Принцип роботи теплових насосів - схеми і відео керівництво

Схема і технологія роботи теплового насоса

Спалювання класичного палива (газ, дрова, торф) є одним з найдавніших способів отримання тепла. Однак виснаження традиційних джерел енергії спонукали людину шукати більш складні, але не менш ефективні альтернативні варіанти. Одним з будь винахід теплового насоса, робота якого заснована на шкільних законах фізики.

Робота теплового насоса

Дуже складний на перший погляд принцип роботи теплових насосів базується на кількох простих законах термодинаміки і властивості рідин і газів:

Коли газ переходить в рідкий стан (конденсація), виділяється тепло
Коли рідина переходить в газ (випаровування), поглинається тепло

Більшість рідин можуть закипати при досить високих температурах, близьких до 100 градусів. Але зустрічаються речовини і з досить низькими температурами кипіння. У фреону вона близько 3-4 градусів. Перетворюючись в газ, він легко стискається і всередині ємності починає рости температура.

Теоретично фреон можна стискати до отримання будь-яких бажаних температур, але на практиці обмежуються 80-90 градусами, необхідними для повноцінної роботи класичної системи опалення.

Кожен стикається з тепловим насосом не один раз в день, коли проходить повз холодильника. Однак в ньому він працює в зворотному напрямку, забираючи тепло продуктів і розсіюючи в атмосферу.

Відео про технологію роботи:

Схема теплового насоса

Працездатність більшості теплових насосів базується на теплі грунту, в якому протягом року температура практично не коливається (в межах 7-10 градусів). Тепло переміщається між трьома контурами:

контур опалення
Тепловий насос
Розсолу (він же земляний) контур

Класичний принцип роботи теплових насосів в опалювальній системі складається з наступних елементів:

Теплообмінник, який чи внутрішньому контуру тепло, що забирається у землі
стискуюче пристрій
Друге теплообмінний пристрій, що передає опалювальній системі енергію, одержувану у внутрішньому контурі
Механізм, що знижує тиск в системі (дроселі)
розсолу контур
земляний зонд
опалювальний контур

Труба, яка виконує роль первинного контуру, поміщається в колодязь або закопується безпосередньо в землю. По ній переміщається незамерзаючий рідкий теплоносій, температура якого підвищується до аналогічної характеристики землі (близько +8 градусів) і надходить у другій контур.

Вторинний контур забирає тепло у рідини. Циркулює всередині фреон починає закипати і перетворюватися в газ, який направляється в компресор. Поршень стискає його до 24-28 атм, завдяки чому відбувається збільшення температури до + 70-80 градусів.

На даному робочому етапі відбувається концентрування енергії в один невеликий згусток. Завдяки цьому збільшується температура.

Розігрітий газ надходить в третій контур, який представлений системами гарячого водопостачання або навіть опалення будинку. При передачі тепла можливі втрати до 10-15 градусів, але вони виявляються не істотні.

Коли фреон остигає, відбувається зменшення тиску, і він знову перетворюється в рідкий стан. При температурі 2-3 градуси він надходить назад у другій контур. Цикл повторюється знову і знову.

Основні види

Влаштований принцип роботи теплових насосів так, щоб вони легко експлуатувалися без перебоїв в широкому діапазоні температур - від -30 до +40 градусів. Найбільшу популярність отримали наступні два види моделей:

абсорбційного типу
компресійного типу

Абсорбційного типу моделі мають досить складний пристрій. Вони передають отриману теплову енергію безпосередньо за допомогою джерела. Їх експлуатація значно знижує матеріальні витрати на що витрачаються електрику і паливо. Компресійного типу моделі для перенесення тепла споживають енергію (механічну і електричну).

Залежно від застосовуваного теплового джерела насоси підрозділяються на наступні види:

Переробні вторинне тепло - найдорожчі моделі, які отримали популярність для обігріву об`єктів в промисловості, в яких вторинне тепло, вироблене іншими джерелами, витрачається в нікуди
Повітряні - забирають тепло з навколишнього повітря
Геотермальні - вибирають тепло з води або землі

За видами вхідного / вихідного теплоносія всі моделі можна класифікувати в такий спосіб - грунт, вода, повітря і їх різні поєднання.

