Принципы работы тепловых насосов

В обычных условиях, тепло движется от более высокой температуры к более низкой. Однако, тепловые насосы способны заставить двигаться тепло в обратном направлении, используя при этом сравнительно небольшое количество энергии (электроэнергии, топлива, или избыточного тепла). Таким образом, тепловые насосы способны передавать тепло от природных источников тепла (воздуха, земли или воды) или от техногенных источников тепла, (промышленные и бытовые отходы, здания или производственные процессы).

Также тепловые насосы могут использоваться для охлаждения. В этом случае тепло переносится в противоположном направлении: от охлаждаемого источника, к нагреваемому приемнику. Иногда избыток тепла, образовавшийся от охлаждения, одновременно используется для отопления. Классический пример последнего — обогрев бассейна теплом, отбираемым от охлаждаемого дома.

Принцип переноса энергии тепловым насосом

Для переноса тепла от теплоисточников к приемникам, тепловому насосу необходима внешняя энергия. Теоретически, общее количество тепловой энергии, поставляемой тепловым насосом, равно энергии тепла, извлекаемой из теплоисточника, плюс сумма энергии затраченной на работу теплового насоса. Тепловые насосы с электроприводом, используемые для теплоснабжения зданий, как правило, выдают 100 кВт тепловой энергии используя при этом всего 20-40 кВт/ч (КОП 2,5 — 5) электроэнергии. Некоторые промышленные тепловые насосы могут достигать еще более высокой производительности, и поставлять такое же количество тепла используя всего 3-10 кВт/ч (КОП 10-30) электроэнергии.

Тепловые насосы и экология

Поскольку тепловые насосы потребляют меньше первичной энергии, чем традиционные системы отопления, они занимают передовые позиции среди технологий сокращения выбросов газов, которые наносят вред окружающей среде. Таких газов, как двуокись углерода (CO2), диоксид серы (SO2) и окиси азота (NOx). Однако воздействие электрических тепловых насосов на окружающую среду в значительной степени зависит от того, какую электроэнергию они используют. Тепловые насосы, использующие электроэнергию, например, гидроэлектростанций или возобновляемых источников энергии более существенно сокращают выбросы, чем, насосы использующие электроэнергию вырабатываемую при использовании угля, нефти или газовых электростанций.

Два основных типа тепловых насосов

Почти все тепловые насосы, использующиеся в настоящее время, функционируют либо на основе принципа компрессии пара, либо на основе абсорбционного цикла.

Теоретически, теплопередача может быть осуществлена при помощи других термодинамических циклов и процессов. Они включают в себя цикл Стирлинга и цикл Валмиера, однофазные циклы (например, из воздуха или инертных газов CO2), сорбцию паров, гибридные системы (в частности, сочетание принципа компрессии пара и абсорбционного цикла) и электромагнитные и акустические процессы. Некоторые из данных технологий только выходят на рынок или достигли технической зрелости, а другие могут стать технологиями будущего.

Смотреть каталог тепловых насосов BROSK →

Компрессионный тепловой насос

Подавляющее большинство тепловых насосов для функционирования используют процесс сжатия пара. Основными составляющими такого теплового насоса являются компрессор, расширительный клапан и два теплообменника называемые испаритель и конденсатор. Данные компоненты соединяются и образуют замкнутый контур, как показано на рисунке. Летучие жидкости, используемые в качестве рабочей жидкости (хладагенты), циркулируют по данной системе.

В испарителе рабочая жидкость имеет температуру ниже температуры источника тепла, за счет этого происходит движение тепла от теплоисточника, при этом рабочая жидкость испаряется. Получаемый пар, на выходе из испарителя сжимается в газ высокого давления, что приводит к увеличению температуры газа. А затем горячий пар поступает в конденсатор, где он конденсируется и отдает полезное тепло. Наконец, рабочая жидкость под высоким давлением проходит через расширительный клапан, который действует как клапан перепада давления. Рабочая жидкость возвращается в исходное состояние, и снова попадает в испаритель. Компрессор обычно приводится в действие электродвигателем, реже двигателем внутреннего сгорания.

Виды компрессионных тепловых насосов

— Электродвигатель приводит в движение компрессор с незначительными потерями энергии. Общая энергетическая эффективность теплового насоса сильно зависит от эффективности, с которой он потребляет электричество.
— Когда компрессор приводится в движение бензиновым или дизельным двигателем тепло от охлаждения воды и выхлопных газов используется в дополнение к теплу вырабатываемому в конденсаторе.
— Промышленные тепловые насосы компрессионного типа, часто используют рабочие жидкости в открытом цикле. Эти тепловые насосы, как правило, называют рекомпрессорами механических паров.

Абсорбционный тепловой насос

Абсорбционные системы используют способность жидкости и солей поглощать пары рабочей жидкости. Наиболее распространенными источниками рабочего пара для абсорбционных систем являются:
— вода (рабочая жидкость) и литий бромид (абсорбент);
— аммиак (рабочая жидкость) и вода (абсорбент).

В абсорбционных системах, сжатие рабочей жидкости достигается за счет нагревания под давлением в системе, которая состоит из поглотителя, насоса, генератора и расширительного клапана, как показано на схеме. Пар низкого давления на выходе из испарителя поглощается абсорбентом. В результате этого процесса генерируется тепло. Раствор с помощью насоса перекачивается под давлением и попадает в генератор, где выкипает при высокой температуре. Рабочая жидкость (пар) конденсируются в конденсаторе, в то время как абсорбент возвращается в поглотитель исходное состояние по расширительному клапану.

Тепло извлекается из источника тепла в испарителе. Полезный выход тепла осуществляется при выравнивании температур в конденсаторе и в поглотителе. В генератор высокотемпературное тепло поступает, чтобы запустить процесс. Для работы насоса, перекачивающего жидкость, необходимо небольшое количество электроэнергии.

Спасибо, что верите в тепловые насосы российского производства!

Читайте дальше: Как тепловые насосы используют в России