Що таке тепловий насос

Базові знання про теплові насоси

Визначення теплових насосів: Тепловий насос - це пристрій, здатний передавати тепло з одного місця в інше. Їх можна використовувати для охолодження або опалення приміщень, а також для гарячого водопостачання.

Принцип роботи: Принцип роботи теплових насосів схожий на принцип роботи холодильної системи, але з принциповою відмінністю – вони можуть працювати в зворотному напрямку, забезпечуючи як охолодження, так і нагрівання. Основні компоненти включають компресор, випарник, конденсатор і розширювальний клапан. У режимі опалення тепловий насос поглинає низькотемпературне тепло із зовнішнього середовища та доставляє його у внутрішній простір шляхом стиснення та виділення тепла. У режимі охолодження він поглинає тепло з приміщення та віддає його у зовнішнє середовище.

Джерело тепла та джерело холоду: Тепловому насосу потрібен як джерело тепла, так і джерело холоду. У режимі опалення джерелом тепла зазвичай є зовнішнє середовище, а джерелом холоду – приміщення. У режимі охолодження ця ситуація зворотна: джерелом тепла є приміщення, а джерелом холоду – зовнішнє середовище.

Енергоефективність: Теплові насоси відомі своєю енергоефективністю. Вони можуть забезпечити значний ефект охолодження або нагрівання з відносно низьким споживанням енергії. Це пояснюється тим, що вони безпосередньо не виробляють тепло, а радше передають тепло, таким чином досягаючи контролю температури. Енергоефективність зазвичай вимірюється коефіцієнтом ефективності (COP), де вищий COP означає кращу енергоефективність.

Застосування: Теплові насоси знаходять широке застосування в різних сферах, включаючи опалення будинку, кондиціонування повітря, гаряче водопостачання, а також комерційне та промислове використання. Їх часто поєднують із системами відновлюваної енергії, такими як сонячні батареї, щоб підвищити енергетичну стійкість.

Вплив на навколишнє середовище: використання теплових насосів може зменшити викиди парникових газів, тим самим позитивно впливаючи на навколишнє середовище. Однак важливо враховувати загальний вплив на навколишнє середовище, включаючи енергію, необхідну для виробництва та обслуговування систем теплових насосів.

Вступ до типів теплових насосів

Повітряний тепловий насос (ASHP): Цей тип теплового насоса відбирає тепло із зовнішнього повітря для забезпечення опалення або охолодження в приміщенні. Вони підходять для різних кліматичних умов, хоча на їх ефективність можуть вплинути коливання температури.

Грунтовий тепловий насос (GSHP): Грунтові теплові насоси використовують постійну температуру землі під поверхнею для забезпечення тепла, що забезпечує більш стабільну ефективність як у холодну, так і в теплу пору року. Вони зазвичай вимагають встановлення підземних горизонтальних петель або вертикальних свердловин для вилучення геотермального тепла.

Водяний тепловий насос (WSHP): Ці теплові насоси використовують теплову енергію водойм, таких як озера, річки чи колодязі, для обігріву чи охолодження. Вони підходять для територій з доступом до водних ресурсів і, як правило, забезпечують стабільну ефективність.

Адсорбційний тепловий насос: Адсорбційні теплові насоси використовують адсорбційні матеріали, такі як силікагель або активоване вугілля, щоб поглинати та віддавати тепло, а не покладатися на стиснені холодоагенти. Вони зазвичай використовуються для спеціальних застосувань, таких як сонячне охолодження або рекуперація відпрацьованого тепла.

Тепловий насос із підземним накопиченням теплової енергії (UGSHP): цей тип теплового насоса використовує підземні системи накопичення енергії для накопичення тепла в землі та отримання його для опалення чи охолодження за потреби. Вони сприяють підвищенню ефективності та надійності теплових насосних систем.

Високотемпературні теплові насоси:Високотемпературні теплові насоси можуть забезпечувати високотемпературне тепло, що робить їх придатними для таких застосувань, як опалення промислових процесів і теплиць, які потребують підвищених температур.

Низькотемпературні теплові насоси:Низькотемпературні теплові насоси призначені для застосувань, які передбачають відбір тепла від низькотемпературних джерел, таких як радіаційне опалення підлоги або гаряче водопостачання.

