Тепловой насос устройство: Принцип действия теплового насоса | Viessmann

Принцип действия теплового насоса | Viessmann

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, тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Тепловой насос может забирать тепловую энергию как из воздуха внутри помещения или снаружи, так и из грунтовых вод и почвы. И поскольку температура полученного тепла, как правило, не достаточна для того, чтобы отапливать здание или обеспечивать его горячей водой, в дело вступает термодинамический процесс.

Процесс охлаждения в подробностях

В независимости от того, какой тип теплового насоса используется для отопления, в функционал теплового насоса также входит процесс охлаждения, который происходит в четыре этапа.

1. Испарение

Для того, чтобы начать процесс испарения жидкости, необходима энергия. Этот процесс можно наблюдать на примере с водой. Если емкость с водой нагревается до 100 градусов Цельсия (тепловая энергия подается) вода начинает испаряться. При дальнейшем подаче тепловой энергии температура воды не повышается. Вместо этого вода полностью преобразуется в пар.

2. Сжатие газа

При сжатии газа, например воздуха (давление увеличивается), также повышается температура. Вы можете наблюдать это например, если вы придержите отверстие в велосипедном воздушном насосе и начнете процесс «накачки» воздуха, вы почувствуете тепло.

3. Конденсация

Согласно закону сохранения энергии при конденсации водяного пара, высвобождается тепловая энергия, которая ранее использовалась для испарения.

4. Расширение

При резком снижении давления в жидкости, находящейся под давлением, температура снижается в несколько раз. Это можно наблюдать на примере баллона с сжиженным газом для кемпинговой горелки. Открытие клапана может привести к образованию льда на клапане баллона с жидким газом даже летом. (Здесь давление снижается с 30 бар до 1 бар.)

Постоянное повторение процесса

Эти процессы происходят внутри теплового насоса в замкнутом контуре. Для транспортировки тепла используется жидкость (хладагент), которая испаряется при очень низких температурах. Чтобы испарить эту жидкость, используется тепловая энергия из земли или наружного воздуха. Для этого достаточно даже температуры в минус 20 градусов по Цельсию. Холодные пары хладагента затем очень сильно сжимаются компрессором. При этом их температура возрастает до 100 градусов Цельсия. Эти пары хладагента конденсируются и отдают тепло в систему отопления. Затем давление жидкого хладагента на расширительном клапане сильно снижается. При этом температура жидкости снижается до исходного уровня. Процесс может начинаться заново.

Процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса

Проще всего объяснить этот процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса: тепловой насос «воздух-вода» может состоять из одной или двух составляющих. В обоих случаях встроенный вентилятор активно  направляет  окружающий воздух в теплообменник. Через теплообменник проходит хладагент, который переходит из одного состояния в другое при очень низких температурах. Внутри теплообменника хладагент нагревается воздухом из окружающей среды  и постепенно переходит в газообразное состояние. Для повышения температуры, возникающих при этом паров, используется компрессор. Он сжимает пары хладагента и увеличивает как давление, так и их температуру до требуемого значения.

Другой теплообменник (конденсатор) затем передает тепло от нагретых паров хладагента на отопление (теплые полы, радиаторы, буферная емкость или водонагреватель). Хладагент, находящийся под давлением отдает тепло, его температура падает и он снова переходит в жидкое состояние. Перед тем, как поступить обратно в контур, хладагент сначала расширяется в расширительном клапане. После того, как он достигнет своего исходного состояния, процесс процесс в холодильном контуре может начинаться с самого начала.

Тепловые насосы: устройство, принцип действия и виды конструкций

Тепловой насос — это высокотехнологичное устройство, позволяющее использовать тепловую энергию грунта, воздуха и воды для обогрева дома и кондиционирования воздуха. Любая среда с температурой выше 1°С обладает определенным количеством тепловой энергии, которую при должной организации процесса можно эффективно использовать в быту и на производстве.

Потолочные обогреватели встраиваемые и не стандартные

Греющие накладки для предотвращения обледенения пешеходных зон

Встраиваемые потолочные нагреватели для подвесных потолков Армстронг

В России тепловые насосы пока не получили широкого распространения, хотя активно используется оборудование с аналогичным принципом действия — холодильники и кондиционеры. А вот в Швейцарии и других европейских странах отопление зданий с помощью геотермальных тепловых насосов — дело привычное.

Принцип действия и эффективность теплонасосов

Принцип работы такого оборудования базируется на общеизвестном цикле Карно. По сути, тепловой насос — это не что иное, как холодильник наоборот. И устройство, и даже внешний облик этих приспособлений схожи. Разница лишь в том, что холодильник морозит внутри и отдает тепло наружу, а тепловой насос напротив забирает тепло из почвы, воды или воздуха и поставляет его в дом. С его помощью 2/3 энергии, требуемой для отопления, можно получить из природы абсолютно бесплатно, а оставшуюся 1/3 — придется затратить на перекачку жидкости в насосе.

Практика использования тепловых насосов показывает, что их применением позволяет добиться 70% экономии средств, необходимых на обогрев дома, если сравнивать с обычным способом отопления. Устройство собирает тепловую энергию из окружающей среды и поставляет ее в дом, при этом затрачивая на работу 1 кВт энергии, вырабатывая — 3…4 кВт. Выгода очевидна! К тому же на базе данного приспособления можно не только наладить отопление и горячее водоснабжение в доме, но и обеспечить кондиционирование — нагрев и охлаждение воздуха в помещениях.

Устройство и суть работы теплонасоса

Внутренний контур устройства состоит из:

• конденсатора;
• испарителя;
• капилляра;
• сетевого компрессора;
• управляющего терморегулятора;
• хладагента.

Мы разобрались, что принцип действия теплового насоса заключатся в сборе низкопотенциальной тепловой энергии и передаче ее теплоносителю с более высокой температурой. По сути, происходит следующее:

• в трубопровод, расположенный в грунте (воде, воздухе), поступает теплоноситель и подогревается;
• попадая в теплообменник (испаритель), теплоноситель передает накопленную энергию на внутренний контур системы;
• хладагент, нагреваясь в испарителе, преобразуется в газ, а затем, попадая в компрессор, сжимается под высоким давлением, при этом его температура повышается еще сильнее;
• нагретый газ попадает в конденсатор и передает тепло теплоносителю отопительной системы;

после чего остуженный хладагент в жидком виде поступает обратно в систему.

Как видно, суть работы теплонасоса проста, при этом эффективность его использования высока.

Типы тепловых насосов

Нас окружают разные природные среды, поэтому существуют насосы, способные черпать тепловую энергию из разных источников. Различают несколько типов оборудования:

• «грунт-вода»;
• «вода-вода»;
• «вода-воздух»;
• «воздух-воздух»;

Каждая конструкция имеет свои уникальные особенности:

1. «Грунт-вода»

Получение тепловой энергии из грунта считается наиболее эффективным для данного вида альтернативного отопления. Уже в 5 метрах от поверхности земли температура почвы достаточно постоянна и практически не подвержена изменениям погоды. В насосе, работающем по принципу «грунт-вода», используются теплопроводящие зонды. Теплоносителем выступает специальная жидкость — рассол, имеющий экологически безопасный состав. Контур насоса выполняется из прочных пластиковых труб, которые могут быть размещены вертикально или горизонтально.

Вертикальное размещение предполагает использование скважин (50…150м) и специальных глубинных зондов, так как температура глубоко под землей всегда выше и устойчивее, чем на поверхности. Второй способ размещения контура рассчитан на горизонтальную закладку труб недалеко от поверхности, но на приличной площади (25…50 м²/1 кВт). При этом земля, отведенная под контур коллектора, становится непригодной для сельскохозяйственного использования. На этой площади можно лишь разбить газон или клумбу. Поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается вертикальному контуру.

2. «Вода-вода»

Благодаря относительной стабильности температуры воды на большой глубине использование тепловых насосов данного типа весьма эффективно. Источником рассеянной тепловой энергии могут выступать открытые водоемы, грунтовые и промышленные сточные воды. Конструктивно насос «вода-вода» подобен устройству первого типа. Наименее затратным считается сооружение приспособления, черпающего энергию из открытого водоема. В таком случае трубы с теплоносителем, снабженные утяжелителем, просто погружаются в воду на необходимую глубину. Может потребоваться также организация водосборного колодца.

