Что такое тепловой насос? Какие бывают тепловые насосы и принцип их работы.
Содержание
- Что такое тепловой насос
- Принцип работы теплового насоса
- Какие бывают тепловые насосы
Комментарии
Тепловые насосы – это устройства, предназначенные для переноса тепловой энергии от источника с низкой температурой, по направлению к теплоносителю с более высокой температурой. Это значит, что данные агрегаты способны преобразовывать низкопотенциальное тепло воды, воздуха или грунта, а затем передавать его жидкости, циркулирующей в системах отопления или горячего водоснабжения. Если же говорить максимально упрощенно, то тепловой насос переносит энергию от менее нагретого тела к более нагретому, благодаря чему температура последнего увеличивается. А основная ценность таких машин заключается в том, что используя альтернативные источники энергии, они позволяют получать недорогое и постоянно доступное тепло без вреда для окружающей среды.
Это качество делает их все более востребованными во всем мире, в том числе – и в нашей стране. Поэтому в данном материале мы собрали краткие ответы на основные вопросы, касающиеся применения бытовых тепловых насосов.
Как работает тепловой насос?
Принцип работы теплового насоса любой модификации основывается на том факте, что все тела с температурой выше абсолютного нуля имеют некий запас энергии. При этом, он прямо пропорционален массе, а также удельной теплоемкости тела. Несложно догадаться, что грунты, водоемы и подземные воды, имеющие огромную массу, можно использовать для получения почти бесплатного тепла. Но, для того, чтобы отобрать тепловую энергию какого-либо тела, его нужно охладить. Рассчитать примерное количество выделяемого при этом тепла можно по упрощенной формуле: Q = C · M · (T2 − T1), в которой Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, а T2 – T1 – разница температур тела до его охлаждения и после. Эта формула позволяет сделать важное наблюдение о том, что охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 oС, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 oС.
Говоря о том, что такое тепловой насос, нельзя не отметить, что в термодинамическом плане он аналогичен обыкновенному холодильнику, только работает по обратному принципу. Если цель холодильной машины – производство холода путем отбора тепла из какого-либо объема при помощи испарителя, при сбросе конденсатором теплоты в окружающую среду, то в случае с телонасосом, конденсатор является теплообменником, выделяющим тепло для потребителя, а испаритель – теплообменником, утилизирующим низкопотенциальное тепло. Ну а, поскольку перечисленные выше источники тепла – грунт, вода или воздух, доступны повсеместно, системы отопления и горячего водоснабжения с тепловыми насосами становятся эффективными, простыми в монтаже, экологичными и экономичными решениями, позволяющими сократить расходы на производство тепла для зданий любого назначения.
Какие преимущества есть у тепловых насосов?
Постоянно возрастающая популярность данных агрегатов, как в бытовой, так и в производственной сферах, обусловлена немалым количеством достоинств, которыми они обладают.
Главные преимущества теплонасосов таковы:
- Простота эксплуатации – вполне сравнимая с легкостью использования обычного домашнего кондиционера;
- Экономичность – для передачи в систему обогрева 1 кВт·ч тепловой энергии такому аппарату требуется затратить, в среднем, всего 0,2-0,35 кВт·ч электрической энергии;
- Неприхотливость к условиям работы – а также, упрощение требований к системам вентиляции помещений и повышение общего уровня их пожарной безопасности;
- Многофункциональность – выражающаяся в возможности переключения с зимнего режима отопления помещений на летний режим кондиционирования воздуха;
- Бесшумность и относительная компактность – делающие подобные установки идеально подходящими для отопления частных домов.
В свою очередь, единственным существенным недостатком тепловых насосов всех модификаций является не слишком высокая температура нагреваемой воды, которая, как правило, не превышает 50-60 oС.
Тем не менее, даже таких показателей почти всегда вполне хватает для успешного функционирования низкотемпературных систем отопления, а также бытовых сетей горячего водоснабжения.
Какие бывают тепловые насосы?
