{forumStyle}
 



 
» » Тепловой насос: принцип работы

Тепловой насос: принцип работы

Автор: Евгений от 6-11-2014, 02:35
  • 100
Тепловой насос: принцип работыТепловые насосы становятся всё более популярными. С помощью этих устройств можно отапливать (охлаждать) дома и организовывать горячее водоснабжение, значительно экономя при этом, что с каждым годом становится всё более актуальным, особенно в свете роста тарифов на энергоносители. Тепловые насосы экологичны, безопасны в эксплуатации, и с каждым годом всё более доступны по цене. Основная причина использования тепловых насосов для отопления и/или горячего водоснабжения заключается в том, что они позволяют значительно экономить расход электроэнергии, в некоторых случаях экономия достигает более 500% по сравнению с обычным электрокотлом или бойлером, что очень актуально для негазифицированных районов и в домах с небольшой разрешённой мощностью электропотребления.
Людям, далёким от физики, достаточно сложно понять принцип действия тепловых насосов, всвязи с чем в интернетах муссируется множество заблуждений, которыми пользуются недобросовестные производители и продавцы. В данной статье мы попытаемся в доступной форме объяснить принцип действия теплового насоса и развеять некоторые мифы, которыми успел обрасти этот замечательный агрегат.

Сам термин "тепловой насос" является более маркетинговым, чем физическим, но зато он чётко обозначает сам принцип работы этой тепловой машины. Даже далёкому человеку становится ясно, что такая машина "качает тепло" и переносит его из одного места в другое. Со школьной скамьи нам известно, что в обычных условиях более холодное тело не может отдавать своё тепло более горячему, а наоборот, оно нагревается от него до тех пор, пока их температуры не сравняются. Это святая правда. Но тепловой насос создаёт такие условия, что более холодная среда начинает отдавать своё тепло более тёплой, охлаждаясь при этом ещё больше. Простейший заезженный пример теплового насоса - холодильник. В нём тепло выкачивается из более холодной камеры в более тёплое помещение кухни. Морозилка при этом ещё больше охлаждается, а кухня ещё больше нагревается от радиатора, расположенного на задней панели холодильника.

Тепловой насос: принцип работыПринцип действия большинства тепловых насосов основан на свойствах промежуточных теплоносителей (газов, чаще всего фреонов), которые используются в этих тепловых машинах. Именно фреоны и являются тем посредником, который позволяет забирать тепло у более холодного тела, отдавая его более горячему. Наверняка вы замечали, что если быстро выпускать сжатый газ из балончика для заправки зажигалок, то он, испаряясь, охлаждает балончик, который даже в жаркую погоду может покрыться инеем. Справедливо и обратное: при сжатии газ нагревается. Памятуя об этом, вам будет совсем не сложно понять принцип действия теплового насоса, простейшая схема которого изображена на рисунке слева.
Простейший тепловой насос состоит из четырёх важнейших узлов: испаритель, конденсатор, компрессор и капилляр. Компрессор сжимает фреон до жидкого состояния в конденсаторе, который при этом нагревается. Именно это тепло можно использовать в отоплении или в горячем водоснабжении, организовав простейший теплообмен между горячим конденсатором и более холодным помещением или бойлером. Проходя через конденсатор, сжиженный фреон охлаждается, отдав тепло при теплообмене в радиаторы отопления или трубам теплого пола, и начинает конденсироваться. Проходя через капилляр в испаритель, фреон снова становится газообразным, охлаждая при этом испаритель (помните иней на балончике?). Чтобы процесс не прекращался, нужно постоянно подводить тепло к испарителю, иначе фреон там просто перестанет испаряться, ведь температура испарителя при постоянной работе компрессора может сильно опуститься. Даже температуры минус тридцать, подводимой к испарителю, может быть достаточно для поддержания испарения, ведь температура испарения газов, используемых в тепловых насосах, гораздо ниже этого значения. Допустим, температура испарения фреона равна минус шестьдесят градусов по Цельсию, а мы обдуваем испаритель морозным уличным воздухом, с температурой в минус тридцать - фреон, естественно, будет испаряться, забирая тепло даже у такого холодного воздуха. Таким образом и получается, что тепловой насос как бы перекачивает температуру из более холодной среды в более тёплую.