3. «Воздух-вода»

Несколько менее эффективный тип теплового насоса, чем первые два, но универсальный и простой в монтаже. Для его установки не потребуется производить сложные земляные работы, оборудование можно разместить прямо на крыше здания. Его преимуществом является возможность повторного использования тепла, покидающего обогреваемые помещения. Для компенсации недостатка мощности зимой обычно предусматривается альтернативное отопление.

4. «Воздух-воздух»

Победитель в соотношении «затраты-эффективность», так как не требует произведения сложных работ по созданию традиционной отопительной системы. Тепловой насос такого типа работает как перевернутый кондиционер: отбирает тепловую энергию у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, а затем отдает ее в дом. Как бы абсурдно это не озвучило, но греть дом предлагается за счет холодного уличного воздуха. Ведь, в действительности, даже очень холодный воздух обладает приличным запасом тепловой энергии.

Вариативность и высокая эффективность тепловых насосов привела к их быстрому распространению в развитых странах.

Читайте также:
Тепловые насосы: достоинства, недостатки и перспективы применения в России
Тепловой насос своими руками: особенности сборки системы, окупаемость

Большие настенно — потолочные нагреватели промышленные

Инфракрасные потолочные обогреватели для потолков любого типа под заказ

Тепловой насос — принцип работы, типы наосов и теплообменников

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос представляет собой устройство, позволяющее переносить тепловую энергию от менее нагретого тела к более нагретому телу, увеличивая его температуру. В последние годы тепловые насосы пользуются повышенным спросом как источник альтернативной тепловой энергии, позволяющий получать действительно дешевое тепло, не загрязняя при этом окружающей среды.

Сегодня их выпускают многие производители теплотехнического оборудования, а общая тенденция такова, что в ближайшие годы именно тепловые насосы займут лидирующие позиции в ряду отопительного оборудования.

Как правило, тепловые насосы используют тепло подземных вод, температура которых круглый год находится приблизительно на одном уровне и составляет +10С, тепло окружающей среды или водоемов.

Принцип работы теплового насоса

Принцип их работы основывается на том, что любое тело, имеющее температуру выше значения абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии, прямо пропорциональным его массе и удельной теплоемкости. Понятно, что моря, океаны, а также подземные воды, масса которых велика,  обладают грандиозным запасом тепловой энергии, частичное использование которой на отоплении жилища никак не сказывается на их температуре и на экологической обстановке на планете.

«Забрать» тепловую энергию от какого-либо тела можно только охладив его. Количество выделенного при этом тепла (в примитивном виде) можно рассчитать по формуле

Q=CM(T2-T1), где

Q-полученное тепло

C-теплоемкость

M— масса

T1 T2 — разность температур, на которую было произведено охлаждение тела

Из формулы видно, что при охлаждении одного килограмма теплоносителя от 1000 градусов до 0 градусов может быть получено такое же количество тепла, что и при охлаждении 1000кг теплоносителя от 1С до 0С.

Главное, суметь использовать тепловую энергию и направить ее на отопление жилых домов и производственных помещений.

Идея использования тепловой энергии менее нагретых тел возникла еще в середине 19 столетия, а ее авторство принадлежит знаменитому ученому того времени лорду Кельвину. Однако далее общей идеи дело у него не продвинулось. Первый проект теплового насоса был предложен в 1855 году и принадлежал он Петеру Риттеру фор Риттенгеру. Но и он не получил поддержки и не нашел практического применения.

«Второе рождение» теплового насоса относится к середине сороковых годов прошлого столетия, когда широкое распространение получили обычные бытовые холодильники. Именно они натолкнули швейцарца Роберта Вебера на идею использовать тепло, выделяемое  морозильной камерой, для нагрева воды для хозяйственных нужд.

Полученный эффект оказался ошеломляющим: количество тепла оказалось столь велико, что его хватило не только для горячего водоснабжения, но и подогрева воды для отопления. Правда, при этом пришлось порядком потрудиться и придумать систему теплообменников, позволяющую утилизировать выделяемую холодильником тепловую энергию.

Однако вначале изобретение Роберта Вебера рассматривалось как забавная идея, и воспринималась подобно идеям из современной знаменитой рубрики «Очумелые ручки». Настоящий интерес к нему возник намного позже, когда действительно остро встал вопрос поиска альтернативных источников энергии. Вот тогда идея теплового насоса получила свое современное очертание и практическое применение.

Современные тепловые насосы можно классифицировать в зависимости от источника низкотемпературного тепла, которым может быть грунт, вода (в открытом или в подземном водоеме), а также наружный воздух.

Полученная тепловая энергия может передаваться воде и использоваться для устройства водяного отопления, и горячего водоснабжения, а также воздуху, и применяться для отопления и кондиционирования. Учитывая это, тепловые насосы делят на 6 видов:

• От грунта к воде (грунт-вода)
• От грунта к воздуху (грунт-воздух)
• От воды к воде (вода-вода)
• От воды к воздуху (вода-воздух)
• От воздуха к воде (воздух-вода)
• От воздуха к воздуху (воздух-воздух)

Каждый вид тепловых насосов имеет свои характерные особенности установки и эксплуатации.

Способ установки и особенности эксплуатации теплового насоса ГРУНТ-ВОДА

• Грунт универсальный поставщик низкотемпературной тепловой энергии

Грунт обладает колоссальным запасом низкотемпературной тепловой энергии. Именно земная кора постоянно аккумулирует солнечное тепло и при этом подогревается изнутри, от ядра планеты. В результате на глубине нескольких метров грунт всегда имеет положительную температуру. Как правило, в центральной части России речь идет о 150-170 см. Именно на этой глубине температура грунта имеет положительное значение и не опускается ниже 7-8 С.

Еще одна особенность грунта состоит в том, что даже при сильных морозах он промерзает постепенно. В результате минимальная температура грунта на глубине 150 см наблюдается тогда, когда на поверхности уже наступает календарная весна и потребность в тепле для отопления снижается.

Это значит, что для того, чтобы «отобрать» тепло у грунта в центральном районе России, теплообменники для аккумуляции тепловой энергии необходимо расположить на глубине ниже 150 см.

В этом случае теплоноситель, циркулирующий  в системе теплового насоса, проходя по теплообменникам, будет нагреваться за счет тепла грунта, затем, поступая в испаритель, передавать тепло воде, циркулирующей в системе отопления, и возвращаться за новой порцией тепловой энергии.

• Что может использоваться в качестве теплоносителя

В качестве теплоносителя в тепловых насосах типа грунт-вода чаще всего используют так называемый «рассол». Его готовят из воды и этиленгликоля или пропиленгликоля. В некоторых системах используют фреон, что в значительной степени усложняет конструкцию теплового насоса и приводит к повышению его стоимости. Дело в том, что теплообменник насоса этого вида должен иметь большую площадь теплообмена, следовательно, и внутренний объем, что требует соответствующего количества теплоносителя.

Использование фреона хоть и повышает эффективность работы теплового насоса, но при этом требует абсолютной герметичности системы и ее устойчивости к повышенному давлению.

Для систем с «рассолом» теплообменники обычно делают из полимерных труб, чаще всего полиэтиленовых, диаметром от40-60мм. Теплообменники имеют вид горизонтальных или вертикальных коллекторов.

• Горизонтальный грунтовый коллектор

Горизонтальный грунтовый коллектор представляет собой трубу, уложенную в грунт на глубине ниже 170 см. Для этого можно использовать любой незастроенный участок земли. Для удобства и увеличения площади теплообмена трубу укладывают зигзагом, петлями, спиралью и т.д. В дальнейшем этот участок земли можно использовать под газон, клумбу или огород. Следует отметить, что теплообмен между грунтом и коллектором идет лучше во влажной среде. Поэтому поверхность грунта можно смело поливать и удобрять.

Считается, что в среднем 1м2 грунта дает от 10 до 40 Вт тепловой энергии. В зависимости от потребности в тепловой энергии, петель коллектора может быть любое количество.

• Вертикальный коллектор

Вертикальный коллектор представляет собой систему труб, установленных в земле вертикально. Для этого бурятся скважины на глубину от нескольких метром до десятков, а то и сотен метров. Чаще всего вертикальный коллектор находится в тесном контакте с подземными водами, но это не является необходимым условием для его эксплуатации. То есть, вертикально установленный подземный коллектор может быть «сухим».