Классификация тепловых насосов подразумевает их разделение на несколько групп, исходя из различных характеристик. Так, в зависимости от способа передачи энергии, существуют такие типы тепловых насосов:
- Компрессионные тепловые насосы – используют в работе цикл сжатия-расширения теплоносителя с параллельным выделением тепловой энергии. Основные комплектующие таких устройств – конденсатор, компрессор, испаритель и расширитель. Теплонасосы компрессионного типа отличаются простотой эксплуатации и высокой эффективностью, благодаря чему они заслужили большую популярность;
- Абсорбционные тепловые насосы – используют в работе сочетание абсорбент-хладон. Они являются устройствами нового поколения с высокой производительностью. И именно применение абсорбента делает теплонасосы абсорбционного типа максимально эффективными.
В зависимости от задействованного источника тепла, существуют такие типы теплонасосов:
- Геотермальные тепловые насосы – извлекают энергию из грунта или воды;
- Воздушные тепловые насосы – извлекают энергию из атмосферы;
- Использующие вторичное тепло тепловые насосы – извлекают энергию из воздуха, воды или даже канализационных стоков.
В свою очередь, в зависимости от вида теплоносителя входного и выходного контуров, существуют такие типы тепловых насосов:
- Тепловые насосы «воздух-воздух» – отбирают энергию у наружного воздуха с более низкой температурой, а затем передают полученное тепло в отапливаемые при помощи нагретого воздуха помещения;
- Тепловые насосы «вода-вода» – отбирают энергию у грунтовых вод, а затем передают полученное тепло воде, циркулирующей в системах отопления и горячего водоснабжения;
- Тепловые насосы «вода-воздух» – отбирают энергию у грунтовых вод, используя зонды или скважины для воды, а затем передают полученное тепло в воздушную систему отопления;
- Тепловые насосы «воздух-вода» – отбирают энергию у атмосферного воздуха, а затем передают полученное тепло воде, циркулирующей в системах отопления и горячего водоснабжения;
- Тепловые насосы «грунт-вода» – отбирают энергию у грунта при помощи проложенных под землей труб, по которым циркулирует вода, а затем передают полученное тепло воде, циркулирующей в системах отопления и горячего водоснабжения;
- Тепловые насосы «лед-вода» – отбирают энергию у воздуха, которая высвобождается при получении льда, а затем передают полученное тепло воде, циркулирующей в системах отопления и горячего водоснабжения.
Какие тепловые насосы наиболее эффективны?
Определить общую эффективность геотермального теплонасоса довольно просто. Для успешной реализации своих функций любой подобный агрегат должен продуцировать больше тепловой энергии, чем потреблять энергии электрической. Данное соотношение называется коэффициентом преобразования, а его значение может меняться, исходя из разницы температур во входном и выходном контурах. При этом, чем ниже температура снаружи здания, тем подобная система является менее эффективной. В зависимости от модификации теплового насоса, его коэффициент преобразования варьируется от 1 до 5. А для более точной оценки такого аппарата используется дополнительный параметр годовой производительности.
Однако, в случае с теплонасосами, к сожалению, легко определяется только их общая эффективность. Определить этот параметр для конкретного теплового насоса довольно сложно. Дело в том, что его собственная эффективность зависит от многих факторов, а потому рассчитать ее без специальной подготовки почти невозможно.
Поэтому для подсчетов данной величины не существует универсальной формулы или алгоритма. Ну а для того, чтобы правильно выбрать тепловой насос, желательно обратиться к специалистам, которые смогут подобрать его оптимальную разновидность и объем необходимого хладагента, исходя из существующих условий применения.
Каковы перспективы использования тепловых насосов?
Немалые преимущества применения теплонасосов давно оценили во всех наиболее развитых западных странах. Именно поэтому в расположенных там домохозяйствах уже в ближайшие 5 лет доля систем отопления и горячего водоснабжения с данными устройствами в составе будет составлять не менее 75%. А по прогнозам мирового энергетического совета (World Energy Council), в 2020 году 3/4 общего теплоснабжения в мире будет обеспечиваться тепловыми насосами различных модификаций. Скандинавские страны уже вышли на эти цифры, в США законодательно закреплено оборудование всех новых общественных зданий тепловыми насосами, а правительство Германии датирует каждый кВт мощности новых энергосберегающих систем в размере порядка € 200.
