Тепловой насос: принцип работы - особенности и виды
Содержание:
1.
Откуда насос берет тепло?
2.
Система отопления с тепловым насосом
3.
Примерный расчет теплопроизводительности
4.
Виды тепловых насосов
5.
Преимущества тепловых насосов
6.
Некоторые особенности эксплуатации насосов
Такой агрегат как тепловой насос принцип работы имеет сходный с бытовыми приборами – холодильником и кондиционером. Примерно 80% своей мощности он заимствует у окружающей среды. Насос перекачивает тепло с улицы в помещение. Его работа подобна принципу функционирования холодильника, отличается только направление переноса тепловой энергии.
Например, для охлаждения бутылки с водой люди ставят ее в холодильник, затем бытовой прибор частично «забирает» у этого предмета тепло и теперь, по закону сохранения энергии должен его отдать. Но куда? Все просто, для этого в холодильнике имеется радиатор, как правило, находящийся на его задней стенке. В свою очередь радиатор, нагреваясь, отдает тепло помещению, в котором стоит. Таким образом, холодильник отапливает комнату. До какой степени она прогревается, можно почувствовать в небольших магазинах жарким летом, когда включено несколько холодильных установок.
А теперь немного фантазии. Предположим, что в холодильник постоянно подкладываются теплые предметы, и он обогревает комнату или его расположили в оконном проеме, открыли дверцу морозильной камеры наружу, при этом радиатор находился в помещении. В процессе своей работы, бытовой прибор, охлаждая воздух на улице, одновременно будет переносить тепловую энергию, которая есть снаружи, в здание. Точно такой имеет тепловой насос принцип действия.
Откуда насос берет тепло?
Функционирует тепловой насос, благодаря эксплуатации природных низкопотенциальных источников тепловой энергии, среди которых:
- окружающий воздух;
- водоемы (реки, озера, моря);
- грунт и грунтовые артезианские и термальные воды.
Система отопления с тепловым насосом
Когда для обогрева используется тепловой насос - принцип работы его основан на интеграции в отопительную систему. Она состоит из двух контуров, к которым добавляется третий, представляющий собой конструкцию насоса.
Теплоноситель, забирающий на себя тепло из окружающей среды, циркулирует по внешнему контуру. Он попадает в испаритель насоса и отдает хладагенту примерно 4 -7 °C, притом, что его температура кипения равна -10 °C. В результате хладагент закипает и дальше переходит в газообразное состояние. Уже охлажденный теплоноситель во внешнем контуре направляется на следующий виток для набора температуры.
Состоит функциональный контур теплового насоса из:
- испарителя;
- хладагента;
- электрического компрессора;
- конденсатора;
- капилляра;
- терморегулирующего управляющего устройства.
Процесс, как работает тепловой насос, выглядит примерно так:
- Хладагент после закипания, двигаясь по трубопроводу, попадает в компрессор, работающий при помощи электроэнергии. Это устройство сжимает хладагент, находящийся в газообразном состоянии, до высокого давления, что вызывает повышение его температуры.
- Горячий газ попадает в другой теплообменник (конденсатор), в котором тепло хладагента отдается теплоносителю, циркулирующему по внутреннему контуру отопительной системы, или воздуху в помещении.
- Остывая, хладагент переходит в жидкое состояние, после чего проходит сквозь капиллярный редукционный клапан, теряя давление, и затем снова оказывается в испарителе.
- Таким образом, цикл завершился, и процесс готов повториться.
Примерный расчет теплопроизводительности
На протяжении часа через насос по внешнему коллектору проходит 2,5-3 кубометра теплоносителя, который земля в состоянии нагреть на ∆t = 5-7 °C. Чтобы рассчитать тепловую мощность данного контура, следует воспользоваться формулой:
Q = (T
1 - T
2) x V, где:
V – расход теплоносителя в час (м
3/час);
T
1 - T
2 — разница температуры на входе и входе (°C) .
Виды тепловых насосов
В зависимости от вида потребляемого рассеянного тепла тепловые насосы бывают:
- грунт-вода - для их работы в водяной отопительной системе используются закрытые грунтовые контуры или геотермальные зонды, находящиеся на глубине. Читайте также: "Геотермальное отопление: принцип работы на примерах";
- вода-вода - принцип работы теплового насоса для отопления дома в данном случае основывается на использовании открытых скважин для забора грунтовых вод и их сброса. При этом внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;
- вода-воздух – устанавливают внешние водяные контуры и задействуют отопительные конструкции воздушного вида;
- воздух-воздух – для их функционирования используют рассеянное тепло наружных воздушных масс плюс воздушная система отопления дома.
