Що таке тепловий насос

Що таке тепловий насос?
Із тепловим насосом, як таким, ми стикаємось щоденно — цей пристрій дуже схожий на побутовий холодильник. При роботі холодильника ідеться постійний відбір тепла з продуктів і повітря морозильної камери і віддача його в приміщення радіатором, розташованим на задній стінці холодильника.
Альо чому холодильник охолоджує продукти? Тут використовується відома фізична закономірність: речовина, що випаровується має властивість поглинати тепло, а речовина, яка конденсується — віддавати його. В якості такої речовини в холодильниках застосовується газ фреон.
Використання газу (а не рідини) обумовлене іншим фізичним принципом, що використовується у роботі холодильника: при збільшенні тиску температура речовини підвищується, а при зниженні — знижується. А рідини, як відомо, дуже погано піддаються стисканню.
Сам по собі фреон нічого не охолоджує і не нагріває. Однак достатня нагріти його до температури кипіння (а це близько 3 °C, що значно нижче кімнатної температури) а потім стиснути, і температура отриманого газу зросте багаторазово. Від тепла продуктів, що знаходяться у морозильній камері фреон нагрівається. Якщо ж потім знизити тиск, то його температура буде різко падати, а газ перейде у рідкий стан. Повторюючи цей процес ми отримуємо можливість заморожувати продукти. А тепер уявіть собі холодильник, морозильну камеру якого «закопали в землю, а радіатор, як опалювальний агрегат, занесли в дім. Увімкнувши подібний пристрій мі почнемо відбирати тепло не продуктів, а в землі. Таким чином ми отримаємо практично невичерпне джерело, відбираючи тепло у якого, ми зможемо опалювати свій будинок та користуватися гарячою водою. Однак, узимку земля охолоджується і для одержання температури, необхідної для закипання фреону, «морозилку» треба закопувати набагато глибше. Туди, де температура землі не залежить від пори року. Звичайно, тепловий насос, використовуючи принцип роботи холодильника, являє собою не закопані в землю морозильні камери. Це високотехнологічне обладнання, що працює в повністю автоматичному режимі.
Сам же тепловий насос являє собою пристрій, усередині якого відбувається перетворення температури з +8°С до +75°С.
Будова теплового насосу
Теплообмінник передачі тепла землі внутрішньому контуру.
Компресор.
Теплообмінник передачі тепла внутрішнього контуру системи опалення.
Дросельний пристрій для зниження тиску.
Соловій (ґрунтовий) контур.
Контур опалення і гарячого водопостачання.
Первинний (ґрунтовий) контур — це поліетиленова труба U-подібної форми, занурена в свердловину, або змієвик із тієї ж труби, закопаний під землю. По трубі циркулює незамерзаюча рідина. У результаті циркуляції до внутрішнього контуру теплового насоса надходить рідина з температурою +8°С (температура землі). Рідина передає свою температуру (+8°С) іншому, внутрішньому контуру. У внутрішньому контурі циркулює фреон. (Відмінна рису фреону полягає в тому, що за температури вище +3°С він з рідкого стану переходити у газоподібний). Рідкий фреон, отримуючи від первинного контуру температуру +8°С, переходити у газоподібний стан. Далі, газоподібний фреон надходить у компресор, де газ стискується з 4 до 26 атмосфер. При такому стисненні він нагрівається з +8°С до +75°С. (Це найважливіший етап роботи теплового насосу. Саме на цьому етапі відбувається перетворення енергії великого об'єднання єму газу з температурою +8°С у малий об'єм газу з температурою +75°С. При цьому загальна енергія газу до й після компресора залишається незмінною. Просто він сконцентрувався в згусток енергії, якій нікуди подітися. Тому й відбувається нагрівання газу до +75°С). Енергія газу (фреон), розігрітого до +75°С, передається в третій контур — систему опалення й гарячого водопостачання будинку. У процесі передачі енергії газу третього контуру після втрат (10-15°С), опалювальний контур нагрівається до температури 60-65°С. Газ (фреон), віддавши свою енергію опалювальному контуру, вистигає до 30-40°С. При цьому він як і раніше перебуває під тиском до 26 атмосфер. Потім відбувається зниження тиску до 4 атмосфер (так званий ефект дроселювання). У результаті падіння тиску відбувається значне охолодження газу (ефект, зворотний підвищенню температури при збільшенні тиску). Газ охолоджується до 0-3°С і стає рідиною. Температура фреону 0-3°С передається теплоносієві первинного контуру, який несе її вглиб землі. Проходячи по колектору, теплоносій нагрівається і виходить на поверхню землі з температурою +8°С, яка знову подається на другий контур.
Варто відзначити, що термін експлуатації води в свердловині або ґрунтового колектора становить не менш 100 років, а в тепловому насосі частиною, що зношується, залишається тільки компресор (відомі бренді відзначають термін експлуатації мінімум 15-20 років) і насоси, які здійснюють циркуляцію теплоносія. Тому, встановлюючи тепловий насос, ви отримуєте надійну, що практично не потребує обслуговування, цілком пожежобезпечну, екологічну систему опалення з великим терміном експлуатації та високим коефіцієнтом корисної дії. Перевагою теплового насосу є і те, що він працює і на приготування гарячої води для системи гарячого водопостачання житлових будинків, адміністративних і промислових приміщень. Це дозволяє вам отримувати гарячу воду протягом року, і заощаджувати кошти на підведення гарячої води до будинку ( до будинку підводиться тільки холодна вода). Теплові насоси також використовуються для системи підігріву й антизамерзання прилягаючих територій до будинків.
Джерела тепла
Свердловина • Немає необхідності у великій ділянці • Свердловина має постійну температуру протягом всього року • Не впливає на ділянку Грунт • Не потребується буріння • Грунт має стабільну температуру • Малі витрати на установку Водойма • Немає необхідності у великій ділянці • Водойма має стабільну температуру • Не впливає на ділянку Повітря • Малі витрати на установку • Не впливає на ділянку
Загальна схема роботи теплового насосу
Принцип дії теплового насосу
Порівняння з іншими видами опалення
Тепловий насос працює від електромережі, використовуючи витрачену енергію значно ефективніше будь яких котлів, що спалюють паливо… Наприклад, витрачаючи 1 кВт електроенергії, ви отримаєте 4-6 кВт тепла. Таким чином, отримуєте 3-4 кВт тепла безкоштовно із оточуючого середовища.
Приклад
Наприклад, для будинку із опалюваною площею 200 - 250 кв. метрів і хорошим утепленням (тепловтрати 70 Вт\м2) в рік необхідно біля 43000 кВт теплової енергії. Якщо розглядати варіант добування цієї енергії із газу, то підрахунок буде наступним. З одного кубічного метру газу виходить біля 8 кВт тепловой энергии. При ККД газового котла 90%, ми отримаємо 8х0,9=7,2 кВт теплової енергії із одного кубічного метра. Всього за рік буде витрачено 43000\7,2=5972 кубічних метрів природного газу, що відповідає ІІ категорії споживання. Для цього ж будинку, при середньорічному коефіцієнті ефективності теплового насосу біля 3,5, всього за рік буде витрачено 43000\3,5= 12286 кВтгод. електроенергії. Враховуючи поточну диференціацію цін на газ і електрику в Україні, для нашого прикладу вартість 1 кВт тепла, отриманого від теплового насосу дешевша у тричі.