А с учетом постоянной модернизации и снижения стоимости тепловых насосов, их популярность будет постоянно расти и в Украине.Стоит отметить, что в нашем магазине есть возможность купить по выгодной цене тепловые насосы.
Виды тепловых насосов
В последние годы тепловые насосы пользуются повышенным спросом как источник альтернативной тепловой энергии, позволяющий получать действительно дешевое тепло, не загрязняя при этом окружающую среду. Тепловой насос способен обеспечить вашему дому, офису или производственному помещению отопление зимой, охлаждение летом и производство горячей воды круглый год.
Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Принцип работы
теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника ( внутри холодильника холодно, а снаружи конденсатор горячий ), тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления.
Конструктивно любой тепловой насос состоит из двух частей: наружной, которая «забирает» тепло возобновляемых источников ( воздух, вода, земля ) , и внутренней, которая отдает это тепло в систему отопления или кондиционирования вашего дома. Современные тепловые насосы отличаются высокой энергоэффективностью, что в практическом плане означает следующее — потребитель, т.е. владелец дома, используя тепловой насос, тратит на обогрев или охлаждение своего жилища, в среднем, всего четверть тех денег, которые он потратил бы, если теплового насоса не было.
Иначе говоря, в системе с тепловым насосом 75% полезного тепла (или холода) обеспечивается за счет бесплатных источников — тепла земли, грунтовых вод или нагретого в помещениях и выбрасываемого на улицу использованного воздуха.
Компрессионные: Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.
Абсорбционные: Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.
По источнику тепла выделяют тепловые насосы:Геотермальные: Тепловая энергия берется из грунта или воды.
Воздушные: Тепло извлекается из атмосферы.
Использующие вторичное тепло: В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки. Подобный вариант является наиболее целесообразным для промышленных объектов, где есть источники паразитной теплоты, которая требует утилизации.
Тепловые насосы «воздух-воздух»: Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.
Тепловые насосы «вода-вода»: Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.
Тепловые насосы «вода-воздух»: Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.
Тепловые насосы «воздух-вода»: Атмосферное тепло используется для водяного отопления.
Тепловые насосы «грунт-вода»: Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
Тепловые насосы «лед-вода»: Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда.
Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.
Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.
Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.
Сферы применения и степень распространения.
Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:
- Экономичность. Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
- Простота эксплуатации.
- Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
- Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
- Компактность и бесшумность , что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.
По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.
Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.
Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме, офисе или на промышленном объекте.
Поэтому если вы решили качественно модернизировать или построить с нуля энегроэффективную систему отопления, горячего водоснабжения или кондиционирования, тогда тепловой насос это именно то что вам нужно. Других достойных альтернатив просто не существует.
Помните! Первое что вам необходимо сделать при выборе теплового насоса, это решить какой тип насоса лучше всего подойдет для ваших целей. Точнее, какой источник тепла наиболее рационально и экономически выгодно применить для вашего проекта: Воздух, Вода или Грунт.
Как работают тепловые насосы?
Тепловой насос забирает тепло из земли или воздуха вокруг здания и нагревает его до температуры, при которой дома и предприятия остаются теплыми внутри.
Узнайте о различных типах тепловых насосов, о том, как они работают и почему они могут помочь нам справиться с изменением климата дома.
Зачем нужны тепловые насосы?
Около 40 % глобальных выбросов приходится на здания, и большая их часть связана с тем, как мы отапливаем наши дома и предприятия. Использование природного газа для отопления обеспечивает почти 20% британского выбросов парниковых газов , а на северо-востоке США это около 35%. Переход на более чистые и низкоуглеродные варианты сыграет решающую роль в борьбе с изменением климата.
Чтобы сократить наши выбросы углерода и достичь чистого нуля , нам необходимо перейти от отопления, основанного на топливе с высоким содержанием углерода, к более чистым альтернативам с низким или нулевым выбросом углерода. Одной из таких альтернатив являются тепловые насосы .
Как работает тепловой насос
Тепловой насос работает как холодильник наоборот; вместо того, чтобы охлаждать вашу еду, он обогревает ваш дом с помощью хладагента, который может испаряться в газ и конденсироваться в жидкость.