Преимущества тепловых насосов
Совет: Используйте наши строительные калькуляторы онлайн, и вы выполните расчеты строительных материалов или конструкций быстро и точно.
- Экономичность и эффективность. Принцип действия тепловых насосов, изображенных на фото, основан не на производстве тепловой энергии, а на переносе ее. Таким образом, КПД теплового насоса должен быть больше единицы. Но как такое возможно? В отношении работы тепловых насосов используется величина, которая называется коэффициентом преобразования тепла или сокращенно КПТ.
Характеристики агрегатов данного типа сравнивают именно по этому параметру. Физический смысл величины заключается в определении соотношения между количеством полученного тепла и затраченной на его получение энергии. Например, если коэффициент КПТ равен 4,8, это означает, что электроэнергия в 1кВт, затраченная насосом, позволяет получить 4,8 кВт тепла, причем безвозмездно от природы.
- Универсальное повсеместное применение. В случае отсутствия доступных для потребителей линий электропередач работу компрессора насоса обеспечивают при помощи дизельного привода. Поскольку природное тепло есть повсюду, принцип работы этого устройства позволяет использовать его повсеместно.
- Экологичность. Принцип работы теплового насоса основан на малом потреблении электроэнергии и отсутствии продуктов горения. Используемый агрегатом хладагент не содержит хлоруглеродов и полностью озонобезопасен.
- Двунаправленный режим функционирования. В отопительный период тепловой насос способен обогревать здание, а в летнее время охлаждать его. Тепло, отобранное у помещения, можно применять для обеспечения дома горячим водоснабжением, а, если имеется бассейн, подогревать в нем воду.
- Безопасная эксплуатация. В работе тепловых насосов отсутствуют опасные процессы – нет открытого огня, и не выделяются вредные для здоровья человека вещества. Теплоноситель не имеет высокой температуры, что делает устройство безопасным и одновременно полезным в быту.
- Автоматическое управление процессом обогрева помещений.
Принцип работы теплового насоса, достаточно подробное видео:
Некоторые особенности эксплуатации насосов
Чтобы обеспечить эффективную работу теплового насоса, необходимо соблюдать ряд условий:
- помещение должно быть качественно утепленным (теплопотери не могут превышать 100 Вт/ м²);
- тепловой насос выгодно использовать для низкотемпературных отопительных систем. Данному критерию соответствует система теплого пола, поскольку ее температура 35-40°C. КПТ во многом зависит от соотношения между температурой входного контура и выходного.
Принцип работы тепловых насосов заключается в переносе тепла, что позволяет получать коэффициент преобразования энергии величиной от 3 до 5. Другими словами каждый 1 кВт использованной электроэнергии приносит в дом 3-5 кВт тепла.
Тепловой насос: принцип работы - особенности и виды
Содержание:<br>
<br>
1. <a href="#1">Откуда насос берет тепло?</a><br>
2. <a href="#2">Система отопления с тепловым насосом</a><br>
3. <a href="#3">Примерный расчет теплопроизводительности</a><br>
4. <a href="#4">Виды тепловых насосов</a><br>
5. <a href="#5">Преимущества тепловых насосов</a><br>
6. <a href="#6">Некоторые особенности эксплуатации насосов</a><br>
<br>
Такой агрегат как тепловой насос принцип работы имеет сходный с бытовыми приборами – холодильником и кондиционером. Примерно 80% своей мощности он заимствует у окружающей среды. Насос перекачивает тепло с улицы в помещение. Его работа подобна принципу функционирования холодильника, отличается только направление переноса тепловой энергии.
