и компрессор обычного бытового холодильника. Единственное существенное отличие компрессора холодильника от компрессора теплового насоса — значительно меньшая производительность.

ВИДЕО: Как работает холодильник с компрессором

3. Передача тепла в систему отопления (конденсация).

После сжатия в компрессоре хладагент, который имеет высокую температуру поступает в конденсатор. В данном случае конденсатор — это тоже теплообменник, в котором во время конденсации происходит отдача теплоты от хладагента к рабочей среде отопительного контура (например воде в системе теплых полов, или радиаторов отопления).

В конденсаторе хладагент из газовой фазы снова переходит в жидкую. Этот процесс сопровождается выделением тепла, которое используется для системы отопления в доме и горячего водоснабжения (ГВС).

4. Понижение давления хладагента (расширение).

Теперь жидкий хладагент нужно подготовить к повторению рабочего цикла. Для этого хладагент проходит через узкое отверстие термо-регулирующего вентиля (расширительного клапана). После «продавливания» через узкое отверстие дросселя хладагент расширяется, вследствие чего падает его температура и давление.

Этот процесс сравним с распылением аэрозоля из балончика. После распыления балончик на короткое время становиться холоднее. То есть произошло резкое падение давления аэрозоля вследствие продавливания наружу, температура соответственно тоже падает.

Теперь хладагент снова находиться под таким давлением, при котором он способен закипеть и испаряться, что необходимо нам для поглощения тепла от теплоносителя.

Задача ТРВ (термо-регулирующий вентиль) — снизить давление фреона путем расширения его на выходе из узкого отверстия. Теперь фреон снова готов закипать и поглощать тепло.

Цикл снова повторяется до тех пор, пока система отопления и ГВС не получит от теплового насоса необходимый объем тепла.

ОПАЛЕННЯ БУДИНКУ

Найефективніше і автономне джерело тепла, економніше газу в 3-5 рази.

ГАРЯЧА ВОДА

Економніше будь-якого електрокотла в 4-7 разів. Гарячу воду в будинку приготує тепловий насос у необхідній кількості.

КОНДИЦІОНУВАННЯ

Активне та пасивне охолодження тепловим насосом.

НЕЗАЛЕЖНІСТЬ

Більше не потрібно платити за газ, витрати електрики зводяться до мінімуму.

МЕНШЕ ВИТРАТ

Система, яка забезпечує будинок теплом, холодом і гарячою водою за низькою ціною.

ЕКОЛОГІЧНІСТЬ

Тепловий насос  абсолютно безпечний для природи та використання.

Як працює тепловий насос? Який принцип дії теплового насоса? Як тепловий насос відбирає тепло з надр землі?

Тепловий насос — пристрій для перенесення теплової енергії від джерела низькопотенційної теплової енергії (з низькою температурою) до споживача (теплоносія) з вищою температурою. Термодинамічно тепловий насос аналогічний холодильній машині. Однак якщо в холодильній машині основною метою є виробництво холоду шляхом відбору теплоти з будь-якого об'єму випарником, а конденсатор здійснює скидання

ПРОФЕСІЙНА УСТАНОВКА

ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ ПІД КЛЮЧ

Скільки насправді електроенергії споживають теплові насоси? Скільки коштує кВт теплової потужності для опалення? Як працює тепловий насос? Яка ціна теплового насоса, необхідного для опалення мого будинку?

ЯКУ МОДЕЛЬ ТЕПЛОВОГО НАСОСУ

ВИБРАТИ?

Теплові насоси Повітря-Вода

Повітряний тепловий насос або тепловий насос типу Повітря-Вода переносить низькопотенційне тепло з повітря в систему опалення будинку. Цей тип теплових насосів найменш ефективний у порівнянні з іншими видами теплових насосів. Водночас повітряні теплові насоси мають найнижчу вартість і не вимагають додаткових витрат при встановленні.

Теплові насоси Грунт-Вода

Геотермальні теплові насоси, які отримують тепло з надр землі ще називають тепловими насосами типу Грунт-Вода. Завдяки тому, що температура ґрунту навіть у холодну пору року залишається плюсовою, теплові насоси Грунт-Вода є більш ефективними, ніж повітряні теплові насоси. Геотермальні теплові насоси Ґрунт-Вода вимагають укладання горизонтальних колекторів або вертикальних зондів.

Теплові насоси Вода-Вода

Геотермальні теплові насоси, які переносять тепло з підземних вод, озер та рік називають тепловими насосами типу Вода-Вода.

Температура ґрунтових вод цілий рік зберігається в діапазоні від +7°C до +12°C, що робить роботу водяного теплового насоса найбільш ефективною в порівнянні з повітряними або ґрунтовими телпонасосами. Однак цей тип теплових насосів має низку вимог при його встановленні.

Залишились питання?

Ви можете задати їх нашим фахівцям.

теплоти в навколишнє середовище, то в тепловому насосі картина зворотна. Конденсатор є теплообмінним апаратом, що виділяє теплоту для споживача, а випарник — теплообмінним апаратом, що утилізує низькопотенційну теплоту: вторинні енергетичні ресурси та (або) нетрадиційні відновлювані джерела енергії.

Що робить тепловий насос Heliotherm?

Спроектуємо систему під ваш спосіб життя! Встановимо перевірене обладнання! Розберемося в задачі та знайдемо найкраще рішення!

Вирішили встановлювати тепловий насос?

Наши специалисты с радостью ответят на все ваши вопросы.

Обращайтесь!

Тогда Мы с радостью для Вас организуем экскурсию на один из реализованных нами объектов. У Вас будет возможность не только увидеть работающею систему на тепловом насосе, а еще и пообщаться с человеком который живет с этой системой.

Бажаєте розібратися "Який тепловий насос працює ефективніше?"

Якщо Ви хочете побачити як працює тепловий насос?

СТО Тепла — опалення, вентиляція та кондиціювання!

Компанія СТО Тепла встановлює теплові насоси різних брендів і виробників (як вітчизняних, так і зарубіжних). І на сьогоднішній день австрійські теплові насоси Heliotherm — найкраще, що ви можете встановити для опалення вашого будинку.

Австрійські теплові насоси Heliotherm – одні з найефективніших та найнадійніших на ринку Європи. За 30 років існування підприємства ім'я Heliotherm стало синонімом високої ефективності та передових технологій.

Моніторинг та налаштування параметрів теплового насоса Heliotherm через Інтернет за допомогою комп'ютера або смартфона.

Покращена ефективність завдяки додатковому теплообміннику, що допомагає повністю конденсувати холодоагент.

Високоточна технологія регулювання робочого середовища для максимальної ефективності теплового насоса.

WEB Control ®

Тwin-X ®

DSI-Technik ®

Енергоефективність A+++

Середньорічний COP від ​​5 до 8

Технологія модуляції

Теплові насоси Heliotherm потребують мінімального споживання енергії. Готові для підключення до сонячних батарей.

Високий COP (коефіцієнт перетворення теплоти) — більше теплової енергії для будинку за меншу вартість.

Інтелектуальна технологія модуляції від Heliotherm розроблена для того, щоб тепловий насос працював ще на 25% ефективніше.

СТО Тепла – інноваційна компанія, що працює у сфері ексклюзивних інженерних мереж на базі енергоефективного обладнання. Наші послуги завжди потрібні, а коло клієнтів широке: від власників особняків до великих корпорацій та державних підрядів. Ми реалізуємо повний цикл - від проекту до монтажу та подальшого сервісного обслуговування