Как работает тепловой насос? [2022]

Сделайте свой дом комфортным и энергоэффективным с современным тепловым насосом! В последние годы многие домовладельцы в Крыму начали искать экологичное решение для климат-контроля. В результате технология теплового насоса приобрела значительную популярность в качестве альтернативы кондиционерам и традиционным системам отопления.

Но как работает тепловой насос?  Давайте узнаем больше о преимуществах этого типа оборудования.

ЧТО ТАКОЕ ТЕПЛОВОЙ НАСОС?

Тепловые насосы используют электрическую энергию и хладагент для поглощения и передачи тепла из одного места в другое.

Они состоят из  двух основных компонентов: испарителя и конденсатора. При правильном функционировании тепловые насосы представляют собой энергоэффективный вариант, который может циркулировать как теплый, так и холодный воздух внутри дома.

КОМПОНЕНТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Тепловые насосы состоят из внутреннего и наружного блоков.

Наружный блок похож на компрессор системы кондиционирования воздуха, а внутренний блок обеспечивает подачу воздуха внутрь дома. Как внутренний, так и наружный блоки содержат различные подкомпоненты, такие как змеевики конденсатора и змеевики испарителя. 

Рассмотрим подробнее основные компоненты системы

Наружный блок

Наружный блок имеет змеевик, который переключает функции в зависимости от того, используют ли домовладельцы свои тепловые насосы для обогрева или охлаждения своих домов.

Специализированный змеевик работает как  змеевик испарителя в режиме нагрева  и как  змеевик конденсатора в режиме охлаждения . Вентилятор  наружного блока  продувает воздух снаружи дома через змеевик для создания теплопередачи.

Внутренний блок

Внутренний блок, обычно называемый устройством обработки воздуха, также содержит змеевик и вентилятор — змеевик работает аналогично наружному блоку.

Вентилятор внутреннего блока также  работает так же, как и вентилятор наружного блока , за исключением того, что вентилятор перемещает тепло по воздуховодам, распределяя теплый или охлажденный воздух по всем комнатам в доме.

Хладагент

Хладагент  служит веществом, которое претерпевает многократные переходы из жидкого состояния в газообразное и обратно. Когда тепло циркулирует в системе насоса, хладагент либо поглощает его, либо отбрасывает по мере необходимости.

Компрессор

Компрессор  нагнетает  хладагент и обеспечивает его циркуляцию между внутренним испарителем и  наружным конденсатором .

Расширительный клапан

Расширительный  клапан  регулирует поток хладагента при его перемещении по системе. Это позволяет снизить как температуру хладагента, так и прикладываемое к нему давление.

Реверсивный клапан

Реверсивный  клапан меняет направление потока хладагента в системе теплового насоса. Это позволяет системе работать двумя способами, переключаясь между обогревом и охлаждением.

КАК РАБОТАЕТ ТЕПЛОВОЙ НАСОС?

Сами по себе тепловые насосы  не производят тепло, а передают  его из одного места в другое с помощью электрической энергии. Прибор забирает тепловую энергию из наружного воздуха и передает ее в помещение. Приборы также могут функционировать как системы кондиционирования воздуха, поглощая тепло из воздуха в помещении и передавая его наружу.

Тепловые агрегаты следуют  принципу Бернулли  и  второму закону движения Ньютона , объясняя, почему теплый воздух перемещается из областей с высоким давлением в области с низким давлением. Приборы могут переключаться между режимами нагрева и охлаждения в зависимости от потребностей домовладельца.

Тепловые насосы в режиме охлаждения

В режиме охлаждения аппарат прокачивает жидкий хладагент через расширительный клапан на внутреннем змеевике для охлаждения дома. Хладагент поглощает тепловую энергию из воздуха в помещении, обдуваемого змеевиками. Полученный холодный воздух затем продувается через вентиляционные каналы дома. Этот процесс заставляет жидкий хладагент  превращаться в газ, поскольку он поглощает тепло.

Затем газообразный хладагент поступает в компрессор, где подвергается давлению. Сжатый газ  приобретает еще больше тепла  и проходит через систему к змеевику наружного блока. Вентилятор наружного блока продувает наружный воздух через змеевики, которые действуют как конденсатор. Разница в температуре и давлении между горячим хладагентом и наружным воздухом позволяет устройству  отводить тепло в атмосферу.

Когда хладагент остывает, он возвращается в жидкую форму, которая затем перекачивается через систему к расширительному клапану внутреннего блока. Расширительный  клапан снижает давление  жидкого хладагента и дополнительно охлаждает его. Этот  цикл охлаждения  повторяется до тех пор, пока тепловой насос не достигнет требуемой температуры.

Тепловые насосы в режиме обогрева

Для обогрева дома реверсивный клапан меняет направление потока хладагента в системе теплового насоса. Это изменение приводит к тому, что наружный воздух становится источником тепла. Роли испарителя и конденсатора также меняются. Змеевик наружного блока работает как испаритель, а змеевик внутреннего блока работает как конденсатор. Жидкий хладагент нагревается  внутри наружного блока и превращается в холодный газ. Внутренний компрессор оказывает давление на холодный газ и нагревает его. Затем воздух проходит над недавно созданным горячим газом, находящимся внутри внутреннего змеевика конденсатора, чтобы согреть дом.

