1 Описание и принцип работы теплового насоса

Теория теплового насоса изложена в описании термодинамического цикла Карно еще в 1824 году. Хладагент (фреон) перемещается компрессором по замкнутому контуру, состоящему из испарителя, конденсатора и клапана. Схема контура теплового насоса представлена на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Схема контура теплового насоса

Сжатый компрессором в конденсаторе (горячая решетка на задней стенке простейшего холодильника) хладагент переходит из газообразного в жидкое состояние при высоком давлении и температуре. Далее через дрос-селирующий клапан он продавливается в испаритель (обмерзшая панель внутри холодильника), где тем же компрессором создается низкое давление. При резком падении давления после клапана хладагент активно кипит, переходя в газообразную фазу с резким уменьшением температуры (для теплового насоса до -8°С и ниже). Таким образом производится перенос теп-ла из объема, в котором расположен испаритель, в объем, который занимает конденсатор.

В тепловых насосах эти объемы выполняются в виде теплообменников. В первый подается относительно теплый носитель от низкотемпературного источника тепла (НТИ), второй включается в контур системы отопления. Теоретически несложно в теплое время года, поменяв местами испаритель и конденсатор теплового насоса, использовать его для охлаждения здания.

В качестве НТИ может использоваться наружный воздух при условии что его температура превышает температуру кипения хладагента в испари-теле; грунтовые, либо воды из незамерзающих водоемов; земля, тепло из которой переносится в теплообменник теплового насоса раствором, циркулирующим по трубам, уложенным в земляной коллектор, либо опущенным в скважины-зонды; технологические сбросы предприятий в жидком или газообразном состоянии.

Главная характеристика эффективности теплового насоса – коэффи-циент преобразования (СОР), или коэффициент мощности, равный отноше-нию теплопроизводительности теплового насоса, или тепловой мощности к мощности его компрессора (потребляемой). В зависимости от используемого НТИ и конструкции отопительного теплообменника различают следующие типы тепловых насосов:

«воздух--воздух», к которым относятся обычные кондиционеры и те же холодильники;

«воздух--вода» – относительно недорогой вариант, не требующей сооруже-ния сложной системы наружных сооружений. Недостаток – падение коэффи-циента преобразования с понижением температуры воздуха (СОР = 3–3,6); На рисунке 1.2 представлена теплогенерация из окружающего воздуха.

Рисунок 1.2 – Теплогенерация из окружающего воздуха

«вода—вода» – наиболее эффективный вариант (СОР = 5,4--6,4). Недостаток – нужно наличие незамерзающего водного источника; А на рисунке 1.3 изображена теплогенерация из грунтовых вод.

Рисунок 1.3 – Теплогенерация из грунтовых вод

«рассол--вода» с грунтовыми коллекторами, либо зондами. (В трубы, проло-женные в земле, на всякий случай подается незамерзающий раствор – рассол). Наиболее универсальный вариант. Недостаток – требует значитель-ных затрат на сооружение земляного коллектора (1 м.п. уложенной трубы – 20--30 Вт тепла), либо еще больших затрат на сверление скважин для грун-товых зондов (1 м. п. скважины – 40–60 Вт тепла). На рисунке 1.4 предсталены различные теплогенерации.

Рисунок 1.4 – Теплогенерация при использовании зондов и коллекторов