Как работает тепловой насос?
Принцип работы теплового насоса невероятно прост и основан на использовании энергии окружающей среды, будь то земля, вода или воздух. Это экологичный, выгодный и возобновляемый источник тепла, позволяющий эффективно отапливать дом зимой, кондиционировать летом и обеспечивать любые потребности жилища в горячей воде.
Главное отличие теплового насоса от традиционных систем отопления заключается в том, что 65 — 80% энергии, необходимой для поддержания комфортной температуры, получается прямо из природы. Больше того, в отличие от котлов, тепловой насос безопасен, так как ничего не сжигает. Более детально о принципе работы теплового насоса мы рассказали здесь.
Смотреть каталог ›
Тепло земли — главный источник энергии
Благодаря превосходным изоляционным свойствам земля эффективно накапливает энергию солнца, равномерно распределяя её под поверхностью. На глубине ниже 3 метров, то есть под горизонтом промерзания, температура грунта остаётся неизменной круглый год.
Летом, когда в отоплении нужды нет, насос направляет излишки тепла обратно в землю, просто и эффективно решая проблему кондиционирования в доме. Тепловые насосы Brosk дают на выходе 65°С, что делает их самыми высокотемпературными теплоносителями среди отечественных и зарубежных брендов.
Принцип работы теплового насоса
Тепловой насос собирает тепло земли при помощи так называемого контура заземления, представляющего собой систему труб (зондов), размещенных под землей в горизонтальной и/или вертикальной плоскости. Жидкость, циркулирующая в системе, меняет свои физические характеристики согласно законам термодинамики, трансформируясь из газообразного в жидкое состояние и наоборот (см. изображение). Этот процесс позволяет поглощать тепло земли и переносить его в дом.
В отличие от большинства аналогов, в контурах тепловых насосов BROSK используется промышленная нержавеющая сталь.
Этот материал имеет превосходную теплопроводность, превышающую в 80 раз характеристики пластмассовых теплообменных контуров! Такое инновационное решение позволило значительно повысить параметры теплосъема, и, соотвественно, снизить количество погонных метров бурения, протяженности зондов и глубины скважин.
Напомним, что бурение «мелких скважин» до 30 метров не требует получения каких-либо разрешений, что автоматически избавляет вас о бумажной волокиты и бурократии, а также позволяят сэкономить на бурении.
Хотите узнать больше?
Позвоните нам на номер
+7 911 992 64 60 в Санкт-Петербурге или оставьте заявку и мы вам перезвоним: energoenergosafe.com
Как работает тепловой насос – sdmclimate.ru
Отопление помещений, при постоянном удорожании энергоносителей, как правило, требует больших финансовых затрат. Многие сегодня ищут альтернативные способы обогреть своё жильё.
Большую популярность в мире приобретают системы отопления, которые основаны на принципах сохранения окружающей среды. Такие технические устройства позволяют использовать природные ресурсы без побочных явлений в виде выбросов атмосферу и разрушения недр земли. Одним из таких альтернативных способов отопления является тепловой насос . Этот инженерный прибор позволяет нагревать не только воздух в помещениях, но и отвечает за подачу горячей воды для бытовых нужд. Принцип отопления тепловым насосом состоит в том, что для выработки тепловой энергии агрегат использует источники низкопотенциального тепла окружающей среды – источником такой энергии могут служить воздух, водоёмы и грунт. Для российского потребителя это достаточно новый способ отопления жилья. В западном мире такие системы используются более 25 лет. Во времена Советского Союза на территории страны существовали единичные экспериментальные поселения, отапливаемые с помощью тепловых насосных технологий, но на современном рынке «зелёный метод» получил распространение недавно.
Как работает тепловой насос?
Принцип работы теплового насоса основан на циклическом действии, названном по имени ученного-физика Карро. Этот цикл применяется в холодильных установках. Каждый домашний холодильник оснащён тепловым насосом (это можно проверить, дотронувшись рукой до решетки радиатора). Продукты, которые помещаются в холодильник, как правило, имеют температуру выше, чем в рабочей камере. По закону сохранения энергии, тепло, которое они отдают в процессе охлаждения, никуда не девается. Оно направляется с помощью насоса на радиатор, и выводиться наружу, прогревая воздух помещения.
Этот принцип действия теплового насоса распространяется и для систем отопления. При обогреве помещений тепловыми насосами используется электрическая энергия, приводящая агрегат в действие. Эффективность теплонасоса рассчитывается из разницы потребляемой электроэнергии и количества вырабатываемого тепла. Коэффициент полезного действия для большинства тепловых насосов может находиться в диапазоне от 1 до 5.
