Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Принцип работы теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника ( внутри холодильника холодно, а снаружи конденсатор горячий ), тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Принцип действия теплового насоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля ( – 273,15 °С ) обладает запасом тепловой энергии, а так как согласно закону термодинамике достичь температуры абсолютного нуля не может ни одно физическое тело, запасы тепла – бесконечны.
Конструктивно любой тепловой насос состоит из двух частей: наружной, которая «забирает» тепло возобновляемых источников ( воздух, вода, земля ) , и внутренней, которая отдает это тепло в систему отопления или кондиционирования вашего дома. Современные тепловые насосы отличаются высокой энергоэффективностью, что в практическом плане означает следующее – потребитель, т.е. владелец дома, используя тепловой насос, тратит на обогрев или охлаждение своего жилища, в среднем, всего четверть тех денег, которые он потратил бы, если теплового насоса не было.
Иначе говоря, в системе с тепловым насосом 75% полезного тепла (или холода) обеспечивается за счет бесплатных источников – тепла земли, грунтовых вод или нагретого в помещениях и выбрасываемого на улицу использованного воздуха и только за оставшиеся 25% вы платите энергогенерирующим кампаниям.
Для работы теплового насоса необходимо электричество. Потребляя электричество, тепловой насос отбирает тепловую энергию из окружающей среды (воздух, вода, земля) и передает ее теплоносителю системы отопления и ГВС. При этом выработка тепловой энергии больше потребляемой электрической мощности теплового насоса. Например, при потребляемой электрической мощности 2,16 кВт мощность нагрева составит 9,6 кВт. Коэффициент производительности теплового насоса при работе на тепло носит название СОР (Coefficient of Performance) и обозначает отношение мощности нагрева к потребляемой мощности.
Производительность теплового насоса воздух-вода зависит от температуры наружного воздуха и установленной температуры нагрева воды. Чем ниже температура наружного воздуха тем ниже производительность теплового насоса.
При работе теплового насоса на охлаждение используется параметр энергетической эффективности EER (Energy Efficiency Ratio). Коэффициент EER равен отношению холодопроизводительности к потребляемой мощности.
Принципиальная схема работы теплового насоса
Фактически тепловой насос – это холодильная машина, основными элементами которой являются:
- Компрессор
- Конденсатор
- Расширительный вентиль
- Испаритель
- Хладагент
1. Газообразный хладагент (фреон) поступает в компрессор для сжатия. Компрессор используя электрическую энергию сжимает газообразный хладагент. Вследствие увеличения давления температура хладагента увеличивается.
2. Нагретый хладагент под высоким давлением поступает в конденсатор. В конденсаторе происходит передача тепла от нагретого хладагента теплоносителю. В результате хладагент охлаждается и происходит процесс конденсации (переход из газообразного состояния в жидкое).
3. После конденсатора установлен расширительный вентиль. Функция расширительного вентиля — понизить давление хладагента. Вследствие понижения давления температура хладагента падает.
4. Пройдя через расширительный вентиль хладагент поступает в испаритель, который расположен на улице. В испарителе хладагент закипает и переходит из жидкого состояния в газообразное. При этом температура кипения хладагента ниже температуры наружного воздуха (нормальная температура кипения фреона R410А при атмосферном давлении -48°С). В процессе кипения фреон отбирает тепло наружного воздуха. Далее цикл повторяется.