<p style="text-align: center;">
<img width="580" alt="принцип работы теплового насоса" src="/upload/medialibrary/333/333c24f7a6d7df7cf5ee1e5c9ec62f3c.jpg" height="441" loading="lazy" title="тепловой насос принцип работы">
</p>
Например, для охлаждения бутылки с водой люди ставят ее в холодильник, затем бытовой прибор частично «забирает» у этого предмета тепло и теперь, по закону сохранения энергии должен его отдать. Но куда? Все просто, для этого в холодильнике имеется радиатор, как правило, находящийся на его задней стенке. В свою очередь радиатор, нагреваясь, отдает тепло помещению, в котором стоит. Таким образом, холодильник отапливает комнату. До какой степени она прогревается, можно почувствовать в небольших магазинах жарким летом, когда включено несколько холодильных установок. <br>
<br>
А теперь немного фантазии. Предположим, что в холодильник постоянно подкладываются теплые предметы, и он обогревает комнату или его расположили в оконном проеме, открыли дверцу морозильной камеры наружу, при этом радиатор находился в помещении. В процессе своей работы, бытовой прибор, охлаждая воздух на улице, одновременно будет переносить тепловую энергию, которая есть снаружи, в здание. Точно такой имеет тепловой насос принцип действия.<br>
<a name="1"></a>
<h2>Откуда насос берет тепло?</h2>
<a name="777"></a> <u><i>Функционирует тепловой насос, благодаря эксплуатации природных низкопотенциальных источников тепловой энергии, среди которых:</i></u><br>
<ul>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">окружающий воздух;</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">водоемы (реки, озера, моря);</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">грунт и грунтовые артезианские и термальные воды.</span></li>
</ul>
<a name="2"></a>
<h3>Система отопления с тепловым насосом</h3>
Когда для обогрева используется тепловой насос - принцип работы его основан на интеграции в отопительную систему. Она состоит из двух контуров, к которым добавляется третий, представляющий собой конструкцию насоса.
<p style="text-align: center;">
<img width="640" alt="кпд теплового насоса" src="/upload/medialibrary/ca7/ca713623dadaa99ccae38160130d34a9.jpg" height="321" loading="lazy" title="как работает тепловой насос">
</p>
Теплоноситель, забирающий на себя тепло из окружающей среды, циркулирует по внешнему контуру. Он попадает в испаритель насоса и отдает хладагенту примерно 4 -7 °C, притом, что его температура кипения равна -10 °C. В результате хладагент закипает и дальше переходит в газообразное состояние. Уже охлажденный теплоноситель во внешнем контуре направляется на следующий виток для набора температуры.<br>
<br>
<u><i>Состоит функциональный контур теплового насоса из:</i></u><br>
<ul>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">испарителя;</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">хладагента;</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">электрического компрессора;</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">конденсатора;</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">капилляра;</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">терморегулирующего управляющего устройства.</span></li>
</ul>
<u><i><a name="777"></a>Процесс, как работает тепловой насос, выглядит примерно так:</i></u><br>
<ul>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">Хладагент после закипания, двигаясь по трубопроводу, попадает в компрессор, работающий при помощи электроэнергии. Это устройство сжимает хладагент, находящийся в газообразном состоянии, до высокого давления, что вызывает повышение его температуры.</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">Горячий газ попадает в другой теплообменник (конденсатор), в котором тепло хладагента отдается теплоносителю, циркулирующему по внутреннему контуру отопительной системы, или воздуху в помещении.</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">Остывая, хладагент переходит в жидкое состояние, после чего проходит сквозь капиллярный редукционный клапан, теряя давление, и затем снова оказывается в испарителе.</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">Таким образом, цикл завершился, и процесс готов повториться. </span></li>
</ul>
<p style="text-align: center;">
<img width="640" alt="тепловой насос принцип работы и особенности" src="/upload/medialibrary/7ff/7ff7474568cee24f9024639ccf7dd09c.jpg" height="450" loading="lazy" title="тепловой насос принцип действия">
</p>
<a name="3"></a>
<h3>Примерный расчет теплопроизводительности</h3>
На протяжении часа через насос по внешнему коллектору проходит 2,5-3 кубометра теплоносителя, который земля в состоянии нагреть на ∆t = 5-7 °C. Чтобы рассчитать тепловую мощность данного контура, следует воспользоваться формулой:<br>
<br>
Q = (T<sub>1</sub> - T<sub>2</sub>) x V, где:<br>
V – расход теплоносителя в час (м<sup>3</sup>/час);<br>
T<sub>1</sub> - T<sub>2</sub> — разница температуры на входе и входе (°C) .<br>
<a name="4"></a>
<h2>Виды тепловых насосов</h2>
<a name="777"></a> <u><i>В зависимости от вида потребляемого рассеянного тепла тепловые насосы бывают:</i></u><br>
<br>