Чем холоднее используемый ресурс (грунт, вода или воздух), тем менее эффективной будет система, из-за возрастающей потребности в электроэнергии. Ведь высвобождаемый объём тепла будет значительно больше при более интенсивном охлаждении ресурса. Усовершенствованные тепловые насосы могут работать на отопление зданий в зимнее время и на охлаждение воздуха в помещениях в тёплое время года.
Принцип отопления тепловым насосом
Использовать тепловые насосы для отопления дома достаточно эффективно. Система просто монтируется и не сложна в эксплуатации. Тепловой насос концентрирует тепловую энергию из внешних природных ресурсов и передаёт её в систему отопления. По типу используемых исходных теплоносителей и конструкции первичного контура, тепловые насосы делятся на:
• Грунтовые – используют тепло верхних слоёв поверхности земли. Температура грунта на некотором заглублении не подвержена сезонным переменам, поэтому грунтовые теплонасосы можно использовать круглый год для отопления и охлаждения, кондиционирования помещений.
Первый контур системы располагается в грунте – система труб, по которым движется хладагент, собирает высвободившееся тепло из почвы и переносит его во второй контур, расположенный в самом доме.
• Водяные – используют тепловую энергию подземных грунтовых вод, которые пропускаются через внутренний испаритель. Водяная система стабильна и эффективна – вода имеет хорошие показатели теплоотдачи, а температура грунтовых вод практически постоянна. Одним из ограничений на использование таких систем – высокое содержание солей и минералов в подземных водах. Низкое качество ресурса может привезти к выходу из строя всего отопительного оборудования.
• Атмосферные – экономичные системы отопления, которые используют в качестве исходного теплового ресурса окружающий воздух. Для монтажа воздушных тепловых насосов не нужно бурить скважины или снимать верхний слой грунта – работы по установке климатического оборудования ограничиваются размещением во внешней среде специального шкафа, оснащенного первичным контуром.
Стоимость таких работ значительно ниже, чем цена установки других видов тепловых насосов.
Принцип работы теплового насоса для отопления дома идентичен для всех видов систем. Каждая из них отличается комплексом внешнего оборудования, обеспечивающего работу первого контура.
Устройство теплового насоса
Все тепловые насосы имеют стандартный набор оборудования – испаритель, конденсатор, расширитель и компрессор. Все эти устройства объединены с помощью трубопровода в один контур. По коллекторной трубе двигается хладагент. Инертный газ, собирая тепло, циркулирует по контуру с изменяющимся внутренним давлением, которое регулируется с помощью расширителя и компрессора. Хладагент подвергается сжатию, и под высоким давлением направляется в конденсатор. Газовое давление повышается в несколько раз, при этом и температура его повышается до высоких показателей. Из конденсатора тепло передаётся в систему по теплоносителю.
В работе теплового насоса для отопления дома различаются теплоносители во входном и исходящем контуре – каждая из рабочих сред (воздух, вода, грунт) требует определённого оборудования.
Геотермальные тепловые насосы имеют теплообменники, располагаемые под слоем грунта на значительной территории. Водяные теплонасосы должны соотноситься со скважинами в земле. Воздушный (атмосферный) теплонасос оснащается дополнительным воздухозаборником.
Наравне с компрессионными тепловыми насосами, существуют новейшие модификации этого оборудования – абсорбционные. В таких насосах, вместо газообразного и жидкого хладагента, применяют абсорбент-хладон. Это вещество помогает увеличить эффективность системы – остывший абсорбент поступает в испаритель, где начинается процесс кипения. Из-за более концентрированного содержания охлаждающего агента и более низкой температуры испарения хладона, высвобождается больший объём тепловой энергии.
Как выбрать тепловой насос
Выбор сложного инженерного оборудования должен основываться на точных расчётах эффективности системы. Самому определить вид и рассчитать мощность теплового насоса достаточно проблематично. Чтобы не ошибиться с выбором модели, необходимо придерживаться нескольких рекомендаций:
• Прежде чем выбрать насос нужно составить проект расположения внутреннего и внешнего контура оборудования, рассчитать необходимый объём теплоэнергии и мощности насоса.
• Геотермальные (грунтовые) насосы, в зависимости от типа расположения коллектора, делятся на горизонтальные и вертикальные. Для горизонтального теплонасоса необходима значительная территория – для отопления дома, площадь которого около 100 кв.м., требуется 2-3 сотки свободной земли, под которую будет уложен геотермальный зонд. При этом теплообменник нужно укладывать ниже точки промерзания грунта, а это 5-6 метров в глубину. Вертикальный тепловой насос устанавливается внутрь пробуренных скважин, на расстоянии не менее 5-6 метров друг от друга. Количество и протяженность зондов рассчитывается исходя из проектной мощности насоса.
