Будни: с 9:30 до 19:00
ул.1-я Останкинская,д.41А 8 (495) 744-61-96

Мы в социальных сетях:

Тепловые насосы. История. Развитие

Тепловой насос? –  «Хорошо» или «Плохо» 

тепловой насос

В лентний период самыми актуальными вопросами являются задачи горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования частных домов, офисов, производственных помещений, домов отдыха, и только к осени мы задумываемся о покупке теплового насоса. И тут понимаем, что время упущено, и решаем отложить вопрос до весны, а там приходит тепло... и все снова идет по кругу! Однако, рачительный хозяин помнит народную мудрость "готовь сани летом" и "стелит соломку заранее". Можно ли найти единое решение задач отопления, кондиционирования и нагрева воды?  Решить все эти вопросы можно с помощью теплового насоса.

Мы открываем цикл статей, посвященной данной теме, в которых разберем вопросы:

Принцип действия тепловых насосов

Очень часто для объяснения принципа работы теплового насоса употребляют выражение "холодильник наоборот". Действительно в тепловом насосе, холодильнике и кондиционере используются одинаковые принципы работы. Главный агрегат теплового насоса как и холодильник содержит— компрессор, испаритель, хладагент и т.д. 

Законы термодинамики позволяют забирать тепловую энергию в одном месте и передавать в другое. За счет этого в одном месте будет тепло, а в другом холодно. Так бытовой холодильник для теплообмена использует воздух помещения, в котором находится. Поэтому сзади каждого холодильника есть специальный радиатор, который служит для рассеивания избыточного тепла. В результате в камере холодильника мороз, а за холодильником тепло. Обычный кондиционер для теплообмена тоже использует воздух, забирая тепло из помещения и передавая его на улицу.  Тепловой насос работает также, он забирает тепло снаружи и передает его в дом.  

Принцип работы теплового насоса основан на физических свойствах:

  • когда вещество испаряется, оно поглощает теплоту, а когда конденсируется, отдаёт теплоту;
  • когда давление меняется, меняется температура испарения и конденсации вещества: чем выше давление, тем выше температура и наоборот.

На схеме показаны основные компоненты теплового насоса - испаритель, конденсер, компрессор и контур, по которому прогоняется хладагент. Соответственно можно получать с одной стороны тепло, а с другой холод.

схема теплового насоса
схема работы теплового насоса

Со стороны обогрева подключаются системы отопления или горячего водоснабжения. Также обогрев может использоваться для сброса энергии, когда система работает в режиме кондиционирования. Для этого к обогреву подключается теплообменный контур с внешней средой: воздухом, водой или грунтом в зависимости от типа теплового насоса

Со стороны охлаждения подключается система для кондиционирования, а также теплообменный контур со средой - источником энергии: воздухом, водой или грунтом.

Большинство современных тепловых насосов работают как на отопление так и на охлаждение, по необходимости. Поэтому в них обычно встраивается возможность переключения контуров теплообмена то на охлаждение, то на обогрев.

Для работы агрегатов теплового насоса используется электрическая энергия. Также электричество требуется для обеспечения работы теплообменных контуров (прокачки теплоносителя, обдува и т. п.). Каждый тепловой насос характеризуется мощностью потребляемой электроэнергии и количеством производимой тепловой энергии или охлаждения. Соотношение величины вырабатываемой (отбираемой) тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициент трансформации (coefficient of performance - COP). Эта величина характеризует эффективность теплового насоса и зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: чем больше разность, тем меньше эффективность. По этой причине тепловой насос должен использовать по возможности большее количество источника низкопотенциального тепла, не стремясь добиться его сильного охлаждения. В самом деле, при этом растёт эффективность теплового насоса, поскольку при слабом охлаждении источника тепла не происходит значительного роста разницы температур.

Например, коэффициент трансформации = 4. Это значит, что на 1 кВт затраченной электроэнергии тепловой насос обеспечит 4 кВт тепловой энергии. Для сравнения - обычный электронагреватель на 1 кВт затрачиваемой электроэнергии производит 1 кВт тепловой.