<ul>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">грунт-вода - для их работы в водяной отопительной системе используются закрытые грунтовые контуры или геотермальные зонды, находящиеся на глубине. Читайте также: "<a target="_blank" href="https://teplospec.com/alternativnoe-otoplenie/geotermalnoe-otoplenie-printsip-raboty-na-primerakh.html" data-turbo="false">Геотермальное отопление: принцип работы на примерах</a>";</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">вода-вода - принцип работы теплового насоса для отопления дома в данном случае основывается на использовании открытых скважин для забора грунтовых вод и их сброса. При этом внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">вода-воздух – устанавливают внешние водяные контуры и задействуют отопительные конструкции воздушного вида;</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">воздух-воздух – для их функционирования используют рассеянное тепло наружных воздушных масс плюс воздушная система отопления дома. </span></li>
</ul>
<p style="text-align: center;">
<img width="580" alt="тепловой насос принцип работы и устройство" src="/upload/medialibrary/4d2/4d2d67f5099634059cf622d9bea28288.jpg" height="422" loading="lazy" title="тепловой насос принцип работы и характеристика">
</p>
<a name="5"></a>
<h2>Преимущества тепловых насосов</h2>
<a name="777"></a>
<ol>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;"><b>Экономичность и эффективность</b>. Принцип действия тепловых насосов, изображенных на фото, основан не на производстве тепловой энергии, а на переносе ее. Таким образом, КПД теплового насоса должен быть больше единицы. Но как такое возможно? В отношении работы тепловых насосов используется величина, которая называется коэффициентом преобразования тепла или сокращенно КПТ.<br>
<br>
Характеристики агрегатов данного типа сравнивают именно по этому параметру. </span><span style="font-family: Arial, sans-serif;">Физический смысл величины заключается в определении соотношения между количеством полученного тепла и затраченной на его получение энергии. Например, если коэффициент КПТ равен 4,8, это означает, что электроэнергия в 1кВт, затраченная насосом, позволяет получить 4,8 кВт тепла, причем безвозмездно от природы.<br>
<br>
</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;"><b>Универсальное повсеместное применение</b>. В случае отсутствия доступных для потребителей линий электропередач работу компрессора насоса обеспечивают при помощи дизельного привода. Поскольку природное тепло есть повсюду, принцип работы этого устройства позволяет использовать его повсеместно.<br>
<a name="777"></a><br>
</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;"><b>Экологичность</b>. Принцип работы теплового насоса основан на малом потреблении электроэнергии и отсутствии продуктов горения. Используемый агрегатом хладагент не содержит хлоруглеродов и полностью озонобезопасен.<br>
<br>
</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;"><b>Двунаправленный режим функционирования</b>. В отопительный период тепловой насос способен обогревать здание, а в летнее время охлаждать его. Тепло, отобранное у помещения, можно применять для обеспечения дома горячим водоснабжением, а, если имеется бассейн, подогревать в нем воду.<br>
<br>
</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;"><b>Безопасная эксплуатация</b>. В работе тепловых насосов отсутствуют опасные процессы – нет открытого огня, и не выделяются вредные для здоровья человека вещества. Теплоноситель не имеет высокой температуры, что делает устройство безопасным и одновременно полезным в быту.<br>
<br>
</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;"><b>Автоматическое управление</b> процессом обогрева помещений. </span></li>
</ol>
<i><b><br>
</b></i><i><b>Принцип работы теплового насоса, достаточно подробное видео:</b></i><br>
<br>
<div align="center">
<div class="video-wrapper">
<div class="video-responsive">
<iframe width="640" height="480" src="https://www.youtube.com/embed/qDcpmHiAvKc?rel=0&controls=0&showinfo=0" loading="lazy" frameborder="0" allowfullscreen="" style="font-family: Arial, sans-serif;">
</iframe>
</div>
</div>
</div>
<a name="6"></a>
<h2>Некоторые особенности эксплуатации насосов</h2>
<a name="777"></a> <u><i>Чтобы обеспечить эффективную работу теплового насоса, необходимо соблюдать ряд условий:</i></u><br>
<ul>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">помещение должно быть качественно утепленным (теплопотери не могут превышать 100 Вт/ м²);</span></li>
<li><span style="font-family: Arial, sans-serif;">тепловой насос выгодно использовать для низкотемпературных отопительных систем. Данному критерию соответствует система теплого пола, поскольку ее температура 35-40°C. КПТ во многом зависит от соотношения между температурой входного контура и выходного. </span></li>
</ul>
<p style="text-align: center;">
<img width="580" alt="основной принцип работы теплового насоса" src="/upload/medialibrary/8cb/8cb868c39c973488eae460104221a017.jpg" height="474" loading="lazy" title="какой принцип работы теплового насоса">
</p>
Принцип работы тепловых насосов заключается в переносе тепла, что позволяет получать коэффициент преобразования энергии величиной от 3 до 5. Другими словами каждый 1 кВт использованной электроэнергии приносит в дом 3-5 кВт тепла. <br>