Когда воздух проходит над горячим газообразным хладагентом, хладагент  конденсируется в теплую жидкость , возвращаясь к наружному блоку. Когда жидкость поступает во внешний блок, дозирующее устройство заставляет ее терять как давление, так и температуру, охлаждая ее. Этот цикл повторяется по мере необходимости.

ТИПЫ СИСТЕМ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Тепловые агрегаты делятся на воздушные тепловые насосы, водяные и геотермальные. Каждая из таких систем собирает тепло из воздуха, воды или земли, находящихся за пределами дома.

Воздушные тепловые насосы

Тепловые насосы типа «воздух-воздух» или «воздух-воздух» поглощают тепло наружного воздуха для обогрева внутренних помещений дома. Наружный воздух конденсируется под давлением, пока не достигнет температуры, достаточной для обогрева всего дома.

Водяные тепловые насосы

Тепловой насос с водяным источником (WSHP) отводит тепло в систему водопровода летом и поглощает тепло из той же системы зимой. Таким образом, WSHP используют воду вместо воздуха в качестве источника тепла для регулирования температуры хладагента.

Геотермальные тепловые насосы

Геотермальные или геотермальные тепловые насосы используют землю в качестве источника тепла или поглотителя тепла. Этот тип тепловых приборов обменивается теплом с землей для контроля температуры хладагента. Некоторые из систем оснащены функцией реверса, которая служит как для обогрева, так и для охлаждения. Другие модели также могут нагревать воду для использования в доме.

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Канальные или  бесканальные насосы не только регулируют температуру внутри дома. Они обеспечивают ряд других преимуществ по сравнению с альтернативными системами отопления.

Безопасность и энергоэффективность

Тепловой насос остается  более безопасным и энергоэффективным,  чем  системы отопления на основе сжигания топлива , такие как масляные горелки или газовые печи. В результате владельцы данных систем получают значительную экономию на счетах за электроэнергию. Поскольку эти агрегаты используют электрическую энергию, они оставляют минимальный углеродный след, что делает тепловые насосы более экологичным вариантом.

Универсальность

Прибор может  нагревать и охлаждать дом , устраняя необходимость в кондиционерах и печах.Это может привести к сокращению первоначальных затрат на оборудование при выборе системы климат-контроля для дома.

Улучшение качества воздуха

Обсуждаемые тепловые системы также поддерживают  качество воздуха в помещении  на здоровом уровне . Подобно кондиционеру, отопительный насос фильтрует воздух, удаляя пыль, споры плесени, дым и другие частицы. Летом такие приборы также действуют как осушители и уменьшают образование конденсата в помещениях в холодные месяцы.

Низкие эксплуатационные расходы

Системы также  требуют минимального обслуживания . Ежегодная проверка компонентов обеспечивает бесперебойную работу теплового агрегата, который может работать до 50 лет, хотя средний срок службы составляет 14,5 лет.

Тепловые насосы остаются  надежным, не требующим особого ухода вариантом климат-контроля,  который предлагает отличное соотношение цены и качества по сравнению с другими системами отопления и охлаждения.

ПРИ КАКОЙ ТЕМПЕРАТУРЕ НАСОСЫ ПЕРЕСТАЮТ БЫТЬ ЭФФЕКТИВНЫМИ?

Тепловые генераторы обязаны своим высоким КПД постоянному характеру тепловой энергии. Тепловая энергия остается в воздухе даже при отрицательных температурах. В результате тепловые насосы лучше всего работают при температуре наружного воздуха выше 40℉ (+4C)  и начинают терять свою эффективность, когда температура падает ниже этой отметки.

Тепловые приборы работают менее эффективно, чем печи, когда  температура падает ниже 25℉ (-4C) . Это снижение эффективности происходит из-за снижения уровня тепловой энергии при более низких температурах. Например, воздух при температуре 0 ℉ (-17°C) содержит около 85% тепловой энергии, присутствующей при 70 ℉ (21°C).

Эта  разница в тепловой энергии приводит к снижению эффективности оборудования. В результате насос работает интенсивнее, чтобы компенсировать разницу между наружной и внутренней температурой, что приводит к большему потреблению электроэнергии. Тепловые насосные системы остаются эффективными при охлаждении внутренних помещений дома даже при высоких температурах. 

Как ни странно,  чем теплее наружный воздух, тем выше эффективность теплового насоса. Низкие температуры наружного воздуха снижают его энергоэффективность в качестве системы охлаждения. Чрезвычайно холодная погода может даже вообще остановить работу прибора в качестве системы охлаждения. В тех случаях, когда домовладельцы хотят охладить свои дома в морозную погоду, они могут открыть окна.

Однако, когда открытие окон остается невозможным, установка дополнительной системы отопления может  помочь тепловым насосам работать даже при отрицательных температурах.