Такой эффект порождает множество мифов, которыми пользуются недобросовестные "продаваны", чтобы лучше продавать свою продукцию. Самый распространённый миф - это утверждение, что КПД тепловых насосов превышает единицу. Понятно, что это утверждение - чистый бред. На самом деле КПД тепловых машин не может быть больше единицы, и даже у современных тепловых насосов он достаточно мал - меньше, чем у самого дешёвого масляного обогревателя. Люди просто часто путают КПД и так называемый COP (КОП). КОП - это скорее экономический коэффициент, чем физический. Он показывает соотношение платной электроэнергии для перекачки бесплатного тепла с улицы к величине тепла, поступающего в помещение. Т.е. КОП 5 - это упрощенно означает, что для перекачки 5кВт халявного тепла с улицы в дом мы затратили 1кВт платной электроэнергии. Просто КОП не учитывает бесплатную тепловую энергию с улицы, а считает только ту, которую получили в результате и что для этого потратили.

Другой миф тоже связан с КОП: в паспортах тепловых насосов и на ценниках у продавцов гордо указывается одна-единственная величина КОП, которая просто вводит покупателей в заблуждение. Дело в том, что КОП тепловых насосов - величина переменная, а не постоянная. И многие недобросовестные дельцы об этом умалчивают, потому что указывают КОП для самых благоприятных условий, когда он чуть ли не максимальный. И это уже гораздо опаснее, чем заблуждения про сверхединичность КПД, т.к. чревато реальными последствиями. Представьте, что вы уверовали, что будете тратить 1кВт электроэнергии на производство 5кВт тепла для того же отопления зимой, потому что в паспорте теплового насоса указано, что COP=5. Купили необходимой мощности тепловой насос, собрали систему отопления... а в самый неподходящий момент, когда морозы самые лютые, ваш отопитель жрёт не 1 к 5, а 1 к 2 в самом лучшем случае, или вообще не в состоянии выдать необходимое тепло для обогрева. И тут приходит понимание, что отапливаться конкретно этой системой можно лишь в межсезонье... Очень неприятная ситуация - отдать кучу денег и всё равно в морозы отапливаться дешёвыми масляными радиаторами, и только из-за того, что пронадеялись на КОП и стабильную, неснижаемую выработку тепла.
А выработка тепла и КОП у тепловых насосов непостоянна. И связано это именно с непостоянным количеством тепла, подводимого к испарителю. К примеру, если вы берёте тепло для испарителя из воздуха, то с падением температуры на улице падает и КОП. При -30С на улице КОП воздушных тепловых насосов практически равен единице, т.е. даже простой ТЭН станет более экономичным в качестве отопителя, не говоря уж про амортизацию и повышенный износ дорогостоящего оборудования в таких условиях. И падение КОП - это ещё полбеды. Часто некоторые модели воздушных тепловых насосов просто не в состоянии выдавать необходимую для отопления мощность при значительном снижении температуры на улице.
Тепловые насосы, использующие для нагрева испарителя тепло земли или воды, тоже подвержены падению производительности и КОП, т.к. по ходу отопительного сезона они могут вымораживать ту среду, из которой качают тепло, но такие машины более стабильны.

В любом случае, несмотря на отдельные недостатки, будущее у тепловых насосов весьма перспективное, а простота конструкции позволяет любителям сделать тепловой насос своими руками. Про тепловые насосы с твёрдым рабочим телом и магнитным охлаждением постараюсь рассказать в другой статье, ибо они не нашли массового применения из-за дороговизны материалов, а некоторые бюджетные модели ещё только разрабатываются в лабораториях.

Теги: тепловой насос

Уважаемый посетитель, Вы зашли на сайт как незарегистрированный пользователь.
Мы рекомендуем Вам зарегистрироваться либо войти на сайт под своим именем.

Комментарии:

Оставить комментарий
  • CarLSon

  • 12 ноября 2014 01:15
  • Группа: Главные редакторы
  • ICQ: {icq}
  • Репутация: {repa}
  • Регистрация: 10.05.2014
  • Статус: Пользователь offline
  • комментариев
  • публикаций
^
Схема классно сделана, всё очень наглядно. Я немного изменил авторский текст в соответствии с опросом читателей, который провёл в соцсетях. Смысл опроса заключался в доступности статьи к пониманию для людей, далёких от физики. Постарался учесть все их пожелания.
  • Группа: Консультанты
  • ICQ: {icq}
  • Репутация: {repa}
  • Регистрация: 20.05.2014
  • Статус: Пользователь offline
  • комментариев
  • публикаций
^
Подправил - молодец. Я особой разницы и не заметил. А с чего ты решил в соц. сетях опрос устроить?
  • Группа: Администраторы
  • ICQ: {icq}
  • Репутация: {repa}
  • Регистрация: 11.05.2014
  • Статус: Пользователь offline
  • комментариев
  • публикаций
^
Цитата: Евгений
А с чего ты решил в соц. сетях опрос устроить?