• При установке водяных тепловых насосов необходимо учитывать ограничения. Грунтовые воды должны располагаться не глубже 30-40 метров от поверхности земли. При этом, грунтовых вод должно быть в достаточном количестве для обеспечения эффективной работы системы.
• Воздушные (атмосферные) тепловые насосы показывают свою эффективность при температуре внешнего воздуха не ниже 15°-20°С.
Более низкие температуры исходного ресурса приводят к завышенному потреблению электроэнергии, что негативно сказывается на эффективности и экономичности использования этого вида системы отопления.
Проектирование, монтаж и обслуживание оборудование теплонасосной системы лучше доверить специалистам. Профессионалы помогут ещё в стадии проекта предусмотреть все нюансы отапливаемого помещения и придомовой территории.
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, низкоуглеродным или нулевым альтернативам. 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
Как работает тепловой насос?
Тепловые насосы — это бытовые приборы, которые могут обогревать и охлаждать дом. Так же, как печь или котел, они согревают ваш дом в холодный день. И точно так же, как кондиционер, они сохраняют прохладу в вашем доме летом.
Как мы уже писали ранее, установка теплового насоса — один из лучших способов сэкономить энергию и деньги на счетах за коммунальные услуги для домовладельца. Это потому, что тепловые насосы в 2-3 раза эффективнее печей и традиционных кондиционеров.
Тепловые насосы являются наиболее энергоэффективным способом отопления и охлаждения дома и одной из немногих систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха, полностью работающих на возобновляемых источниках энергии.
В этой статье мы ответим на один из самых частых вопросов, которые нам задают в Carbon Switch: как работает тепловой насос? Мы начнем с простого описания, а затем углубимся в науку.
Существует множество типов тепловых насосов. Но в этой статье мы поговорим о самых распространенных тепловых насосах в Америке, тепловых насосах с воздушным источником, таких как мини-сплиты. В будущих статьях мы расскажем о геотермальных или геотермальных тепловых насосах.
Как работает тепловой насос: объясните мне, как будто мне пять лет.
На самом простом уровне тепловые насосы используют электричество для перемещения тепла из одного места в другое.
В режиме охлаждения тепловой насос перемещает тепло внутри вашего дома наружу, оставляя ваш дом более прохладным.
Холодильники и традиционные односторонние кондиционеры работают одинаково. Фактически, эти приборы являются примерами тепловых насосов, а это значит, что вы, вероятно, уже испытали на себе всю мощь этой технологии.
Но что отличает тепловой насос (например, мини-сплит-систему без воздуховодов) от традиционного кондиционера, так это то, что этот процесс можно обратить вспять. В холодный день тепловой насос может перемещать тепловую энергию внутрь и обогревать ваш дом. (Да, тепловые насосы работают в холодном климате).
Если это немного сбивает с толку, подумайте о том, как работает ваш холодильник. Когда засовываешь руку внутрь, становится холодно. Но если стоять за ним, то жарко. Ваш холодильник откачивает тепло из изолированного пространства внутри на вашу кухню (или, что более вероятно, в малозаметное пространство за холодильником). Теперь представьте, что вы обратили этот процесс вспять.
Внутреннее пространство теперь станет горячим. И внешнее пространство станет холодным. Вот что происходит, когда вы включаете свой тепловой насос зимой.
Если вас не интересует механика работы теплового насоса, это все, что вам нужно знать. Тепловые насосы — это реверсивные холодильники. Это кондиционеры, которые также работают как обогреватели. И они являются наиболее эффективным способом обогрева и охлаждения дома.
Но я предполагаю, что многие из вас хотят понять, как эти штуки на самом деле работают. Итак, давайте погрузимся немного глубже.
Как на самом деле работает тепловой насос?
Чтобы понять, как работает тепловой насос, полезно понять основы второго закона термодинамики. Я знаю, как это звучит, но поверь мне, мы можем сделать это быстро.
Проще говоря, этот закон говорит нам, что горячее всегда хочет переместиться в холодное. Положите замороженный пакет супа в миску с горячей водой, и он оттает. Откройте дверь своего дома зимой, и весь теплый воздух устремится наружу.
В обоих этих примерах тепло перемещается из пространства с высокой температурой в пространство с более низкой температурой поблизости.
Тепловой насос использует преимущества этого закона. В режиме охлаждения змеевики внутри устройства очень холодные, так что в них поступает более теплый воздух из вашего дома. Эта захваченная тепловая энергия затем выносится наружу. Таким образом, катушки подобны тепловому вакууму или магниту.