Вертикальный коллектор, так же, как и горизонтальный, может иметь практически любую конструкцию. Наибольшее распространение получили системы типа «труба в трубе» и «петли», по которым рассол подается насосом вниз и им же поднимается обратно к испарителю.

Следует отметить, что вертикальные коллекторы наиболее производительны. Объясняется это их расположением на большой глубине, где температура практически всегда находится на одном уровне и составляет 1—12 С. При их использовании с 1м2 можно получить от 30 до 100 Вт мощности. При необходимости количество скважин можно увеличивать.

Для улучшения процесс теплообмена между трубой и грунтом пространство между ними заливают бетоном.

• Достоинства и недостатки тепловых насосов типа «грунт-вода»

Монтаж теплового насоса типа «грунт-вода» требует значительных финансовых вложений, но его эксплуатация позволяет получать практически бесплатную тепловую энергию. При этом не причиняется никакого ущерба окружающей среде.

Среди достоинств теплового насоса этого типа следует отметить:

• Долговечность: может работать несколько десятилетий подряд без ремонта и технического обслуживания
• Простоту эксплуатации
• Возможность использования участка земли для земледелия
• Быструю окупаемость: при отоплении помещений значительной площади, например от 300 м2 и выше, насос окупается за 3-5 лет.

Учитывая то, что установка теплообменника в грунт представляет собой сложные агротехнические работы, выполнять их следует обязательно с предварительной разработкой проекта.

Как работает тепловой насос

Тепловой насос состоит из следующих элементов:

• Компрессора, работающего от обычной электрической сети
• Испарителя
• Конденсатора
• Капилляра
• Терморегулятора
• Рабочего тела или хладагента, на роль которого в наибольшей степени подходит фреон

Принцип действия теплового насоса можно описать с помощью хорошо известного из школьного курса физики «Цикла Карно».

Поступающий в испаритель по капилляру газ (фреон) расширяется, его давление уменьшается, что приводит к его последующему испарению, при котором он, соприкасаясь со стенками испарителя, активно забирает у них тепло. Температура стенок снижается, что создает разницу температур между ними и массой, в которой находится тепловой насос. Как правило, это подземные воды, морская вода, озеро или масса земли. Не трудно догадаться, что при этом начинается процесс передачи тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому телу, которым в данном случае, являются стенки испарителя. На данном этапе работы тепловой насос «выкачивает» тепло из среды теплоносителя.

На следующем этапе хладагент всасывается компрессором, затем сжимается и под давлением подается в конденсатор. В процессе сжатия его температура возрастает и может составлять от 80 до 120 С, что более чем достаточно для отопления и горячего водоснабжения жилого дома. В конденсаторе хладагент отдает свой запас тепловой энергии, остывает, переходит в жидкое состояние, а затем и поступает в капилляр. Затем процесс повторяется.

Для управления работой теплового насоса используется терморегулятор, с помощью которого прекращается подача электроэнергии в систему при достижении в помещении заданной температуры и возобновление работы насоса при снижении температуры ниже заранее определенного значения.

Тепловой насос можно использовать в качестве источника тепловой энергии и устраивать с ним системы отопления, аналогичные системам отопления на основе котла или печи. Пример такой системы приведен на схеме выше.

Следует отметить, что работа теплового насоса возможна только при подключении его к источнику электрической энергии. При этом может ошибочно возникнуть мнение, что вся система отопления основа на использовании именно электрической энергии. В действительности, для передачи в систему отопления 1кВт тепловой энергии необходимо затратить приблизительно 0,2-0,3 кВт электрической энергии.  

Преимущества теплового насоса

Среди преимуществ теплового насоса следует выделить:

• Высокую эффективность
• Возможность переключения с режима отопления на режим кондиционирования и его последующее использование летом для охлаждения помещений
• Возможность использования эффективной системы автоматического контроля
• Экологическую безопасность
• Компактность( размер не более бытового холодильника)
• Бесшумность работы
• Пожарную безопасность, что особенно важно для обогрева загородных домов

Среди недостатков теплового насоса следует отметить его высокую стоимость и сложность монтажа.

Устройство теплового насоса — Kristallo

Большинство наших заказчиков используют геотермальные или воздушные тепловые насосы, но не все из них в курсе, как устроен тепловой насос. В этой статье вы узнаете какие агрегаты есть в тепловом насосе, какую функцию они выполняют и как функционирует сама геотермальная установка.

Основные агрегаты теплового насоса

Для того чтобы установка получения энергии работала согласно принципам работы теплового насоса, в его конструкции должны присутствовать 4 основных агрегата, это:

• Компрессор;
• Испаритель;
• Конденсатор;
• Расширительный клапан.

Устройство теплового насоса

Компрессор

Важным элементом конструкции теплового насоса является компрессор. Его основная функция – повышение давления и температуры паров, образующихся в результате кипения хладагента. Для климатической техники и тепловых насосов в частности применяются современные спиральные компрессоры.

В качестве рабочего тела, осуществляющего непосредственный перенос тепловой энергии, используются жидкости с низкой температурой кипения. Как правило, используется фреоны.

Такие компрессоры рассчитаны на эксплуатацию при минусовых температурах. В отличие от других разновидностей, спиральные компрессоры производят мало шума и работают, как при низких температурах кипения газа, так и при высоких температурах конденсации. Несомненным преимуществом считаются их компактные размеры и небольшой удельный вес.

Практически вся энергия теплового насоса затрачивается на транспортировку тепловой энергии извне внутрь помещения. Так на работу систем уходит около 1 КВт при производстве 4 – 6 КВт.

Испаритель

Испаритель как конструктивный элемент представляет собой емкость, в которой происходит превращение в пар жидкого хладагента. Хладагент, циркулируя по замкнутому контуру, проходит через испаритель. В нем хладагент, взаимодействуя с внешней средой, нагревается и превращается в пар. Образующийся пар под низким давлением направляется в сторону компрессора.

Теплообменники в тепловом насосе

В компрессоре пары хладагента подвергаются действию давления и их температура возрастает. Компрессор перекачивает под большим давлением разогретый пар в сторону конденсатора.

Компрессор сжимает циркулирующую по контуру среду, в результате чего увеличивается ее температура и давление. Затем сжатая среда поступает в теплообменник (конденсатор), где охлаждается, передавая тепло воде либо воздуху

Конденсатор

Следующий конструктивный элемент системы – конденсатор. Его функция сводится к отдаче тепловой энергии внутреннему контуру отопительной системы.

Серийные образцы, изготавливаемые промышленными предприятиями, оснащаются пластинчатыми теплообменниками. Основным материалом для таких конденсаторов служит легированная сталь или медь.

Дроссельный клапан

Терморегулирующий, или иначе дроссельный клапан устанавливается в начале той части гидравлического контура, где циркулирующая среда высокого давления преобразуется в среду с низким давлением. Точнее дроссель в паре с компрессором делят контур теплового насоса на две части: одну с высокими параметрами давления, другую – с низкими.

При прохождении через расширительный дроссельный вентиль циркулирующая по замкнутому контуру жидкость частично испаряется, вследствие чего давление вместе с температурой падают. Затем поступает в испаритель, сообщающийся с окружающей средой. Там захватывает энергию среды и переносит ее обратно в систему.

С помощью дроссельного клапана (расширительного клапана) происходит регулирование потока хладагента в сторону испарителя. Тепловые насосы Kristall оборудованы электронным терморегулирующим клапаном, который учитывает параметры системы и автоматически регулирует количество потока хладагента в испаритель.

При прохождении через теплорегулирующий клапан жидкий теплоноситель частично испаряется, а температура потока понижается

Контроллер теплового насоса

Контроллер это приспособление для управления тепловым насосом. Контроллеры бывают разных типов, но имеют примерно одинаковый функционал. На тепловых насосах KRISTALL используются контроллеры компаний CHIGO или CAREL. С помощью контроллера можно управлять всеми настройками теплового насоса. Устанавливать вариант работы, температуру, отслеживать температуру, давление и ошибки.

Также существуют беспроводные контроллеры. Они работают по WI-FI или GSM. Таким контроллером можно управлять находясь даже не на территории дома.

Стандартный контроллер воздушного теплового насоса

Группа безопасности

Группа безопасности теплового насоса — набор предохранительных элементов предназначенных для защиты системы отопления от превышения максимально допустимого рабочего давления и отвода воздуха из них. Таким образом ваша система предохраняется от поломок и опасных ситуаций.