Эффективность работы теплового насоса и коэффициент трансформации (COP) - величина непостоянная. Например, когда воздушный тепловой насос использует в качестве тепла воздух с температурой +5 и дает для отопления воздух в помещении +35, то разница составит 30 градусов и коэффициент COP будет = 3. Если температура воздуха на улице будет -5, то разница температур составит 40 градусов и значение COP, например, до 2. Чем ниже температура исходной среды и чем выше требуемая температура нагрева, тем меньше будет эффективность насоса.

История возникновения тепловых насосов

лорд Келвин

Основные принципы работы тепловых насосов и кондиционеров были изложены, в теории, еще в 1824 году французским физиком Сади Карно, в его работе о паровых машинах. А в 1852 году английский физик Уильям Томсон, лорд Кельвин, во время проводимых им опытов по термодинамике, для иллюстрации к статье "Об экономии на обогреве и охлаждении зданий посредством потоков воздуха",  создал первую лабораторную модель теплового насоса. И уже через пять лет, фон Риттингер, использовал его идею для создания промышленной модели и осушения солончаков. Но дальше этого дело не пошло. Путь идеи до практической реализации был очень долг, почти век открытие не находило достойного применения. И только к середине ХХ века стали появляться прототипы современных холодильников и кондиционеров. Вслед за ними пришла очередь тепловых насосов как приборов, работающих  "с точностью, до наоборот" – для получения тепла, а не холода.

В 1940х годах американский изобретатель Роберт Уэббер обратил внимание на то как сильно нагревается радиатор морозильной камеры. Радиатор был помещен в бак с водой, в результате чего в домашнем хозяйстве появился источник горячей воды. Уэббер пошел дальше и направив вентилятор для обдува радиатора, на практике получил поток теплого воздуха для обогрева помещения. В итоге изобретатель собрал конструкцию, которая использовала схожие с морозильной камерой системы медных труб и охлаждала большой подземный теплообменный контур с теплообменной жидкостью, для обогрева дома. Так появился первый геотермальный тепловой насос.  Газ собирал тепло в земле, доставлял в дом и отдавал его, а после возвращался обратно в подземный теплосборник. Тепловой насос, созданный Уэббером, оказался настолько эффективным, что тот полностью перевел отопление дома на эту установку, отказавшись от традиционных отопительных приборов и энергоносителей. 

Но не смотря на успешность тепловой насос, изобретенный Робертом Уэббером, долгие годы считался скорее чудачеством, чем действительно эффективным источником тепловой энергии — нефти и газа было в избытке, по вполне приемлемым ценам. Рост интереса к возобновляемым источникам тепла возник в начале 70-х, благодаря нефтяному эмбарго 1973 года. И только тогда  идея получила свое коммерческое воплощение, спустя полтора века после создания первой лаборатоной модели, было налажено массовое производство тепловых насосов, которые стали популярны сначала в США, а потом в Европе.

 тепловые насосы

В настоящее время в мире установлено более двух миллионов тепловых насосов для использования в отоплении, горячем водонснабжении и кондиционировании. Лидерами в использовании геотермальных тепловых насосов являются: США, Швеция, Китай и Германия

В 2015 году, Европейская ассоциация тепловых насосов EHPA призвала Европейскую комиссию сосредоточил внимание на том, как сделать технологию тепловых насосов центральной для европейской политики. Президент ассоциации EHPA Martin Forsen поделился своим видением будущего энергетической системы Европы и процесса снабжения тепловыми насоса всего сообщества.

Читать дальше:   Виды тепловых насосов>>


Наши специалисты готовы приступить к работе немедленно

Все интересующие вас детали вы можете узнать, позвонив по телефону: +7 (495) 744-61-96
или в нашем офисе: Москва, ул. 1-я Останкинская, дом 41А, офис 510
Гарантируем высокий уровень качества и доступные цены.