Как змеевики внутреннего блока поглощают тепло таким образом? Один из способов думать об этом состоит в том, что тепловой насос потеет для вашего дома. Позволь мне объяснить.
В змеевиках есть нечто, называемое хладагентом. По сравнению с водой хладагенты имеют гораздо более низкую температуру кипения. Это означает, что для перехода из жидкого состояния в газообразное требуется гораздо меньше энергии. Это также означает, что они отлично поглощают и выделяют тепло.
Перед входом в змеевики хладагент проходит через расширительный клапан.
Это снижает давление, что также снижает температуру кипения.
При этой более низкой температуре кипения часть хладагента испаряется, когда достигает охлаждающего змеевика теплового насоса. Другими словами, часть хладагента испаряется. Поэтому охлаждающий змеевик теплового насоса также называют испарителем.
Всякий раз, когда что-то испаряется, тепло передается ему. Вот почему, когда вы потеете в жаркий день, вы чувствуете себя прохладнее. (Чтобы узнать о науке, стоящей за этим, посмотрите это видео на Khan Academy).
То же самое происходит при испарении хладагента низкого давления. Когда хладагент переходит из жидкого состояния в парообразное, тепло из воздуха в вашем доме передается хладагенту. Хладагент, по сути, впитал некоторое количество тепла из внутреннего воздуха. Хладагент действует как пот для вашего дома, за исключением вонючего запаха пота.
Вот более точная версия изображения выше, показывающая, как хладагент нагревается, поглощая энергию из воздуха.
Отсюда хладагент поступает к внешнему блоку, где проходит через компрессор, повышающий его давление и температуру. Это приводит к тому, что точка кипения снова резко повышается, так что парообразный хладагент снова конденсируется в жидкость, когда достигает наружного змеевика теплового насоса.
Теперь вместо поглощения энергии хладагент должен выделять энергию для смены фаз. Это ускоряется вентилятором, который обдувает змеевики конденсатора наружным воздухом. Это фаза, которая создает тепло, которое вы чувствуете за холодильником.
С этого момента цикл повторяется до тех пор, пока внутри не будет достигнута идеальная температура.
Так работает тепловой насос в режиме охлаждения. Используя небольшое количество электричества для прогона хладагента через компрессор и расширительный клапан, а также обдувая его воздухом, эта технология может перекачивать тепло из внутреннего воздуха в наружный.
Но что, если мы хотим согреть наш дом, а не охладить его?
Как работает тепловой насос зимой?
В режиме обогрева тепловой насос работает примерно так же.
Поначалу это немного сложно уложить в голове. Если на улице 10 градусов, как тепловой насос может поглощать энергию?
Подумайте об этом: даже в холодный день в воздухе есть энергия. На микроскопическом уровне тепло — это просто подпрыгивающие молекулы. Молекулы подпрыгивают в холодном воздухе немного медленнее, чем в горячем, но тем не менее они подпрыгивают. На самом деле, в воздухе будет энергия вплоть до -459.0,67 ° F или -273,15 ° C, температура, известная как абсолютный ноль.
Тепловой насос поглощает энергию из наружного воздуха, предлагая ему наполниться чем-то еще более холодным. Он делает это, проталкивая хладагент через расширительный клапан, чтобы снизить давление. При этом более низком давлении температура кипения снижается, и хладагент закипает.
Другими словами, хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное; он испаряется. Вот почему устройство, в котором это происходит, называется испарителем.
(Внимательные читатели заметят, что испаритель и конденсатор на самом деле одно и то же. Это просто змеевики, название которых зависит от того, в каком режиме мы находимся — в режиме обогрева или в режиме охлаждения).
Как я упоминал в предыдущем разделе, когда что-то испаряется, оно должно поглощать энергию. В этом случае хладагент намного холоднее наружного воздуха (впечатляющий подвиг зимой, но факт). Поскольку горячее хочет перейти в холодное, часть энергии от наружного воздуха переходит к хладагенту.
Отсюда хладагент поступает в дом, где проходит через компрессор, повышающий его давление. Это приводит к повышению температуры кипения. Когда хладагент проходит через внутренние змеевики, он меняет состояние с пара на жидкость. Другими словами, он конденсируется.
Всякий раз, когда что-то переходит из газообразного состояния в жидкое, должна выделяться энергия. В этом случае энергия хладагента переходит в воздух внутри вашего дома.
Вот и все. Тепло поглощается хладагентом во внешнем блоке, а затем выделяется внутри.