Выводы и полезное видео по теме

Если у Вас остались вопросы, то можете посмотреть наше видео в котором мы более подробно рассказываем о работе теплового насоса и его преимуществах.

Тепловые насосы – устройство, принцип работы, виды, видео

Тепловой насос – это прибор, позволяющий отбирать тепловую энергию у любой среды, температура которой не ниже 1 °C. Устройство такого рода сегодня активно используется с целью кондиционирования воздуха и отопления жилых домов. Правильно организовав процесс отбора энергии, его можно будет использовать с минимальными затратами и потерей времени.

Устройство теплового насоса

Иметь понятие о конструкции агрегата так же важно, как и знать, что такое тепловой насос. Ничего сложного в устройстве агрегата нет. Он состоит из ряда важных элементов:

• Испарителя;
• Конденсатора;
• Сетевого компрессора;
• Капилляра;
• Хладагента;
• Управляющего терморегулятора.

Такого рода конструкция позволяет существенно экономить время и деньги жильцов здания. Более того, на практике использование такого агрегата показывает более высокую эффективность, чем применение других, более традиционных приборов.

Виды тепловых насосов – классификация в зависимости от источника энергии

Сегодня мы имеем возможность отбирать энергию практически повсюду. В зависимости от источника тепловой энергии, насосы делятся на несколько типов:

• Грунт-вода, или геотермальные насосы – такое оборудование отбирает тепло в верхних слоях почвы и подает энергию в жидкий теплоноситель отопительных приборов. Грунтовой тепловой насос считается наиболее эффективным в плане выработки энергии. Монтаж геотермального прибора зачастую требует проведения предварительных земляных работ.
• Вода-вода, или гидродинамический тепловой агрегат – использование таких агрегатов достаточно эффективно за счет устойчивой температуры в нижних слоях воды. Вода-вода тепловой насос может отбирать энергию у промышленных и бытовых сточных вод, а также у расположенных рядом с домом водоемов;
• Воздух-вода, или инверторный насос – эти агрегаты считаются менее эффективным, чем приборы первых двух типов. Вместе с тем, воздух-вода тепловой насос более прост в установке. Монтаж теплового насоса такого рода не требует проведения предварительных земляных работ;
• Воздух-воздух – воздушный тепловой насос считается наиболее оптимальным в соотношении затрат и эффективности. Воздух-воздух тепловой насос чаще всего применяется для отопления дома, он более простой по конструкции и требует ремонта гораздо реже приборов других типов.

От вида оборудования напрямую зависит КПД теплового насоса. Выше всех этот показатель у приборов типа грунт-вода, а самый низкий КПД – у приборов типа воздух-вода.

Принцип работы теплового насоса – в чем суть действия прибора?

Работа прибора основана на общеизвестном цикле Карно. По своей сути тепловой насос представляет собой холодильник, только наоборот. Разница заключается лишь в том, что холодильник замораживает изнутри, а все тепло отдает наружу. Тепловой насос для отопления, напротив, отбирает тепло из определенной среды, и поставляет его в помещение. С применением такого прибора жильцы получают возможность сэкономить до 2/3 требуемой для отопления энергии. Оставшуюся долю потребуется потратить на перекачивания жидкости посредством насоса.

Чтобы узнать, как работает тепловой насос, необходимо определиться со средой, в которой он отбирает тепловую энергию. При использовании насоса воздух-воздух, прибор работает в качестве «перевернутого» кондиционера. Он потребляет тепловую энергию у более холодных воздушных масс, и отдает ее в жилые помещения. При этом забор воздуха осуществляется через трубопровод. После этого масса проникает внутрь теплообменника, где нагревается до определенной температуры. Полученная тепловая энергия передается на внутренний контур прибора, после чего подается в теплоноситель отопительного прибора.

С применением насоса воздух-вода забор воздуха также происходит посредством трубопровода, расположенного вне помещения. После этого воздух попадает внутрь теплообменника насоса, а затем в компрессор, где под давлением нагревается еще больше. В конце тепловая энергия подается в теплоноситель отопительной системы.

Работа теплового насоса вода-вода базируется на заборе жидкости посредством трубопровода, установленного в нижних слоях воды. В дальнейшем вода просачивается внутрь теплообменника, где тепло отделяется и попадает на внутренний контур насоса. В конце разогретая под высоким давлением вода поступает в теплообменник системы отопления.

Как выбрать тепловой насос – изучаем советы специалистов

Выбирая тепловой насос для дома, следует учитывать ряд его характеристик и обстоятельств.

Среди наиболее важных факторов можно выделить:

• Источник, из которого насос будет брать теплоноситель. Самым оптимальным признан тепловой насос воздушный типа воздух-воздух и воздух-вода. При этом самыми долговечными считаются грунтовые агрегаты, берущие энергию из почвы. Такой прибор можно использовать для помещений, площадью не более 70 м², а воздушные насосы для работы в зданиях, площадью до 120 м²;
• Стоимость и оснащение прибора. Выбранный агрегат должен оборудоваться всеми необходимыми датчиками и автоматическими устройствами. Кроме того, агрегат должен иметь эффективный циркуляционный насос, качественную защиту от коррозии и систему кондиционирования;
• Отсутствие громкого шума при работе. Работающий тепловой насос не должен доставлять дискомфорт ни жильцам дома, ни их соседям;

• Класс энергоэффективности. Современные модели обозначаются маркировкой от «А» до «А+++». Самой высокой энергоэффективностью обладают приборы второго типа. Важно помнить, что при использовании в процессе установки не оригинальных деталей насоса, его класс снизится;
• Мощность прибора – здесь все банально просто: чем мощнее агрегат, тем лон лучше. Однако не стоит брать высокомощный насос для бассейна или других сооружений, которые используются сезонно;
• Электрическое снабжение – покупатель может выбрать насос с одной фазой на 230 В, или с тремя фазами на 400 В;
• Внешний вид и размеры насоса – определенная часть агрегата обязательно будет установлена внутри дома. Она должна быть визуально привлекательной и не портить интерьер помещения. Ее размеры в собранном виде также не должны быть слишком большими.

Изучив каждый из этих факторов, даже новичок сможет выбрать для себя подходящий тепловой насос, который легко справиться с поставленными на него задачами.

Производители качественного теплового оборудования

Не многие хотят изучать характеристики и свойства представленных в продаже тепловых насосов. Поэтому мы предлагаем ознакомиться с перечнем наиболее известных производителей оборудования, заслуживших мировую популярность благодаря надежности и высокому качеству. В наш ТОП-6 попали такие компании:

• На 6-ом месте расположился китайский производитель Dongguan New Times, который специализируется на производстве насосов типа воздух-вода. Каждый бытовой и промышленный агрегат этой фирмы заслужил популярность благодаря высокому качеству сборки и отличной комплектации. Среди недостатков нужно выделить необходимость регулярной замены конденсатора. Пока что эта компания только начала покорять европейский рынок, однако в Азии насосы этой фирмы пользуются очень высоким спросом;
• На 5-ом месте находится американская компания Mammuth Climate. Она производит насосы типа воздух-вода и вода-вода. Продукция этой фирмы заслужила популярность в США и более развитых странах Южной Америки. В Европе большим спросом пользуется газовый насос этой фирмы, в то время как оборудование других типов только набирает популярность. Среди недостатков следует выделить достаточно высокую стоимость тепловых насосов;

• Четвертое место занимает немецкий производитель Stiebel Eltron, выпускающая насосы типа вода-вода и воздух-вода, а также автоматику к ним. Приборы этой известной компании пользуются большой популярностью по всему миру. Они практичны в использовании, потребляют мало энергии, показывают высокую производительность и практически бесшумны при эксплуатации. Среди минусов можно выделить только высокую стоимость этих топливных насосов;
• Третье место заняла шведская компания Nibe, которая занимается производством насосов типа воздух-вода и грунт-вода. Продукция этого бренда пользуется спросом благодаря невысокой стоимости, приятному дизайну, экономичности и неприхотливости в обслуживании;
• На втором месте находится немецкий бренд Viessmann. Эта известная компания производит качественные и недорогие насосы типа вода-вода и воздух-вода, оборудованные интегрированными баками. Среди преимуществ продукции этого производителя следует выделить надежность, отсутствие необходимости в частом ремонте и наличие в продаже большого количества оригинальных запчастей;
• Первое место в нашем ТОПе заняла еще одна немецкая компания Buderus. Этот известный во всем мире бренд выпускает надежное и производительное оборудование типа воздух-вода, а также автоматику и баки-теплоаккумуляторы к насосам. Продукция этой компании практически не имеет изъянов – она проста в монтаже и эксплуатации, бесшумна, надежная и эффективная.

