Тепловий насос: тепло взимку та прохолода влітку
Зміст:
Теплові насоси – це прилади, які за принципом роботи нагадують холодильники або кондиціонери реверсивного типу, тобто не охолоджують, а нагрівають повітря і навіть воду. Енергію такі пристрої отримують, перетворюючи низькопотенційне тепло із ґрунту, водойм, від сонця чи повітря у високопотенційне.
![Кондиціонер Mitsubishi Electric Кондиціонер Mitsubishi Electric](/upload/medialibrary/f3c/111pump.jpg)
Кондиціонер Mitsubishi Electric MSZ-HJ50VA-ER1/MUZ-HJ50VA-ER1 з функціями охолодження та обігріву
Принцип роботи теплової помпи базується на зворотному циклі Карно, відомому зі шкільних уроків фізики. Узагальнена його суть на конкретному прикладі полягає в тому, що насос бере теплову енергію з одного місця, транспортує її і віддає у будинок, нагріваючи повітря або воду.
З чого складається тепловий насос?
Внутрішній контур цього пристрою складається з таких блоків:
- конденсатор;
- капіляр;
- випарник;
- компресор, що працює від електромережі;
- терморегулятор;
- холодоагент (газ, що циркулює в системі).
![Система кондиціювання Система кондиціювання](/upload/medialibrary/1a5/2pump.jpg)
Типи таких систем
Ця класифікація описує можливі джерела теплової енергії, що використовуються помпою для опалення дому. Від їхнього вибору залежить принцип дії і визначаються особливості теплових насосів.
1. Вертикальний колектор
Являє собою систему довгих труб, що опускаються в глибоку свердловину (50-150 м). Для реалізації такої схеми потрібно мати у розпорядженні невелику ділянку землі, на якій необхідно виконати досить дорогі бурильні роботи. На вказаній вище глибині температура завжди знаходиться приблизно на однаковому рівні – 10 оC без різких перепадів, що дає змогу максимально ефективно використовувати енергію ґрунту для опалення будинку.
![Теплова помпа з вертикальним колектором Теплова помпа з вертикальним колектором](/upload/medialibrary/ded/3pump.jpg)
Теплова помпа з вертикальним колектором
2. Горизонтальний колектор
Ґрунт є найбільш стабільним джерелом розсіяного тепла, оскільки має практично незмінну температуру на глибині, нижчій за рівень промерзання. Системи такого типу здатні використовувати як джерело тепла енергію ґрунту земельної ділянки. Трубопровід насосу, в якому циркулює неотруйна рідина, має знаходитись на глибині 1 м. Відстань між сусідніми трубопроводами повинна становити щонайменше 0,8-1 м. Спеціальної підготовки ґрунту для побудови горизонтального колектора не вимагається. Орієнтовне значення теплової потужності, яку можна отримати з одного метра трубопроводу, – 20-30 Вт. Таким чином, для установки теплового насоса потужністю 10 кВт необхідно побудувати земляний контур довжиною 350-450 м. Для його укладання потрібно виділити ділянку землі із площею близько 400 кв.м.
![Теплова помпа з горизонтальним колектором Теплова помпа з горизонтальним колектором](/upload/medialibrary/f8b/4pump.jpg)
Теплова помпа з горизонтальним колектором
3. Водяний колектор
Вода є найбільш універсальним теплопровідником. Моря, річки, ґрунтові води можуть віддавати тепло цілий рік. Використання води найближчого водоймища або річки в якості джерела тепла є ідеальним варіантом.
Переваги такого методу: короткий зовнішній контур, відносно висока температура навколишнього середовища (у воді водойми взимку вона завжди плюсова) та високий коефіцієнт перетворення енергії тепловим насосом.
Значення теплової потужності, яку можна отримати з кожного метра трубопроводу, становить приблизно 30 Вт. Для побудови теплового насоса потужністю 10 кВт необхідно занурити у водойму контур довжиною 300 м. Щоб трубопровід не спливав, на кожен погонний метр потрібно встановити до 5 кг вантажу.
![Водяний колектор Водяний колектор](/upload/medialibrary/e9a/5pump.jpg)
Водяний колектор
4. Повітряний колектор
Повітря довкілля особливо легко використовувати як джерело тепла, адже воно є скрізь і в необмеженій кількості. Такий тип колектора є найкращим рішенням для теплих південних регіонів.
![Повітряний колектор Повітряний колектор](/upload/medialibrary/7e3/6pump.jpg)
Повітряний колектор
Принцип роботи теплового насоса
Під дією високого тиску холодоагент через капілярний отвір потрапляє у випарник. У ньому через різкий перепад тиску починається процес випаровування. Далі холодоагент забирає тепло із внутрішніх стінок випарника, а він, у свою чергу, – у водного чи земляного контуру, котрий постійно від цього охолоджується.
![Принцип роботи теплового насоса Принцип роботи теплового насоса](/upload/medialibrary/f69/7pump.jpg)
Принцип роботи теплового насоса
Потім за справу береться компресор: він вбирає холодоагент із випарника, стискає, різко підвищуючи його температуру, і виштовхує в конденсатор. В останньому нагрітий холодоагент починає віддавати тепло опалювальному контуру і переходить до рідкого стану.
Цикл повторюється до тих пір, поки температура у приміщенні не досягне бажаної відмітки. В цей момент терморегулятор просто вимикає електричне коло, відключаючи тепловий насос. Після зниження температури в опалювальному контурі помпа знову запускає свій робочий цикл.
![Зовнішній блок системи кондиціювання Зовнішній блок системи кондиціювання](/upload/medialibrary/c07/8pump.jpg)
Особливості
Порівняно із традиційними способами опалення, при застосуванні теплового насоса можна заощадити приблизно 75% коштів, що зазвичай ідуть на оплату комунальних рахунків. Такі теплові системи використовують електроенергію лише для власної роботи, а не з метою безпосереднього нагрівання повітря чи води у приміщенні.
Окрім опалення та нагрівання води, теплові насоси можуть використовуватися як звичайні кондиціонери для охолодження повітря влітку, що робить їх універсальними і надзвичайно зручними в побуті.
![Внутрішній блок системи кондиціювання Внутрішній блок системи кондиціювання](/upload/medialibrary/128/9pump.jpg)
Переваги
- економічність і високий рівень ККД;
- можливість використання у будь-якій частині планети завдяки здатності перенесення тепла з води, повітря, ґрунту;
- екологічність (не потребують застосування палива, згорання якого супроводжується викидами шкідливих речовин);
- універсальність (можливість нагрівання і охолодження повітря у приміщенні);
- безпека використання – жодна з деталей не нагрівається до високих температур, що виключає ймовірність виникнення пожеж або вибухів;
- надійність та довговічність (не боїться тривалих простоїв, можна користуватися навіть після багатомісячної перерви, рідина у внутрішніх блоках не замерзає).
![Зовнішній блок системи кондиціювання Зовнішній блок системи кондиціювання](/upload/medialibrary/2de/10pump.jpg)
Недоліки
- висока вартість;
- складність установки;
- необхідність повного утеплення будинку для забезпечення ефективної роботи пристрою.
Ви дивилися