Это я его науськал, мы ночью с ним поспорили wink Карлсон несколько раз твою статью перечитывал, пока до него принцип действия теплового насоса дошёл, а я сразу всё с первого раза понял - образование потому что электротехническое. Вот и решили такой эксперимент на людях провести, дай Бог им здоровья, поймут читатели статью или нет. Пока только один сказал, что всё непонятно, а у остальных лишь к некоторым деталям вопросы были. Вот эти детали и дописали подробнее, в соответствии с народными пожеланиями. Так что не серчай wink
  • Группа: Консультанты
  • ICQ: {icq}
  • Репутация: {repa}
  • Регистрация: 20.05.2014
  • Статус: Пользователь offline
  • комментариев
  • публикаций
^
Цитата: Пётр
Так что не серчай
Я не серчаю, просто интересно стало. Ну теперь всё понятно wink
  • Группа: Консультанты
  • ICQ: {icq}
  • Репутация: {repa}
  • Регистрация: 1.10.2014
  • Статус: Пользователь offline
  • комментария
  • публикаций
^
Т.е. КОП 5 - это упрощенно означает, что для перекачки 5кВт халявного тепла с улицы в дом мы затратили 1кВт платной электроэнергии
Вечный
двигатель напоминает
  • Группа: Администраторы
  • ICQ: {icq}
  • Репутация: {repa}
  • Регистрация: 11.05.2014
  • Статус: Пользователь offline
  • комментариев
  • публикаций
^
Цитата: Трутень
Вечный
двигатель напоминает
Никакого вечного двигателя - всё по науке )).
  • PROrab

  • 25 февраля 2015 01:48
  • Группа: Посетители
  • ICQ: {icq}
  • Репутация: {repa}
  • Регистрация: 7.06.2014
  • Статус: Пользователь offline
  • комментария
  • публикаций
^
Цитата: Пётр
Цитата: Трутень
Вечный
двигатель напоминает
Никакого вечного двигателя - всё по науке )).

Обычная тепловая машина, ничего нового и чудесного. Всё давно уже работает в заграницах, это у нас просто не распространено из-за низких цен на энергию
  • Oleg

  • 16 августа 2016 22:57
  • Группа: Посетители
  • ICQ: {icq}
  • Репутация: {repa}
  • Регистрация: 17.06.2014
  • Статус: Пользователь offline
  • комментариев
  • публикация
^
Цитата: PROrab

Обычная тепловая машина, ничего нового и чудесного. Всё давно уже работает в заграницах, это у нас просто не распространено из-за низких цен на энергию

У нас тоже давно работает. К примеру, холодильники, сплитсистемы и т.п. - это всё тоже тепловой насос.
Информация
Посетители, находящиеся в группе Гости, не могут оставлять комментарии к данной публикации.
{forumPost}
loft абиссинка абиссинская скважина автономная канализация автономное водоснабжение автономное газоснабжение автономные газовые системы анализ воды арболит арболит достоинства арболит недостатки арболит своими руками артезианская скважина бетонный септик блок-хауз блок-хаус блокхауз блокхаус брама винтовой фундамент винтовые сваи выбор пиломатериалов выбор фундамента газгольдер Газобетон газобетон достоинства газобетон минусы газобетон недостатки газобетон это греющий пол деревянные окна деревянные фасады дизайн интерьеров дизайн хай-тек дома из арболита доркинг достоинства артезианских скважин евроокна. жб кольца забивная скважина звукоизоляция полов звукоизоляция помещений звукоизоляция своими руками звукоизоляция стен звукопоглощающие материалы имитация бревна имитация бруса интерьер в стиле хай-тек интерьеры инфильтратор инфильтратор для септика каменные стены канализация своими руками каркасник каркасный дом каркасный дом своими руками качество воды классицизм клеёный брус клееный брус клееный брус минусы клееный брус плюсы колодец куры брама видео лофт фото мансарда своими руками мансарда это минусы арболита мясные породы кур недостатки артезианских скважин недостатки клееного бруса объем инфильтратора огород в октябре окна ПВХ октябрьские работы в саду опилкобетон осенние работы в саду особенности стиля хай-тек отопление полами пиломатериалы плавающий пол Пластиковые окна плюсы газобетона поля фильтрации постройка фундамента пробковое покрытие пробковые полы размер септика расстояние от септика самодельный арболит самодельный септик санитарная зона септик септик из колец сибирская лиственница скважина скважина-игла сорта пиломатериалов стиль классицизм в интерьерах стиль лофт стиль хай-тек строим мансарду строительство фундамента таунхаус тепловой насос теплый пол типы фундаментов установить инфильтратор устройство каркаса устройство мансарды устройство септика устройство стен утепление утепление полов утепление стен утепление фасада фото интерьеров фундамент фундамент на сваях фундамент ошибки фундамент своими руками химический анализ воды хранение пиломатериалов электрический пол Электропол
 

ReadMeHouse
Энциклопедия строительства и ремонта