Каждый из перечисленных брендов заслужил большую популярность за счет высокого качества и надежности, и стоит на порядок дешевле аналогов из своей ценовой категории. На отечественном рынке самым большим спросом пользуются модели последних трех производителей из нашего списка. Остальные компании только начинают набирать популярность,

Принцип работы теплового насоса — схема, устройство, действие теплового насоса

Отопление тепловым насосом — это один из способов обогрева здания, альтернатива газовому котлу. В качестве источника энергии они используют тепло окружающей среды – земли, воздуха, воды и преобразовывают его в тепловую энергию для отопления дома.

Далее мы подробно и наглядно рассмотрим, схему, устройство и принцип работы теплового насоса.

Схема теплового насоса

Прежде чем рассмотреть как работает тепловой насос, нужно понять из каких основных элементов он состоит. Каждый насос независимо от способа получения тепла содержит:

• Испаритель;
• Компрессор;
• Конденсатор;
• Расширительный клапан.

Это основные элементы, которые присутствуют во всех видах тепловых насосов.

Схема расположения элементов теплового насоса

Порядок и принцип действия теплового насоса

Многим знаком принцип работы холодильника: тепло отбирается из внутренней части и выводится наружу — заднюю или боковую стенку.  Принцип отопления тепловым насосом похож.  Насос отбирает тепло из окружающей среды и переносит его в дом. Причем особенность работы его работы в том, что из окружающей среды он получает температуру 0 … +7 ˚С, а преобразовывает её в 35-50˚С.

Порядок работы:

1. Тепловой насос извлекает тепло из окружающей среды – земли, воздуха или воды. Достаточная температура – 0…7˚С.
2. Внутри насоса установлен испаритель с хладагентом. Это особая жидкость, которая закипает при температуре близкой к 0˚С.
3. За счет тепла полученного из окружающей среды хладагент закипает и принимает газообразную форму.
4. В виде газа хладагент поступает в компрессор. Здесь он сжимается, в результате чего увеличивается его давление и растет температура.
5. Далее уже нагретый газ поступает в конденсатор, где отдает тепло системе отопления. После чего он охлаждается и снова принимает жидкое состояние.
6. Жидкий хладагент поступает в расширительный клапан, где его давление понижается до начального низкого значения.
7. После этого хладагент возвращается в испаритель. Контур замыкается. Процесс повторяется непрерывно.

Выводы

Главным компонентом в схеме работы теплового насоса является хладагент — специальная жидкость, которая закипает при низкой температуре. Именно благодаря ей получаемые из земли или воздуха  0 … +7˚С превращаются в +40 … +50˚С необходимые для работы системы отопления.

Чем выше температура окружающей среды, тем стабильнее и выше КПД теплового насоса. Вот почему грунтовые тепловые насосы считаются более эффективными, чем воздушные.

Читайте также

1. Скрытые утечки тепла в частном доме о которых вы не догадываетесь
2. Камин с водяным контуром — совмещение обычного камина и твердотопливного котла
3. Все о солнечных коллекторах для отопления дома

Тепловой насос для отопления дома

Когда приближается отопительный сезон, люди задумываются о том, готовы ли они к холодам, каким образом осуществлять обогрев в своем жилище. Постоянный рост стоимости на жидкое топливо и газ ведет к поискам альтернативы обычной отопительной системы. Решением стали, использующие природные энергоносители, теплонасосы. Таким образом, используя тепловой насос для отопления дома, процесс отопления стал проще и гораздо дешевле.

Тепловой насос для отопления дома – прогрессивное технологическое оборудование. Данные устройства извлекают энергию из возобновляемых источников природы (воздуха, воды, земли), и переносят ее к теплоносителю. Тепловые насосы для отопления дома принципом действия напоминают холодильные установки.

Теплонасосы (ТН) не вырабатывают тепло, а отнимают его у низкопотенциального источника, перенося за счет хладагента в комнаты и помещения, где оно необходимо. В этом заключается их главное преимущество – трата электроэнергии лишь на перемещение тепла, а не его выработки. При этом на 5-6 кВт тепловой мощности затрачивается 1 кВт электрической.

Способные отопить здания и жилые помещения, тепловые насосные агрегаты также являются экологически чистыми. В борьбе за экологически чистую среду, а также благодаря их экономичности, спрос на теплонасосы неуклонно растет по всему миру. На планете установлено около 100 млн. подобных устройств. На Западе и Европейском континенте в быту они начали использоваться более четверти века назад.

Примечательно, что в Японии, Европе и Штатах даже введены строительные нормы, предусматривающие в обязательном порядке при строительстве новых зданий и жилых домов использование тепловых насосов. А в Швеции 70% отопления состоит именно из агрегатов, переносящих тепловую энергию от низкопотенциального источника.

Все теплонасосные системы складываются из следующих конструктивных элементов:

• Первичный/вторичный грунтовые контуры. Это закрытые системы, первая из которых состоит из трубопроводов, циркуляционного насоса грунтового контура, испарителя. Ее назначением является передача тепловой энергии к ТН от грунта. Вторая включает трубопроводы, циркуляционный насос, конденсатор. Она передает тепло от ТН к системе отопления.
• Бак-аккумулятор, накапливающий горячую воду, чтобы выравнивать нагрузки отопительной системы и горячего водоснабжения, продлевать срок эксплуатации теплового насоса.

Теплонасос или теплогенератор имеет конденсатор, передающий тепло от хладагента к элементам системы отопления, испаритель, в котором осуществляется отбор к ТН от низкотемпературного источника. Основными элементами также являются: дроссель, устройство, служащее для снижения температуры и давления, компрессор, повышающий температуру и давление паров хладагента.

Тепловые насосы для отопления дома обладают преимуществами:

1. Долговечность.
2. Работа в режиме 2 в 1: зимой – обогревание, летом – охлаждение.
3. Экономия на эксплуатационных расходах и электроэнергии.
4. Экологическая чистота технологии.
5. Надежность.
6. Пожаро- и взыровобезопасность.
7. Легкая интеграция в любую систему, призванную отапливать помещение.
8. Универсальность и автономность.
9. Комфорт за счет устойчивого и бесшумного функционирования прибора.
10. Удобство использования.

К недостаткам относят: значительнее затраты на монтаж агрегата (данный фактор исключается благодаря экономической целесообразности теплогенератора), сложность обустройства и последующего ремонта. Но насколько качественнее вы приобретете устройство, настолько долго оно не будет требовать проведения техобслуживания и капремонта.

Отзывы реальных владельцев являются свидетельством тому, что отопление загородного дома тепловым насосом, – выгодное решение и лучшая альтернатива электрическому, твердотопливному и газовому котлу.

Тепловой насос для отопления дома – принцип работы

Теплопередача совершается методом низкотемпературного нагрева. На эффективность работы оборудования влияет температура, чем ниже ее показатель, тем выше продуктивность ТН.

Принцип работы устройства схож с холодильной установкой, однако, если домашний холодильник производит теплопередачу через решетку на задней стенке из внутреннего пространства в окружающую среду, то теплогенератор, напротив, – забирает из окружающей среды энергию, передавая ее в отопительную систему через хладагент.

Внешний контур «вбирает» тепло из природных источников. Антифриз течет по контуру, уложенному в грунт (водоем) к теплогенератору. Он, проходя через испаритель, отдает хладагенту до 7 градусов, отчего последний вскипает и переходит в состояние газообразное. Затем уже с низкой температурой кипения и охлаждения (– 10 градусов) незамерзайка опять «уходит» в контур. По коллектору в течение часа антифриза протекает 23 куб.м.

Незамерзающую жидкость земля нагревает приблизительно на 6 градусов. После компрессор сжимает пары хладона, повышая тем самым его температуру до 90-100 градусов и выталкивая в конденсатор, где уже хладагент совершает теплоотдачу во внутренний контур. По завершению данного действия он переходит в жидкое состояние и процесс повторяется.

