Як влаштований тепловий насос і як він працює

Робота теплового насоса ґрунтується на двох фізичних явищах. Перше: під час випаровування речовина поглинає тепло, а під час конденсації — віддає його. Друге: температура випаровування речовини підвищується разом зі зростанням тиску.

Щоб зрозуміти, як тепловий насос переносить тепло до системи опалення, потрібно розібратися з його основними контурами та елементами: зовнішнім контуром, випарником, компресором, конденсатором і дросельним клапаном.

З яких контурів складається система теплового насоса?

Система теплового насоса складається із зовнішнього контуру, який забирає тепло з навколишнього середовища, та внутрішнього контуру, який передає це тепло до системи опалення будинку.

Зовнішній контур: передає тепло з ґрунту, води або повітря до незамерзаючої рідини — розсолу. Зазвичай він складається з трубопроводу і циркуляційного насоса.
Внутрішній контур: переносить отриману теплову енергію до системи опалення, гарячого водопостачання або іншого споживача тепла в будинку.

Схема пристрою теплового насоса

Як працює тепловий насос?

Тепловий насос працює за замкненим циклом: розсіл забирає низькопотенційне тепло з навколишнього середовища, фреон у випарнику поглинає це тепло, компресор підвищує його температуру, а конденсатор передає енергію до системи опалення.

Проходячи трубами зовнішнього контуру, незамерзаюча суміш — розсіл — нагрівається приблизно до 1–10 °C.
У випарнику розсіл передає зібрану теплову енергію внутрішньому фреоновому контуру.
Фреон має низьку температуру кипіння, тому у випарнику він поглинає тепло від розсолу і переходить із рідкого стану в газоподібний.
Газоподібний фреон надходить до компресора. Там він стискається, його тиск підвищується, а разом із тиском зростає і температура.
Гарячий фреон надходить у конденсатор, де віддає тепло системі опалення. Після цього він охолоджується і знову переходить у рідкий стан.
Дросельний клапан знижує тиск фреону перед його поверненням у випарник. Після цього цикл повторюється.

Яку роль виконує компресор?

Компресор є ключовим елементом теплового насоса. Він стискає газоподібний фреон, підвищує його тиск і температуру, завдяки чому тепло можна передати до системи опалення будинку.

Саме на роботу компресора та циркуляційних насосів припадає основна витрата електроенергії. При цьому теплова енергія, яку отримує будинок, значною мірою надходить не з електромережі, а з навколишнього середовища.

Що показує COP теплового насоса?

COP, або коефіцієнт перетворення тепла, показує ефективність роботи теплового насоса. Він відображає співвідношення між кількістю спожитої електроенергії та кількістю теплової енергії, яку система передає до опалення.

Якщо COP дорівнює 3, це означає, що на кожен 1 кВт спожитої електроенергії тепловий насос може передати приблизно 3 кВт теплової енергії. За сприятливих умов цей показник може бути вищим і досягати 4–5 або більше.

На COP впливають температура джерела тепла, температура в системі опалення, режим роботи компресора, якість монтажу та правильність підбору обладнання. Чим менша різниця температур між джерелом тепла і системою опалення, тим ефективніше працює тепловий насос.

Чому тепловий насос вважається економним способом опалення?

Тепловий насос економний тому, що електроенергія використовується переважно для роботи компресора і насосів, а основна частина тепла надходить із ґрунту, води або повітря. Завдяки цьому система може передавати більше теплової енергії, ніж споживає електричної.

У порівнянні з багатьма традиційними генераторами тепла, тепловий насос може забезпечити нижчі експлуатаційні витрати, особливо в добре утепленому будинку з низькотемпературною системою опалення, наприклад теплою підлогою.

Ефективність теплового насоса залежить не тільки від самого обладнання, а й від тепловтрат будинку, температурного режиму опалення, джерела тепла та правильного проектування всієї системи.

Висновок

Тепловий насос — це система, яка переносить тепло з навколишнього середовища до будинку за допомогою зовнішнього контуру, випарника, компресора, конденсатора і дросельного клапана. Його ефективність визначається не лише обладнанням, а й правильним розрахунком, монтажем і умовами експлуатації.

Читайте також інші статті про теплові насоси.