Ще кілька років тому про теплові насоси говорили, як про надсучасні інновації, сьогодні ж вони повсюдно використовуються як опалювальні прилади в котеджах сімейного типу, комерційної нерухомості (офіси, торгові приміщення тощо) і що важливо на всіляких виробничих підприємствах, де існує необхідність утилізувати надлишки тепла.
Якщо Ви задумалися про придбання сучасного опалювального приладу, будь то нове котеджне або комерційне будівництво або реконструкція старого, Ви 100% почуєте про тепловий насос і про те, що на сьогоднішній день – це найекономічніше джерело тепла. Для більш детальної інформації Ви можете звернутися до фахівців компанії Термопрактик, і ми допоможемо Вам у виборі теплового насоса. Сьогодні ж ми з Вами розберемося як працює тепловий насос, які бувають його різновиди і чому він такий ефективний.
Принцип роботи теплового насоса.
Робота теплового насоса ґрунтується на фізичному явищі, описаному зворотним циклом Карно. Всі ми чудово знайомі з працями Ніколя і використовуємо їх щодня, яскравий приклад - це Ваш холодильник, який охолоджує продукти всередині і можливо Ви помічали, що викидає це відібране від продуктів тепло ззаду, при цьому задня стінка холодильника відчутно нагрівається. Так ось уявіть, що ми перевернемо цей процес і почнемо замість холоду виробляти тепло, при цьому відбираючи його у низькотемпературних джерел, таких як ґрунт, підземні води та водоймища і навіть просто вуличне повітря.
Мал. 1 – Зворотній цикл Карно
Все ж таки друзі, цю статтю ми пишемо не для того, щоб повернути Вас у шкільну програму та світ фізики, а для того, щоб розібратися в принципі роботи теплового насоса. І так давайте тепер уявімо як влаштований сам тепловий насос і як він реалізує цей зворотний цикл Карно.
Тепловий насос будь-якого типу містить такі компоненти:
1) Випарник;
2) Компресор;
3) Конденсатор;
4) Розширювальний або дросель-клапан.
Робочою речовиною, що циркулює всередині теплового насоса, послідовно проходячи всі його компоненти, є холодоагент – фреон. Особливість фреону в тому, що він може закипати за низьких температур, при цьому поглинаючи низькопотенційне тепло навколишнього середовища. Наприклад температура кипіння фреону R410А -20°C при тиску 3 бар.
Мал. 2 – Компоненти та принцип роботи ТН.
Отже, фреон циркулює по закритому контуру теплового насоса, проходячи Випарник, який знаходиться поза будівлею де фреон з рідини перетворюється на пару (закипає), при цьому поглинає певну кількість тепла. Далі він потрапляє в Компресор, де під дією механічного стиску збільшується тиск фреону, а відтак і підвищується його температура. Після цього ми потрапляємо в Конденсатор - тут ми відбираємо тепло від фреону і передаємо його в систему опалення, при цьому сам фреон знову проходить стадію фазового переходу, перетворюючись з пари в рідину (конденсація). Далі парорідисна суміш фреону з високим тиском потрапляє в Розширювальний клапан, в якому знижується його тиск і відбувається залишкова конденсація. Далі рідина йде до Випарника – закипає і цикл повторюється знову.
Для того, щоб закріпити принцип роботи теплового насоса, рекомендуємо Вам подивитися відео від наших партнерів – торгової марки Vaillant:
Ефективність теплових насосів. Коефіцієнт перетворення – СОР.
Звідки береться ця висока ефективність теплових насосів? Спробуємо розібратися.
Головним показником роботи теплових насосів є коефіцієнт перетворення СОР, який є співвідношенням виробленої теплової енергії до витраченої електричної, необхідної для роботи теплового насоса. Відповідно, чим вище СОР, тим економніше працює Ваш тепловий насос.
Наприклад показник СОР теплового насоса Vaillant flexoTHERM 197/4 – 4,19. Це означає, що на кожен витрачений 1 кВт електроенергії Ви отримуєте 4,19 кВт тепла, якщо порівняти роботу цього теплового насоса з електрокотлом, виходить, що він працює в 4 рази економніше.
Ефективність роботи теплових насосів безпосередньо залежить від режимів експлуатації і, звичайно ж, від джерела низькопотенційного тепла.
Види теплових насосів.
Тепер поговоримо про джерела низькопотенційного тепла. Поділяють такі види теплових насосів, залежно від джерела тепла:
- геотермальний або тепловий насос «грунт-вода», в таких установках джерелом тепла є грунт, в який монтують горизонтальний трубний колектор або бурять вертикальні свердловини з опуском геотермальних зондів;
Рис.3 Горизонтальний геотермальний колектор теплового насоса грунт-вода.
Рис.4 Вертикальний геотермальний зонд теплового насоса «грунт-вода»
- тепловий насос «вода-вода», тут джерелом є водоймище, в яке опускається горизонтальний трубний колектор (на практиці реалізуються досить рідко, тому поруч з об'єктом має бути водоймище з певною глибиною промерзання). Також можливий варіант перекачування води з однієї водоносної свердловини в іншу – реалізується ще рідше через складнощі з організацією свердловин необхідного дебіту, а також через екологічні фактори;
Рис.5 Варіанти використання теплового насоса «вода-вода»
- повітряний тепловий насос «повітря-вода», низькопотенційне тепло поглинається безпосередньо із зовнішнього повітря, такі теплові насоси набули найбільшого поширення через цінові переваги та легкість монтажу. Теплові насоси «повітря-вода» здатні працювати навіть при низьких зовнішніх температурах, аж до -20°C і навіть - 25°C, проте слід враховувати, що чим нижча температура зовнішнього повітря, тим нижча ефективність роботи теплового насоса;
Рис.6 Тепловий насос «повітря-вода»
- повітряний тепловий насос «повітря-повітря», працює аналогічно попередньому варіанту, проте тепло передає не теплоносія (воді), а безпосередньо в повітря в приміщенні. Ви швидше за все чули про інверторні кондиціонери, які можуть працювати на опалення до -25°C, так знайте по суті це і є тепловий насос «повітря-повітря».
Рис.7 Тепловий насос «повітря-повітря»
В окрему підкатегорію теплових насосів слід виділити установки, які застосовують на виробничих підприємствах, там, де є можливість поглинати тепло, що від технологічних процесів. Таким джерелом тепла можуть бути стоки, тепле технологічне повітря від систем вентиляції тощо.
Підкресливши все сказане вище можна аргументовано сказати, що застосування теплових насосів – це сучасне, економічне та екологічне вирішення питань опалення і не тільки, при правильному проектуванні та розрахунку систем з тепловими насосами, ми можемо організувати не тільки повноцінне опалення на базі цього обладнання, але і охолодження приміщень, як активне, і пасивне. Детальніше про застосування та схеми з використанням теплових насосів ми поговоримо з Вами в наступних статтях. Правильний вибір та інтеграція теплового насоса до сучасної системи опалення потребує чималих знань та досвіду, тому ми рекомендуємо Вам звертатися до фахівців-професіоналів своєї справи. Якщо Вам потрібна консультація та допомога у виборі теплового насоса – звертайтесь до нас, компанія Термопрактик не тільки допоможе Вам вибрати тепловий насос, який ідеально підійде для вирішення Ваших завдань, але й допоможе у проектуванні, продажу, монтажі та подальшому обслуговуванні теплового насосу будь-якої конфігурації.