Область и сферы применения

Востребованность тепловых насосов для отопления наблюдается в случаях, когда иные способы организации отопительных систем обходятся значительно дороже. Сферами применения являются системы, требующие температуры воды не выше 55 градусов. Область применения не ограничивается частным сектором. ТН могут стоять на заводах, складах и других промышленных объектах инфраструктуры, в офисах. Они зарекомендовали себя с положительной стороны в аквапарках, где необходима максимальная тепловая энергия при минимальных затратах на электричество. Их использование актуально на АЗС. ТН используют для поддержания требуемого климата в теплицах.

Для отопления частного дома тепловым насосом, следует приобретать устройство малой мощности до 100 кВт. Промышленные здания нуждаются в мощности до 500 кВт. Более мощное оборудование покупают для больших помещений и нагрева воды до 65 градусов.

Виды тепловых насосов

ТН различаются в зависимости от источника отбора тепла на:

• геотермальный – агрегат использует тепло грунта, подземных или наземных грунтовых вод. Информация о том, сколько стоит данный агрегат и сама установка геотермальных тепловых насосов для отопления, вас не обрадует, тем не менее, решение – выгодное с точки зрения эксплуатационных расходов. Это обусловлено тем, что  температура земли на глубине постоянна даже в зимний период, является достаточно высокой, значит, расходы электричества будут ниже;
• водяной – устройство, коллектор которого размещается в водоеме ниже глубины промерзания кольцами или извилисто. Самый бюджетный вариант, недостаток – требования по объему воды и глубине для того или иного региона;
• воздушный тепловой насос для отопления использует в качестве источника отбора тепла воздух. Воздушные тепловые насосы не везде показывают эффективную эксплуатацию, так как зависит от энергии ветра. Их монтируют в обдуваемом месте;
• использующие вторичное тепло, для них источником тепла служат: канализационные стоки, водные ресурсы.

Типовая классификация тепловых насосов

По типу теплоносителя входного/выходного контура насосы делят на восемь видов:

Как работают тепловые насосы | HowStuffWorks

Если вы регулярно пользуетесь тепловым насосом, вам следует менять фильтр примерно раз в месяц. Возможно, вам удастся заменить фильтр только один раз в три месяца, если вы будете запускать устройство только периодически. Следите, чтобы вентиляторы и змеевики были чистыми и свободными от мусора, а ваш тепловой насос должен проверять профессионал раз в год или два.

Общие проблемы с тепловыми насосами включают слабый воздушный поток, негерметичные или шумные воздуховоды, проблемы с температурой, использование неправильной заправки хладагента, дребезжание, скрип и скрежет.Если можете, попытайтесь определить место возникновения проблемы. Слабый воздушный поток выходит только из одного регистра, или все регистры имеют низкий воздушный поток? Неприятный шум исходит из воздуховодов или внутри самого теплового насоса?

Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы определить и, возможно, устранить проблему теплового насоса, прежде чем обращаться за профессиональной помощью. Во-первых, если устройство не работает, попробуйте перезагрузить его двигатель. Проверьте систему зажигания насоса на наличие проблем и убедитесь, что у вас нет сработавшего прерывателя цепи или перегоревшего предохранителя.Проверьте термостат, чтобы убедиться, что он работает правильно. Замените фильтр, если он грязный, и убедитесь, что нет препятствий для воздушного потока. Если воздуховоды издают шум при расширении и сжатии, вы можете попробовать сделать вмятину на боковой стороне воздуховода, чтобы сделать поверхность более жесткой. Погремушки можно устранить, закрепив незакрепленные детали, и если вы слышите скрип внутри устройства, вам может потребоваться заменить или отрегулировать ремень вентилятора, соединяющий двигатель и вентилятор. Скрежетание может указывать на износ подшипников двигателя, для устранения которого потребуется помощь профессионала.

Имейте в виду, что если у вас нет склонности к механике, вам, вероятно, не следует пытаться выполнять такого рода ремонтные работы. А поскольку тепловые насосы могут содержать опасные материалы, это еще одна веская причина для получения профессиональной помощи. Утечка химического вещества — плохая новость, и вы можете легко пораниться, взяв сломанное устройство.

Тепловой насос должен прослужить от 10 до 30 лет, а геотермальные установки — лидеры по долговечности. Фактически, некоторые компоненты геотермальных тепловых насосов могут служить даже дольше.Имейте в виду, что технология может измениться до того, как ваш тепловой насос выйдет из строя, поэтому вы можете обнаружить, что срок службы вашего теплового насоса превышает возможности технического специалиста по его обслуживанию. Новые технологии могут сделать тепловые насосы более безопасными или более эффективными, поэтому вы можете следить за новыми видами тепловых насосов.

Чтобы узнать больше о тепловых насосах, перейдите по ссылкам на следующей странице для получения дополнительной информации.

Первоначально опубликовано: 13 мая 2009 г.

Как работают тепловые насосы | HowStuffWorks

Если вы регулярно пользуетесь тепловым насосом, вам следует менять фильтр примерно раз в месяц.Возможно, вам удастся заменить фильтр только один раз в три месяца, если вы будете запускать устройство только периодически. Следите, чтобы вентиляторы и змеевики были чистыми и свободными от мусора, а ваш тепловой насос должен проверять профессионал раз в год или два.

Общие проблемы с тепловыми насосами включают слабый воздушный поток, негерметичные или шумные воздуховоды, проблемы с температурой, использование неправильной заправки хладагента, дребезжание, скрип и скрежет. Если можете, попытайтесь определить место возникновения проблемы. Слабый воздушный поток выходит только из одного регистра, или все регистры имеют низкий воздушный поток? Неприятный шум исходит из воздуховодов или внутри самого теплового насоса?

Есть несколько вещей, которые вы можете сделать, чтобы определить и, возможно, устранить проблему теплового насоса, прежде чем обращаться за профессиональной помощью.Во-первых, если устройство не работает, попробуйте перезагрузить его двигатель. Проверьте систему зажигания насоса на наличие проблем и убедитесь, что у вас нет сработавшего прерывателя цепи или перегоревшего предохранителя. Проверьте термостат, чтобы убедиться, что он работает правильно. Замените фильтр, если он грязный, и убедитесь, что нет препятствий для воздушного потока. Если воздуховоды издают шум при расширении и сжатии, вы можете попробовать сделать вмятину на боковой стороне воздуховода, чтобы сделать поверхность более жесткой. Погремушки можно устранить, закрепив незакрепленные детали, и если вы слышите скрип внутри устройства, вам может потребоваться заменить или отрегулировать ремень вентилятора, соединяющий двигатель и вентилятор.Скрежетание может указывать на износ подшипников двигателя, для устранения которого потребуется помощь профессионала.

Имейте в виду, что если у вас нет склонности к механике, вам, вероятно, не следует пытаться выполнять такого рода ремонтные работы. А поскольку тепловые насосы могут содержать опасные материалы, это еще одна веская причина для получения профессиональной помощи. Утечка химического вещества — плохая новость, и вы можете легко пораниться, взяв сломанное устройство.

Тепловой насос должен прослужить от 10 до 30 лет, а геотермальные установки — лидеры по долговечности.Фактически, некоторые компоненты геотермальных тепловых насосов могут служить даже дольше. Имейте в виду, что технология может измениться до того, как ваш тепловой насос выйдет из строя, поэтому вы можете обнаружить, что срок службы вашего теплового насоса превышает возможности технического специалиста по его обслуживанию. Новые технологии могут сделать тепловые насосы более безопасными или более эффективными, поэтому вы можете следить за новыми видами тепловых насосов.

Чтобы узнать больше о тепловых насосах, перейдите по ссылкам на следующей странице для получения дополнительной информации.

Первоначально опубликовано: 13 мая 2009 г.