Источник тепла – наружный воздух или тепло из земли – продувается или перекачивается через теплообменную поверхность внешней части теплового насоса.
Это тепло (хотя и холодное по сравнению с домом с центральным отоплением) достаточно теплое, чтобы специальный жидкий хладагент испарился и превратился в газ.
Затем этот газ проходит через компрессор, который увеличивает давление и, таким образом, вызывает повышение его температуры.
Газ (теперь нагретый) проходит над внутренней поверхностью теплообмена. Затем это тепло может быть либо рассеяно по всему помещению, либо передано в систему центрального отопления или горячего водоснабжения.
Температура газа падает по мере того, как тепло передается в дом, и впоследствии он возвращается в жидкое состояние.
Цикл реверсивного охлаждения повторяется до тех пор, пока в вашем доме или офисе не будет достигнута требуемая температура на термостате.
Так как земля и воздух снаружи всегда содержат некоторое количество тепла, тепловой насос может снабжать дом теплом, даже когда на улице холодно. Чтобы тепловые насосы работали наилучшим образом, также важно, чтобы в доме была установлена хорошая энергоэффективность, например, эффективная изоляция.
Существуют различные типы тепловых насосов: воздушные, грунтовые и гибридные тепловые насосы.
Как работает воздушный тепловой насос?
Как работает геотермальный тепловой насос?
Как работает гибридный тепловой насос?
Как тепловые насосы могут сократить наши выбросы, если они работают на электричестве?
Тепловые насосы используют электричество, но они могут производить в два-три раза больше тепла, чем потребляют электроэнергии.
Системы тепловых насосов предназначены для извлечения большего количества тепловой энергии из окружающей среды, чем энергия, которую они потребляют для производства тепла.
Кроме того, само производство электроэнергии приближается к нулевому уровню. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия и энергия ветра все чаще питают наши системы, а это означает, что электричество, используемое для питания тепловых насосов, становится чище.
Можно ли использовать тепловые насосы в качестве кондиционеров?
Да, цикл теплового насоса является полностью обратимым, и тепловые насосы могут обеспечивать круглогодичный климат-контроль в помещении – обогрев зимой и охлаждение летом.
Объяснение дополнительной энергии
Что такое тепловой насос?
Что такое чистый ноль?
Что такое зеленая энергия?
Как работает солнечная энергия?
Просмотреть все статьи с объяснением энергии
Что такое тепловой насос и как работает тепловой насос?
Фото: istockphoto.com
В: Мы ищем замену нашей системе вентиляции и кондиционирования и увидели возможность приобрести тепловой насос вместо кондиционера и печи.
Что такое тепловой насос и как он будет работать в нашем доме? A: Проще говоря, тепловой насос перемещает тепло из одного места в другое. Он отличается от других систем HVAC тем, что использует энергию для извлечения тепла извне и передачи его внутрь. Он проходит через процесс сжатия и обмена для повышения температуры воздуха и обратный процесс для снижения температуры воздуха.
Отличительной чертой теплового насоса является его способность охлаждать дом в жаркую погоду и обогревать в холодную. Эта двойная и энергоэффективная система может сэкономить много денег в долгосрочной перспективе вместо того, чтобы инвестировать в отдельные системы отопления и охлаждения.
Считаете, что тепловой насос подходит для вашего дома?
Опытный профессионал может установить его для вас. Получите бесплатные оценки без обязательств от ближайших к вам экспертов.
Find a Pro
+ Тепловой насос является частью системы отопления и охлаждения и устанавливается снаружи дома.
Фото: istockphoto.com
Кондиционеры, печи и тепловые насосы — все это системы HVAC. Однако тепловой насос может работать в одиночку и выполнять как нагрев, так и охлаждение. В определенных ситуациях он может быть идеальным для сопряжения с резервной системой, такой как печь, но у него достаточно электроэнергии для передачи тепла и холодного воздуха в дом.
На рынке представлено несколько типов тепловых насосов, но большинство моделей имеют более крупный блок, устанавливаемый снаружи дома, и меньший, более компактный или настенный блок внутри. Такие типы тепловых насосов называются безнапорными. Другие насосы имеют только один внешний блок или петлевые трубы под землей.