Геотермальні теплові насоси

Популярними є геотермальні моделі насосів, які поділяються на два види: замкнутого або відкритого типу.

Простий пристрій відкритих систем дозволяє нагрівати проходить всередині воду, яка надалі знову надходить в землю. Ідеально вона працює при наявності необмеженого обсягу чистого рідкого теплоносія, який після споживання не завдають шкоди середовищу.

Замкнені системи геотермальних теплових насосів ділять на такі різновиди:

Водний - колектор розташовується в водоймі на теплому глибині
З вертикальним розташуванням - колектор поміщається в свердловину на глибину до 200 м і застосуємо в місцевостях з нерівним ландшафтом
З горизонтальним розташуванням - колектор поміщається в землю на глибину 0.5-1 м, дуже важливо забезпечити на обмеженій площі великий контур

Насос типу повітря-вода

Одним з найбільш універсальних варіантів є модель «повітря-вода». У теплі періоди року вона дуже ефективна, але взимку продуктивність може істотно падати.

Перевагою системи є простий монтаж. Відповідне обладнання може монтуватися в будь-якому зручному місці, наприклад, на даху. Тепло, які у вигляді газу або диму видаляється з приміщення, може використовуватися повторно.

Тип вода-вода

Тепловий насос «вода-вода» один з найефективніших. Але його використання може бути обмежено наявністю поблизу водойми або на недостатню глибину, на якій в зимовий період не спостерігається істотного падіння температури.

Низько потенційна енергія може вибиратися з наступних джерел:

грунтові вода
Водойми відкритого типу
Стічні промислові води

Найбільш простий принцип роботи теплових насосів у моделей, які відбирають тепло в водоймі. Якщо прийнято рішення використовувати підземні води, може знадобитися буріння колодязя.

Тип грунт-вода

Тепло з грунту можна отримувати на протязі всього року, так як на глибинах від 1 м температура практично не змінюється. В якості носія тепла використовують «розсіл» - рідину, що не, яка циркулює по пластикових трубах.

Один з недоліків системи «грунт-вода» - необхідність великої площі для досягнення бажаної ефективності. Нівелювати його намагаються укладанням труб кільцями.

Колектор можна розташовувати у вертикальному положенні, але буде потрібно свердловина глибиною до 150 м. На дні монтуються парасолі, що відбирають тепло грунту.

Плюси і мінуси опалювальних систем з тепловим насосом

Теплові насоси знайшли широке застосування в системах опалення приватної житлової площі або промислових площ. Вони поступово витісняють більш класичні джерела енергії завдяки надійності і економічності.

Серед численних переваг, які надає експлуатація теплового насоса, виділяють:

Економія матеріальних засобів на технічному обслуговуванні систем і теплоносії
Насоси працюють повністю в автономному режимі
У навколишнє середовище не виділяються шкідливі продукти горіння та інші токсичні речовини
Пожежна безпека монтується
Можливість легко реверсировать роботу системи

Незважаючи на масу переваг, необхідно взяти до уваги і негативні сторони експлуатації теплового насоса:

Великі початкові вкладення на облаштування опалювальної системи - від 3 до 10 тисяч доларів
У холодні періоди, коли температура відпускається нижче -15 градусів, необхідно подумати про альтернативні варіанти опалення
Опалення, засноване на роботі теплового насоса, найбільш ефективно тільки в системах низькотемпературним теплоносієм

Ще одне схематичне відео:

підводимо підсумки

Дізнавшись і освоївши принцип роботи теплового насоса, можна подумати і прийняти рішення про доцільність його установки і використання. Початкові витрати, які можуть здатися дуже масштабними, незабаром окупляться і почнуть приносити своєрідну прибуток у вигляді економії на класичному паливі.

Поділися в соціальних мережах:

Схожі