Тепловой насос — образование в области энергетики

Рис. 1. Наружные компоненты теплового насоса для жилого дома. ^[1]

A Тепловой насос — это устройство, которое забирает энергию из воздуха с целью обогрева или охлаждения помещения. Этот процесс известен как кондиционирование пространства. ^[2] Тепловые насосы работают как тепловая машина в обратном направлении, поскольку они работают от источника электричества, перемещая тепло из холодного места в теплое. Казалось бы, это нарушило бы Второй закон термодинамики, но основная причина, по которой это не так, заключается в том, что эта теплопередача не является спонтанной ; для этого требуется вложенная энергия.Для отопления дома тепловой насос извлекает тепло из наружного воздуха, еще больше нагревает теплый воздух и передает его в помещение. Для домашнего охлаждения тепловой насос меняет этот процесс, и тепло извлекается из воздуха в помещении и выводится наружу, как в холодильнике или кондиционере, тем самым охлаждая внутренний воздух. ^[2]

Эксплуатация

Цикл нагрева

Цикл нагрева теплового насоса работает, забирая тепло из воздуха снаружи, нагревая его дальше и используя этот теплый воздух для нагрева воздуха в помещении.Это делается следующим образом: ^[2]

1. Жидкий хладагент поглощает тепло в «испарителе» наружного воздуха, превращаясь в газ.
2. Хладагент проходит через «компрессор», который повышает давление газа, повышая его температуру.
3. Горячий газ проходит через «змеевики конденсатора» внутри обогреваемого помещения, и, поскольку он имеет более высокую температуру, чем это пространство, он передает тепло в комнату и снова конденсируется в жидкость.
4. Жидкость, наконец, течет обратно через клапан, который снижает ее давление, чтобы охладить ее и повторить цикл.

Это можно увидеть на картинке ниже.

Рисунок 2: Процесс и части, участвующие в цикле нагрева. ^[3]

Цикл охлаждения

Цикл охлаждения теплового насоса используется для охлаждения помещения, отводя от него тепло и отводя его в другое место, обычно на улицу для кондиционирования воздуха или в комнату для холодильника.Для этого «испаритель» и «змеевики конденсатора» меняются ролями, и поток хладагента меняется на противоположный: ^[2]

1. Холодный хладагент поглощает тепло из более горячего помещения в испарителе, поэтому помещение охлаждается.
2. Затем пропускают через компрессор для повышения его температуры.
3. Он проходит через змеевики конденсатора и передает это тепло наружному воздуху.
4. Затем он расширяется, чтобы снизить давление, и охлаждается до температуры ниже комнатной, чтобы повторить цикл.

Этот процесс можно визуализировать на рисунке 3.

Рисунок 3: Цикл охлаждения теплового насоса. ^[3]

Коэффициент полезного действия

основная статья

Производительность теплового насоса выражается отношением тепловой мощности к работе, которую необходимо вложить. По сути, эта величина показывает, сколько охлаждения или обогрева делается на доллар (электричество в конце концов не бесплатное). Этот коэффициент известен как коэффициент полезного действия (K), представленный уравнением: ^[2]

[math] K = \ frac {heat} {электричество} [/ math]

Итак, для отопления этот коэффициент равен:

[математика] K = \ frac {Q_H} {W_ {in}} [/ математика]

, а для охлаждения это:

[math] K = \ frac {Q_C} {W_ {in}} [/ math]

где:

• [math] Q_H [/ math] — количество тепла, подводимого к комнате для ее обогрева.
• [math] Q_C [/ math] — это тепло, излучаемое из комнаты для охлаждения.
• [math] W_ {in} [/ math] — это затраченная работа в виде электричества.

Чем выше значение этого коэффициента, тем лучше тепловой насос передает тепло, поскольку для выработки определенного количества тепла требуется меньше работы. передача.Однако есть предел, установленный законами энтропии и вторым началом термодинамики.

Кондиционер

основная статья

Кондиционирование воздуха (A / C) — это система, которая работает на тех же основных принципах, что и тепловые насосы, хотя для них требуются некоторые другие компоненты. ^[4] Кондиционеры не так универсальны, как тепловые насосы, потому что они выполняют только функцию охлаждения. Однако во многих случаях они имеют более практическое применение, поскольку некоторые места на Земле не требуют обогрева.Они работают, по сути, выполняя тот же цикл охлаждения, что и тепловые насосы.

Список литературы

1. ↑ Wikimedia Commons [Online], доступно: http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/4/4c/Heat_Pump.jpg
2. ↑ ^{2,0 ​​ 2,1 2,2 2,3 2,4} Р. А. Хинрихс и М. Кляйнбах, «Энергосбережение в домашних условиях и контроль теплопередачи», в книге Энергия: ее использование и окружающая среда , 4-е изд. Торонто, Онтарио. Канада: Томсон Брукс / Коул, 2006, гл.5, sec.G, стр.149-153
3. ↑ ^{3,0 3,1} Адаптировано из Энергия: ее использование и окружающая среда Р. Хинрихса и М. Кляйнбаха.
4. ↑ Consumer Energy Center, Системы центрального отопления, вентиляции и кондиционирования (HVAC) [Online], доступно: http://www.consumerenergycenter.org/residential/heating_cooling/heating_cooling.html

Как работает геотермальный тепловой насос?

Как и холодильник, геотермальный тепловой насос просто передает тепло из одного места в другое.Когда холодильник работает, тепло отводится из внутренней зоны хранения продуктов на улицу, на вашу кухню. Следовательно, охлаждение внутрь не добавляется; тепло выводится.

Чтобы понять работу геотермального теплового насоса, полезно понять, как работает холодильник. Холодильник использует холодильный контур с четырьмя основными компонентами, компрессором (1), конденсатором (2), расширительным устройством (3) и испарителем (4). Хладагент (иногда называемый торговой маркой Freon) прокачивается через контур для передачи тепла из внутренней части холодильника наружу.

Видео: Как работает геотермальное отопление и охлаждение?

Компрессор (1) — это насос. Он также создает давление в газообразном хладагенте. Поскольку температура и давление напрямую связаны, по мере увеличения давления температура увеличивается. Газ с высокой температурой / высоким давлением течет из компрессора в конденсатор (2). Более прохладный воздух на кухне (относительно температуры хладагента, от 150 до 180 ° F [от 65 до 85 ° C]) вызывает конденсацию хладагента в жидкость.Когда две поверхности с разной температурой соприкасаются (или очень близко разделяются только трубкой), более горячая поверхность охлаждается, а более холодная поверхность нагревается. Это закон физики, называемый вторым законом термодинамики. Таким образом, конденсатор отдает тепло кухне.

Посмотрите, сколько денег геотермальная энергия может сэкономить вам на счетах за отопление и охлаждение.

Следующим этапом процесса является устройство расширения (3). Расширительное устройство представляет собой небольшое отверстие, через которое нагнетается хладагент.Небольшое отверстие создает перепад давления между двумя сторонами устройства. Думайте о расширительном устройстве, как о плотине на реке с дырой в дамбе. Вода, протекающая через отверстие, находится под низким давлением со стороны выхода потока; вода с другой стороны (сдерживаемая плотиной) находится под высоким давлением. Еще раз, соотношение давления / температуры (более низкое давление / более низкая температура) создает холодный жидкий хладагент под низким давлением, который подается в испаритель (4).

По мере того, как теплый воздух внутри холодильника (относительно очень низкой температуры хладагента) проходит через змеевик испарителя (4), более горячая поверхность (воздух внутри холодильника) охлаждается, а более холодная поверхность (хладагент в испарителе (4) ) трубка) становится теплее.Жидкий хладагент снова испаряется в газообразную форму, и цикл начинается снова, когда хладагент входит в компрессор (1). Таким образом, испаритель поглощает тепло изнутри холодильника, благодаря чему продукты остаются холодными.

Кондиционер или холодильник передает тепло только в одном направлении. Тепловой насос может передавать тепло в двух направлениях, тем самым нагревая или охлаждая пространство. Большинство тепловых насосов нагревают или охлаждают воздух. Некоторые тепловые насосы нагревают или охлаждают воду. К тепловому насосу добавлен дополнительный компонент, реверсивный клапан, который позволяет хладагенту изменять направление, позволяя нагревать охлаждаемое пространство.

Геотермальный тепловой насос состоит из компрессора, конденсатора, расширительного устройства и испарителя, такого как холодильник, но также включает реверсивный клапан для нагрева и охлаждения. Большая разница между холодильником или традиционным кондиционером и геотермальным тепловым насосом заключается в способе передачи тепла. Геотермальный тепловой насос передает тепло между контуром хладагента и землей, а не между контуром хладагента и воздухом. Земля является гораздо более мягким источником тепла, поскольку в течение года температура меняется очень мало.Однако температура наружного воздуха значительно меняется в течение года, что делает геотермальный тепловой насос гораздо более энергоэффективным, чем традиционный кондиционер или тепловой насос. Компрессор геотермального теплового насоса также работает при более низком давлении из-за более мягкого источника тепла / теплоотвода (земля), что помогает продлить срок службы.

