Тепловой насос

Климатические системы


Тепловой насос / Принцип работы

ПРИНЦИП РАБОТЫ

Тепловой насос является устройством достаточно непривычным для бытового понимания, поскольку способен вырабатывать тепла больше, чем потребляет электроэнергии.

Возникает иллюзия КПД большего 1. На самом деле коэффициент тепловой эффективности (СОР) действительно существенно больше единицы, но происходит это потому, что потребляемая тепловым насосом энергия затрачивается не на непосредственный обогрев (как например в ТЭНах или других тепловых котлах), а на перенос тепла от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой / энтальпией) к потребителю с более высокой температурой. Тепловой насос как бы «накачивает» тепло потребителю (почему и называется «насосом»), так что потребляемая насосом энергия расходуется именно на перекачку и классический КПД (отношение полезной работы по переносу энергии к энергии, потребляемой насосом) как и «положено» меньше 1. 

Все тепловые насосы и климат системы, производимые сегодня высокотехнологичными мировыми компаниями, подразделяются по принципу «источник низкопотенциальной энергии – потребитель энергии». Например, «грунт – вода», «вода – вода», «вода – воздух», воздух – воздух» ит.д. Также их можно разделить по тому рабочему телу, на котором построен термодинамический цикл переноса тепла.

В настоящее время в Европе весьма широко распространены бытовые тепловые насосы («теплый дом») для хорошо теплоизолированных помещений и мягких зим, использующие низкопотенциальную геотермальную теплоту грунтовых вод «вода – воздух» или самого грунта «грунт – воздух». Эти решения очень капиталоемки и в наших климатических зонах малоэффективны. Для промышленных помещений (цехов) зачастую используют тепловые насосы типа «вода – вода», эффективно утилизирующие сбросовую энергию промышленных систем охлаждения. Рабочим телом в этих системах чаще всего выступает фреон, а в некоторых новейших системах - другие более экологичные рефрижеранты (например, в самое последнее время – СО2).

Практически все современные кондиционеры, в том числе промышленные, одновременно являются тепловыми насосами «воздух – воздух», работающими на фреоновом цикле.

Собственно говоря, термодинамически тепловой насос представляет собой обращённую холодильную машину (кстати говоря, в профессиональной научно – технической литературе чаще говорят, наоборот, что холодильная машина является обращенным тепловым насосом, отбирающим тепло из замкнутого объема в окружающую среду. И то и другое - справедливо). Однако эффективность фреонового теплового насоса резко падает при понижении окружающей температуры ниже нуля, а особенно ниже -7°… -12°С, когда он вырабатывает тепло с эффективностью (СОР) ниже 1.  

Разработанный УПЭК тепловой насос АТТ на воздушном цикле имеет, наоборот, максимум эффективности (СОР) при температуре окружающей среды -20°…-30°С и успешно работает вплоть до -45°С. В точке максимума он имеет СОР превышающее 4 то есть, например, машина, потребляющая 20…25 КВт электрической энергии способна генерировать около 100 КВт тепла (!).

Тепловой насос