Как работает тепловой насос для отопления дома?

Все желают иметь жилище, в котором есть тепло и уют. Энергия тепла для человека соответствует довольно небольшому диапазону температур. Обычно это промежуток между 20 и 25 градусами по Цельсию. Если в жилище такая температура, то большинство людей воспринимает ее как наиболее комфортную. И для ее поддерживания в холодное время года использует различные отопительные приборы. Большинство из них устроено по принципу получения температуры в сотни, или даже в тысячи градусов по Цельсию, сосредоточенных в небольшом объеме.

Именно такими отопительными приборами являются электрообогреватели, котлы и печи. Каждое из этих устройств является центром излучения тепла, которое распространяется во все стороны точно так же как и свет от электрической лампочки. Чем дальше от лампочки – тем меньше света. И точно так же, как одну яркую лампу можно заменить некоторым количеством лап меньшей яркости, но равномерно распределенных по комнате и в среднем так же хорошо освещающих ее, можно заменить и очень горячую печку.

На этом принципе устроен теплый пол, который нагревается всего лишь до 45 – 60 градусов по Цельсию, но имеет площадь почти всей комнаты. Большинство теплых полов либо включается в электрическую сеть как электрообогреватели, либо используют теплую воду, нагретую в котлах. А они опять-таки работают или от электросети, или на дровах или газе. Получается, что в целом все равно потребуется подвести к помещению для обогрева примерно одно и то же количество тепла не зависимо от того какого типа обогреватель в нем установлен.

Холодильник устроен так…

И при традиционном подходе надо будет получить это тепло от сжигания топлива либо на электростанции, либо в собственном котле. Но, оказывается, существует и альтернативный вариант. И он связан не с теплом, а с холодом. У каждого в доме есть холодильник. На его задней стенке закреплен радиатор. И этот радиатор при работающем компрессоре холодильника нагревается до температуры 50 – 60 градусов. Как раз до температуры теплого пола. Чтобы те читатели, которые еще не знают, почему так, получается, поняли суть альтернативного варианта, рассмотрим принцип устройства холодильника.

Все знают, что если погода ветреная, искупавшись в теплой воде и выйдя из нее, ощущается холод. Это получается оттого, что с кожи испаряется вода, сдуваемая ветром. От испарения воды понижается ее температура, что и ощущается. Холодильник работает именно по такому принципу. В стенках морозильной камеры есть змеевик, охватывающий всю ее поверхность. В него впрыскивается под давлением специально подобранный по своим свойствам хладагент. Его свойства подобраны так, чтобы получить при испарении капелек температуру, пригодную для охлаждения продуктов питания. Обычно это примерно до 20 градусов ниже нуля по Цельсию.

Таким удобным хладагентом оказался фреон. Все знают, как устроен аэрозольный баллончик. При нажатии на его кнопку из маленького отверстия вырывается облако, состоящее из мельчайших капелек содержимого баллончика. Такое же облако из капелек фреона распыляется в змеевике морозильной камеры. И температура ее стенок понижается ниже нуля градусов по Цельсию. Впрыск фреона или иного подобного хладагента делается с одной стороны змеевика, а с другой стороны его работает компрессор, который втягивает из морозильной камеры испарившийся хладагент.

Втянутые пары хладагента сжимаются компрессором для того, чтобы он снова стал жидкостью, пригодной для распыления в начале змеевика морозильной камеры. Для оптимального испарения хладагента его температура перед распылением в змеевике холодильной камеры не должна выходить за пределы некоторого температурного диапазона. При сжатии хладагента его температура значительно увеличивается. Поэтому, чтобы удержать ее в заданном температурном диапазоне используется радиатор, охлаждающий хладагент. Именно такой радиатор и расположен на задней стенке холодильника.

Обогрев от холодильника

Конструкция радиатора и морозильной камеры холодильника соответствуют свойствам хладагента и определенным условиям окружающей среды. Но поскольку радиатор холодильника нагревается до температуры, которая оптимальна для теплого пола, имеет смысл рассмотреть холодильник как источник тепла, а не только как источник холода. Итак, изменяем конструкцию радиатора на теплообменник, через который проходит вода или иная жидкость, циркулирующая по трубе теплого пола. Эта вода начнет отбирать тепло у сжимаемого хладагента.

В результате его температура начнет уменьшаться и следом уменьшится давление, которое развивает компрессор. Не будет давления, не будет и эффективного впрыска хладагента в змеевик через дроссельный клапан. При значительном отборе тепла из радиатора, правильный процесс циркуляции хладагента прекратится, поскольку компрессор будет просто перекачивать почти не испаряющийся в морозилке хладагент. Но поскольку этот процесс вызван уменьшением температуры радиатора, компенсировать уменьшение температуры хладагента можно в морозилке.

Принцип работы теплообменника

Для этого ее нужно нагреть. А поскольку ее температура ниже нуля градусов по Цельсию, для нагрева морозилки вполне подойдет теплоноситель с температурой плюс 5 – 10 градусов по Цельсию. А такую постоянную температуру имеет грунт на небольшой глубине и вода в озерах и речках. Следовательно, добавив теплообменники для радиатора (конденсатора) и для морозильной камеры (испарителя), получаем из холодильника тепловой насос, который «откачивает» тепло из теплоносителя через теплообменник в испарителе и изображенный далее:

Качаем тепло

Теплоноситель, который проходит через испаритель, охлаждается. Для восстановления его температуры нужен дополнительный теплообменник. Им может быть шланг, закопанный в грунт или погруженный в водоем:

Тепловой насос в грунте  Тепловой насос в водоеме

Тепловой насос, рассмотренный на примере холодильника, называется парокомпрессионным. Существуют также иные тепловые насосы, в которых агрегатные состояния хладагента определяет

  • абсорбция;
  • адсорбция;
  • термоэлектричество.

Существуют такие конструкции, в которых используется тепло солнца и геотермальных вод. В любом случае для этих систем необходимо использовать начальную энергию. В Европейском союзе в 1991 г. было проведено исследование тепловых насосов. В результате этого появилась таблица, изображенная далее:

Показатели систем отопления по данным РЭС

Из таблицы очевидно то, что тепловые насосы являются наиболее эффективными, и экологически чистыми системами для обогрева. Поэтому для частных домов и дач имеет смысл использовать теплый пол с незамерзающим теплоносителем с обогревом от теплового насоса.

Электробытовые приборы Декабрь 6, 2016 admin в 11:31
10 574 0
Добавить отзыв

Свежие комментарии