Геотермальный тепловой насос во многом похож на холодильник. Простая технология охлаждения в сочетании со стабильной температурой Земли обеспечивает тихие, надежные и энергоэффективные системы отопления и охлаждения для современных взыскательных домовладельцев.

Тепловые насосы | Советы по качеству отопления и охлаждения HVAC # 1

Для неподготовленного взгляда тепловые насосы с воздушным источником и тепловые насосы с водяным источником легко могут быть ошибочно приняты за типичные системы кондиционирования воздуха. Обе системы обеспечивают охлаждение строения или жилища, но только система с тепловым насосом может обеспечивать нагрев с использованием процесса охлаждения.

Системы кондиционирования воздуха и тепловые насосы схожи в том, что они имеют одинаковые компоненты, такие как змеевик конденсатора и змеевик испарителя, компрессор и холодильные линии для перемещения тепла и хладагента, а также электрические элементы управления в конденсаторе и устройстве обработки воздуха.Тепловой насос отличается от кондиционера следующими компонентами:

• Для нормального функционирования теплового насоса требуется термостат теплового насоса
• Тепловой насос имеет реверсивный клапан в конденсаторном блоке для переключения с нагрева на охлаждение в зависимости от настройка термостата теплового насоса.
• Для теплового насоса требуются два измерительных устройства: одно для конденсатора (режим нагрева) и одно для испарителя (режим охлаждения).
• Аккумулятор является необходимым компонентом теплового насоса.
• Для тепловых насосов с воздушным источником тепла необходим резервный метод нагрева для системы теплового насоса.

Схема холодильной системы с тепловым насосом

Отличия | Тепловые насосы Отопление и охлаждение

Компоненты тепловых насосов отличаются от кондиционеров в определенных областях:

В отличие от систем кондиционирования воздуха, системы тепловых насосов имеют реверсивный клапан в конденсаторном блоке для реверсирования потока хладагента и, следовательно, направления тепла. перемещается с одного места на другое. Реверсивный клапан работает за счет электрического управления, которому требуется термостат теплового насоса для включения реверсивного клапана.

Реверсивный клапан теплового насоса переключает положения в зависимости от настройки термостата (вручную конечным пользователем), и эта настройка определяет, будет ли тепловой насос обеспечивать обогрев или кондиционирование воздуха. Поэтому тепловые насосы имеют иную управляющую проводку, чем кондиционеры.

Дозирующее устройство | Тепловые насосы Отопление и охлаждение

Системы тепловых насосов имеют внутри дополнительное устройство измерения. Обычно тип измерительного устройства — это либо тип с фиксированным отверстием, либо тип термостатического расширительного клапана (TXV).Это дозирующее устройство расположено рядом со змеевиком конденсатора теплового насоса и дозирует хладагент в конденсатор в режиме нагрева. Когда тепловой насос находится в режиме охлаждения, хладагент должен обходить это дозирующее устройство.

Элементы управления | Тепловые насосы Отопление и охлаждение

Система теплового насоса имеет другие электрические элементы управления HVAC, чем системы кондиционирования воздуха. Как указано в первом пункте, тепловому насосу необходим термостат теплового насоса для управления системой, чтобы пользователь мог вручную выбирать между режимами нагрева и охлаждения.Термостат теплового насоса управляет реверсивным клапаном в системах с воздушным тепловым насосом, а также контролирует, будет ли подана подача резервного тепла по мере необходимости.

Чем ниже температура на улице, тем меньше тепла может поглотить воздушный тепловой насос. Когда температура на улице опускается ниже определенного порога, тепловой насос источника воздуха не может обеспечить необходимое тепло в жилище для удовлетворения спроса. Когда температура в помещении опускается ниже 3 градусов по Фаренгейту в системе теплового насоса, термостат включает вторичное тепло, которое может быть электрическим, газовым или масляным.

Что такое тепловой насос?

Возможно, вы слышали термин «морозильная камера», который использовался в старом фильме или телешоу, чтобы сохранить мясо и продукты свежими. Теперь, имея кусок льда, на какое-то время все будет прохладно, но в конечном итоге вы неизбежно получите ведро, полное воды! Итак, что такое тепловой насос и при чем здесь морозильник! На самом деле, не слишком много, но это действительно связано с вашим холодильником или кондиционером, двумя из наиболее распространенных применений тепловых насосов.

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос — это электрическое устройство, которое отбирает тепло из одного места и передает его в другое для поддержания постоянной температуры.Его можно использовать как для охлаждения, так и для обогрева, и эта технология не нова — фактически, она существует уже несколько десятилетий.

Как работает тепловой насос?

• Тепловой насос передает тепло путем циркуляции хладагента через цикл испарения и конденсации.
• Компрессор перекачивает хладагент через два змеевика теплообменника.
• В одном змеевике хладагент испаряется при низком давлении и поглощает тепло из окружающей среды.
• Затем хладагент сжимается на пути к другому змеевику, где он конденсируется под высоким давлением.

Цикл полностью обратимый, что означает, что тепловой насос может круглый год обеспечивать контроль микроклимата в вашем доме. Хотя холодильник может быть обычным бытовым прибором, в системах домашнего отопления также можно использовать эту технологию, используя естественное тепло Земли для обеспечения центрального отопления и охлаждения дома.

В более холодном климате тепловой насос с воздушным источником поглощает тепло извне и передает его теплому воздуху для отопления дома.

Отвечая на вопрос, что такое тепловой насос, нельзя игнорировать геотермальные тепловые насосы.Геотермальные тепловые насосы используют естественную энергию тепла земли для передачи тепла в дом. Согласно ENERGY STAR, геотермальный тепловой насос является одной из самых эффективных и удобных технологий отопления и охлаждения, доступных в настоящее время. Фактически, эта технология настолько эффективна и чиста, что домовладельцы, которые установят геотермальную систему отопления к 2016 году, имеют право на федеральную налоговую льготу США в размере до 30 процентов.

Повышение энергоэффективности вашего дома с помощью этой технологии сэкономит вам деньги в долгосрочной перспективе.Попросите сертифицированного домашнего оценщика или аудитора RESNET посетить ваш дом, чтобы объяснить, как и где ваш дом теряет энергию, и какие шаги вы можете предпринять, чтобы исправить любые проблемы.

Что такое тепловой насос и как он работает? | Отопление

Тепловой насос — это устройство, передающее тепло из одного места в другое, изнутри наружу или снаружи внутрь. Зимой тепловой насос работает как обогреватель, забирая тепловую энергию извне и передавая ее внутрь. Летом процесс меняется на противоположный, и тепло отводится из вашего дома и выводится наружу, как кондиционер.

В чем разница между воздушным тепловым насосом, водяным тепловым насосом и геотермальным тепловым насосом?

Существует множество различных названий и типов тепловых насосов, но все они могут быть разделены на три различных типа: воздушный, водный или геотермальный.

Существует множество различных названий и типов тепловых насосов, но все они могут быть разделены на три различных типа: воздушный, водный или геотермальный.

Воздушный тепловой насос

Воздушный тепловой насос передает энергию воздуха из одного места в другое.Он использует змеевик наружного теплообменника для извлечения тепла из воздуха и змеевик внутреннего теплообменника для передачи тепла в воздуховоды, радиаторы или резервуар для горячей воды. Этот процесс также можно обратить, чтобы его также можно было использовать в качестве кондиционера.

Водяной тепловой насос

Тепловой насос источника воды работает аналогично тепловому насосу источника воздуха, но использует воду вместо воздуха для передачи тепла. Эти типы насосов доступны не всем из-за необходимых ресурсов, но если вы живете рядом с колодцем, озером или другим природным ресурсом, это может быть жизнеспособным вариантом.Тепловой насос с водным источником циркулирует воду по серии труб, проложенных в воде. По мере того, как вода циркулирует, она собирает тепло и передает эту энергию в ваш дом. Летом этот процесс снова меняется на противоположный и уносит тепло из вашего дома, в том числе через воду в трубах.

Геотермальный тепловой насос

Геотермальный тепловой насос также называется геотермальным тепловым насосом. В этой системе насос использует землю в качестве источника тепла. По сути, геотермальный тепловой насос — это то же самое, что и тепловой насос с воздушным или водяным источником.