geo-comfort@yandex.ru
Многих интересует принцип действия теплового насоса.
Все очень просто. В каждом доме есть обычный бытовой холодильник. Это тот же тепловой насос, только наоборот. Когда мы ставим кастрюлю с супом во внутрь, то холодильник отбирает тепло от супа и «выбрасывает» его в кухню. Т.е., через какое-то время суп остывает, а стенки холодильника становятся горячими. Вот эти горячие стенки и есть тепло которое забрали у супа.
Теперь в камеру холодильника поместим коробки с землей. Холодильник также отберет тепло из земли и отдаст это тепло в кухню. Только в этом случае земля отдаст тепло и все, а в случае, если холодильник без компрессора и конденсатора (это наши горячие трубки) зарыть в огороде, то компрессор не будет выключаться, потому что, как только он охладит рядом с собой землю и появится перепад температур, то тепло земли устремится в направлении холодильника. Это тепло будет поступать вечно. Если же мы горячие трубки поместим в тазик с водой, то вода нагреется. Вот и весь принцип. Низкопотенциальное тепло забираем от земли и с помощью компрессора нагреваем газообразный фреон, который через теплообменник нагревает воду в системе отопления. Это примитивное объяснение работы теплового насоса. Теперь немного физики и устройства.
Основные элементы теплового насоса участвующие в отоплении дома:
- Компрессор
Компрессор – сердце всей системы. Чаще всего, компрессоры в тепловых насосах устанавливаются от известных производителей. Такие компрессоры имеют высокое качество сборки и надежность.
- Теплообменник 1 (испаритель)
- Теплообменник 2 (конденсатор)
Теплообменники. Чаще всего в тепловом насосе применяется паянный теплообменники. Он состоит из нескольких пластин спаянных между собой герметично. С одной стороны пластины подается жидкость, с другой фреон.
Испаритель – это теплообменник, в котором фреон из жидкого состояния превращается в газообразное.
Конденсатор – это теплообменник в котором наоборот, фреон из газообразного состояния превращается в жидкое.
- Контроллер
Контроллер – «мозги» теплового насоса, который управляет работой всей системой и обеспечивает защиту оборудования от поломок.
- Фреон
Фреон – это посредник, который отбирает тепло у источника энергии и отдает его к потребителю (воде в системе отопления).
- Источник энергии
Источник энергии – в качестве источника может служит земля, вода из скважины, водоем, воздух. Это неисчерпаемые источники энергии
- Нагреваемая вода в системе отопления
Вода в системе отопления. Это та привычная для нас вода, которая течет по трубам к нашим радиаторам и водяным теплым полам.
Процесс, происходящий внутри теплового насоса
Мы все помним, как в школе нам рассказывали на уроке физики, что вода на Эвересте начинает кипеть при температуре +30С. Это происходит из-за того, что вершина Эверест находится на километры выше от уровня моря и давление там очень низкое.
Тот же принцип использован и в холодильной технике. На стороне испарителя давление низкое и вода или рассол, приходящий из земных глубин имеет невысокую температуру, но все равно такие условия позволяют закипать фреону и превращаться в пар. При этом фреон отбирает тепло от жидкости, пришедшей из земли в испаритель. Для примера. В испаритель может прийти жидкость температурой 0С, а уйти с температурой -4С. Мы отобрали всего четыре градуса, но при большом объеме приходящей жидкости этого достаточно. Единственное, чем выше температура приходящей жидкости, тем экономичней работает тепловой насос, тем дешевле нам обходится отопление. Сам же фреон может кипеть и при более низких температурах, но и давление в системе должно быть более низким. Ниже приведена таблица кипения для самых популярных фреонов
Тот пар, который образовался в результате кипения, засасывается компрессором. В компрессоре происходит сжатие до очень высокого давления. В результате газ нагревается до высокой температуры. Многие помнят, когда накачиваешь велосипедную шину ручным насосом, там, где присоединяется шланг, корпус насоса нагревается. Также и в компрессоре холодильной техники.
Этот нагретый газ поступает во второй теплообменни к, который называется конденсатором. В нем газ превращается в жидкость (конденсируется) и опять идет в испаритель. Цикл замкнулся. В конденсаторе с одной стороны пластины горячий газ, с другой стороны вода из системы отопления. Газ передает тепло воде, нагревая ее и остывает, превращаясь в жидкость. Давление с этой стороны компрессора высокое. Вот и весь принцип действия теплового насоса.
Что такое коэффициент преобразования КОП?
Дальше надо понимать, что чем выше температура жидкости приходит в испарители, и меньше температура на которую необходимо нагреть воду системы отопления, тем выше коэффициент преобразования теплового насоса КОП. Коэффициент преобразования - это соотношение затраченной энергии к произведенной тепловым насосом тепловой энергии. Чем КОП выше, тем выше КПД теплового насоа. Приведем пример. Допустим теплопотери дома 10 кВт. Если из земли жидкость придет около 15С, а воду в теплых полах нам нужно будет нагреть до 35С, то коэффициент преобразования будет около 5. Если из земли придет жидкость около 4С, а воду в системе отопления нужно будет нагреть до 50С, то коэффициент преобразования будет в районе 2,5. Соответственно, в первом случае, чтобы компенсировать теплопотери нам понадобится 2 кВт электричества, во втором 4 кВт. Соответственно и заплатим мы во втором случае в два раза больше.
Геотермальный контур – еще один теплообменник
Если в качестве низкопотенциального тепла используется воздух или вода из скважины, которая затем сливается другую скважину, то мы напрямую забираем тепло у источника и возвращаем его обратно в природу. Если же используется геотермальный контур или вертикальные зонды, то в процессе работы теплового насоса участвует еще один теплообменник. Для внешнего контура обычно используется ПНД труба и теплообмен происходит через стенки трубы. Вышедшая из теплового насоса незамерзающая жидкость (рассол), медленно движется по трубам и собирает тепло земли, нагревается на несколько градусов и возвращается обратно в тепловой насос, где и отдает собранное тепло. Это замкнутая система. В качестве рассола чаще всего используют смесь пропиленгликоля и воды. Температура замерзания такого рассола делается в районе -15С.
Вот и все, что можно рассказать о принципе действие теплового насоса. Правильная установка теплового насоса обеспечивает его надежность на протяжении десятилетий.
Принцип действия теплового насоа - видео