Теплові насоси з двома джерелами:Ці теплові насоси можуть одночасно використовувати два джерела тепла, часто наземне та повітряне, для підвищення ефективності та стабільності.

Компоненти теплового насоса

Тепловий насос складається з кількох ключових компонентів, які працюють разом, щоб полегшити передачу та регулювання тепла. Ось основні компоненти теплового насоса:

Компресор: Компресор є ядром системи теплового насоса. Він відіграє роль стиснення холодоагенту низького тиску з низькою температурою в стан високого тиску з високою температурою. Цей процес підвищує температуру холодоагенту, дозволяючи йому виділяти тепло в джерело тепла.

Випарник: Випарник розташований усередині приміщення або з боку джерела холоду системи теплового насоса. У режимі опалення випарник поглинає тепло з внутрішнього середовища або низькотемпературне тепло з зовнішнього середовища. У режимі охолодження він поглинає тепло з приміщення, роблячи внутрішній простір прохолоднішим.

Конденсатор: Конденсатор розташований зовні або з боку джерела тепла системи теплового насоса. У режимі опалення конденсатор виділяє тепло високотемпературного холодоагенту для обігріву внутрішнього простору. У режимі охолодження конденсатор відводить тепло з приміщення у зовнішнє середовище.

Розширювальний клапан: Розширювальний клапан - це пристрій, який використовується для контролю потоку холодоагенту. Він знижує тиск холодоагенту, дозволяючи йому охолонути та підготуватися до повторного входу у випарник, таким чином утворюючи цикл.

Холодоагент: Холодоагент є робочим середовищем у системі теплового насоса, що циркулює між станами низької та високої температури. Різні типи холодоагентів мають відмінні фізичні властивості, щоб відповідати різним застосуванням.

Вентилятори та повітропроводи: Ці компоненти використовуються для циркуляції повітря, розподіляючи нагріте або охолоджене повітря у внутрішній простір. Вентилятори та повітропроводи допомагають підтримувати рух повітря, забезпечуючи рівномірний розподіл температури.

Система управління:Система керування включає датчики, контролери та комп’ютери, які контролюють умови в приміщенні та на вулиці та регулюють роботу теплового насоса, щоб відповідати вимогам температури та підвищувати ефективність.

Теплообмінники:Системи теплових насосів можуть включати теплообмінники для полегшення передачі тепла між режимами опалення та охолодження, що сприяє підвищенню ефективності системи.

Відмінності між тепловими насосами та основними нагрівальними та охолоджуючими приладами (кондиціонери повітря, водонагрівачі)

Теплові насоси: Теплові насоси можуть перемикатися між нагріванням і охолодженням, що робить їх універсальними приладами. Вони можуть використовуватися для обігріву будинків, підігріву води, охолодження внутрішніх приміщень і, в деяких випадках, для забезпечення теплом іншого обладнання.

Кондиціонер: Системи кондиціонування повітря в першу чергу призначені для охолодження та підтримки комфортної температури в приміщенні. Деякі системи кондиціонування повітря мають функції теплового насоса, що дозволяє їм забезпечувати обігрів у холодну пору року.

Водонагрівачі: водонагрівачі призначені для нагріву води для купання, прибирання, приготування їжі тощо.

Енергоефективність:

Теплові насоси: Теплові насоси відомі своєю енергоефективністю. Вони можуть забезпечити таку саму теплопередачу з меншим споживанням енергії, оскільки поглинають низькотемпературне тепло з навколишнього середовища та перетворюють його у високотемпературне. Зазвичай це призводить до вищої енергоефективності порівняно з традиційними кондиціонерами та електричними водонагрівачами.

Кондиціонер:Системи кондиціонування повітря забезпечують ефективне охолодження, але можуть бути менш енергоефективними в холодну пору року.

Водонагрівачі: Енергоефективність водонагрівачів залежить від типу використовуваного джерела енергії. Сонячні водонагрівачі та водонагрівачі з тепловим насосом, як правило, є більш енергоефективними.

Таким чином, теплові насоси мають явні переваги в енергоефективності та універсальності, придатні для охолодження, опалення та гарячого водопостачання. Однак кондиціонери повітря та водонагрівачі також мають свої переваги для конкретних цілей, залежно від вимог та умов навколишнього середовища.