Тепловой насос может использовать воздух для охлаждения или обогрева вашего дома путем перераспределения тепла. Независимо от того, какая температура на улице, тепловой насос может собирать тепло, находящееся в земле или воздухе за пределами дома.
Насос забирает тепло в систему, сжимает его для повышения температуры хладагента, а затем нагнетает горячий воздух в дом. Когда погода становится жарче, система реверсирует и действует как кондиционер; он перемещает тепло изнутри дома и передает его наружу.
Считаете, что тепловой насос подходит для вашего дома?
Опытный профессионал может установить его для вас. Получите бесплатные оценки без обязательств от ближайших к вам экспертов.
Найти Pro
+Для работы тепловых насосов используются различные детали. Существует два типа компрессоров: двухскоростной и спиральный. Двухскоростные компрессоры помогают насосу достичь идеальной температуры, а спиральные компрессоры сжимают хладагент для нагревания воздуха. Кроме того, двигатели с регулируемой скоростью расположены на вентиляторах системы, как внутри, так и снаружи, и помогают поддерживать постоянный поток воздуха от устройства к дому.
Фото: istockphoto.com
Двумя наиболее распространенными типами тепловых насосов являются воздушные и грунтовые.
Основное различие между воздушным насосом и наземным (или геотермальным) насосом заключается в источнике тепла. Насосы с воздушным источником имеют блок вне дома и внутреннюю систему трубопроводов, которая извлекает тепло из наружного воздуха и перемещает его в помещение. Этот тип теплового насоса также можно использовать в паре с тепловым насосом с воздушным источником горячей воды для обеспечения домовладельцев горячей водой.
Геотермальные тепловые насосы используют подземную петлевую систему труб для сбора и передачи тепла из земли. Эти типы насосов лучше подходят для больших владений, где есть достаточно места для установки труб в землю. Насосы с грунтовым источником также более эффективны зимой, потому что они получают постоянную тепловую энергию под землей.
Наиболее эффективный тепловой насос для дома определяется конкретным назначением насоса, уровнем энергопотребления, уровнем шума, затратами на установку и техническое обслуживание, а также площадью участка.
Считаете, что тепловой насос подходит для вашего дома?
Опытный профессионал может установить его для вас. Получите бесплатные оценки без обязательств от ближайших к вам экспертов.
Find a Pro
+ Тепловые насосы чаще всего используются в более мягком климате, где температура редко опускается ниже нуля.Несмотря на то, что тепловые насосы, безусловно, могут сохранять тепло в вашем доме зимой, они могут работать дольше в районах с более холодным климатом, где температура может опускаться ниже нуля. Когда тепловой насос собирает тепло извне, это становится затруднительным, когда температура воздуха падает до достаточно низкой. Геотермальные тепловые насосы будут более эффективны зимой, чем воздушные насосы, но домовладельцы могут подумать о дополнении теплового насоса, если живут в более холодном климате.
В этих зонах тепловой насос должен работать в паре с печью. В дни, когда температура падает слишком низко для теплового насоса, печь будет использоваться для обогрева дома.
Это может сэкономить деньги зимой, если цены на газ ниже, чем на электроэнергию.
Фото: istockphoto.com
Как и любая часть системы отопления и охлаждения, тепловые насосы нуждаются в регулярном обслуживании.Грязные компоненты теплового насоса, такие как змеевики, фильтры и вентиляторы, могут изменить качество воздуха в доме. Крайне важно поддерживать чистоту теплового насоса и обеспечивать правильную работу всех частей. Если насос не регулярно обслуживать, система может быть повреждена и в конечном итоге перестанет работать должным образом, в результате чего домовладельцы заменят ее.
Фильтры теплового насоса необходимо менять примерно раз в месяц или чаще, если необходимо, чтобы поступающий воздух был чистым и стабильным. Кроме того, вентиляторы, возможно, потребуется очистить от пыли и очистить как внутри, так и снаружи, а также змеевики.
Будьте осторожны при очистке насоса, чтобы ничего не было повреждено или заменено неправильно.