Теплонасос

Идея теплового насоса принадлежит лорду Кельвину, который выдвинул ее еще в 1852 году, назвав данное устройство «умножителем тепла». Что же такое тепловой насос? С тепловым насосом, как таковым, мы сталкиваемся ежедневно — это устройство очень похоже на бытовой холодильник. При работе холодильника производится постоянный отбор тепла из продуктов и воздуха морозильной камеры и отдача его в камеру холодильника радиатором, расположенным на задней стенке холодильника.

Но почему холодильник охлаждает продукты?

Здесь используется известная физическая закономерность: вещество, испаряясь имеет свойство поглощать тепло, а вещество, которое конденсируется — отдавать его. В качестве такого вещества в холодильниках применяется газ фреон. Использование газа, а не жидкости обусловлено другим физическим принципом, который используется в работе холодильника: при увеличении давления температура вещества повышается, а при снижении — снижается.

А жидкости, как известно, очень плохо поддаются сжатию. Сам по себе фреон ничего не охлаждает и не нагревает. Однако достаточно нагреть его до температуры кипения, а это около 3°C, что значительно ниже комнатной температуры, а затем сжать, и температура полученного газа возрастет многократно. От тепла продуктов, находящихся в морозильной камере нагревается фреон. Если же затем снизить давление, то его температура будет резко падать, а газ перейдет в жидкое состояние. Повторяя этот процесс мы и получаем возможность замораживать продукты.

А теперь представьте себе холодильник, морозильную камеру которую «закопали» в землю, а радиатор, как отопительный агрегат, занесли в дом. Включив подобное устройство мы начнем отбирать тепло не у продуктов, а например, у земли. Таким образом мы получаем практически неисчерпаемый источник, отбирая тепло у которого, мы сможем отапливать свой дом и пользоваться горячей водой. Однако, зимой земля охлаждается и для получения температуры, необходимой для закипания фреона, «морозилку» нужно закапывать гораздо глубже. Туда, где температура земли не зависит от времени года. Конечно, тепловой насос, используя принцип работы холодильника, представляет собой не закопанные в землю морозильные камеры. Это высокотехнологичное оборудование, работающее в полностью автоматическом режиме. Сам же тепловой насос представляет собой устройство, внутри которого происходит превращение температуры с + 8°С до + 75°С.

Строение теплового насоса

1.Теплообменник для передачи тепла земли внутреннему контуру.  2.Компрессор. 3.Теплообменник передачи тепла внутреннего контура системе отопления. 4. Дроссельное устройство для снижения давления.

Первичный (грунтовой) контур — это полиэтиленовая труба U-образной формы, погруженная в скважину, или змеевик из той же трубы, закопанный под землю. По трубе циркулирует незамерзающая жидкость. В результате циркуляции к внутреннему контуру теплового насоса поступает жидкость с температурой 8°С (температура земли). Жидкость передает свою температуру (+ 8°С) второму, внутреннему контуру. Во внутреннем контуре циркулирует фреон. (Отличительная особенность фреона состоит в том, что при температуре выше + 3°С он из жидкого состояния переходит в газообразное). Жидкий фреон, получая от первичного контура температуру + 8°С, переходит в газообразное состояние. Далее, газообразный фреон поступает в компрессор, где газ сжимается с 4 до 26 атмосфер. При таком сжатии он нагревается с + 8°С до + 75°С. Это важнейший этап работы теплового насоса. Именно на этом этапе происходит преобразование энергии большого объема газа с температурой 8°С в малый объем газа с температурой + 75°С. При этом общая энергия газа до и после компрессора остается неизменной. Просто он сконцентрировался в сгусток энергии, которой некуда деваться. Поэтому и происходит нагревание газа до + 75°с. Энергия газа (фреон), разогретого до + 75°С, передается в третий контур — систему отопления и горячего водоснабжения дома. В процессе передачи энергии газа третьему контуру после потерь (10-15°С), отопительный контур нагревается до температуры 60-65°С. Фреон, отдав свою энергию отопительному контуру, остывает до 30-40°С. При этом он по-прежнему находится под давлением в 26 атмосфер. Затем происходит снижение давления до 4 атмосфер (так называемый эффект дросселирования). В результате падения давления происходит значительное охлаждение газа (эффект, обратный повышению температуры при увеличении давления). Газ охлаждается до 0-3 ° С и становится жидкостью. Температура фреона 0-3°С передается теплоносителю первичного контура, который несет ее вглубь земли. Проходя по коллектору, теплоноситель нагревается и выходит на поверхность земли с температурой + 8 °С, которая опять подается на второй контур.

Стоит отметить, что срок эксплуатации коллектора в скважине или грунтового коллектора составляет не менее 100 лет, а в тепловом насосе частью, которая изнашивается, остается только компрессор (известные бренды отмечают срок эксплуатации минимум 15-20 лет) и насосы, осуществляющих циркуляцию теплоносителя. Поэтому, устанавливая тепловой насос, вы получаете надежную, практически не требующею обслуживания, пожаробезопасную, экологическую систему отопления с большим сроком эксплуатации и высоким коэффициентом полезного действия.

Преимуществом теплового насоса является и то, что он работает и на систему горячего водоснабжения жилых домов, административных и промышленных зданий. Это позволяет получать вам горячую воду в течение года, и экономить средства на подведение горячей воды в дом (к дому подводится только холодная вода). Тепловые насосы также используются для системы подогрева и антизамерзания территорий прилегающих к домам.

Тепловой насос работает от электросети, используя затраченную энергию гораздо эффективнее любых котлов, сжигающих топливо . Например, используя 1 кВт электроэнергии, вы получите 4-6 кВт тепла из окружающей среды. Таким образом, получаете 3-4 кВт тепла бесплатно из окружающей среды. Например, для дома с отапливаемой площадью 200 — 250 кв. метров и с хорошим утеплением (теплопотери до 70 Вт/м2) в год необходимо около 43000 кВт тепловой энергии. Если рассматривать вариант добычи этой энергии из газа, то подсчет будет следующим. С одного кубического метра газа выходит около 8 кВт тепловой энергии. При КПД газового котла 90%, мы получим 8х0,9 = 7,2 кВт тепловой энергии с одного кубического метра. Всего за год будет потрачено 43000/7,2 = 5972 кубических метров природного газа, что соответствует второй категории потребления. Для этого же дома, при среднегодовом коэффициенте эффективности теплового насоса около 3,5, всего за год будет потрачено 43000/3,5 = 12286 кВтч. электроэнергии. Учитывая текущую дифференциацию цен на газ и электричество в Украине, для нашего примера стоимость 1 кВт тепла, полученного от теплового насоса дешевле во много раз.