Історія теплового насосу

Принцип роботи теплового насосу

З тепловим насосом як таким ми стикаємося щодня - це пристрій дуже схоже на побутовий холодильник. При роботі холодильника йде постійний відбір тепла з продуктів і повітря морозильної камери і віддача його в приміщення розташованим на задній стінці холодильника радіатором. Але чому холодильник охолоджує продукти? Тут використовується відома фізична закономірність: випаровується речовина має властивість поглинати тепло, а речовина, яка конденсується - віддавати його. В якості такої речовини в холодильниках використовується газ фреон.  

Використання газу (а не рідини) обумовлено іншим фізичним принципом, використовуваним в роботі холодильника: при збільшенні тиску температура речовини підвищується, а при зниженні - знижується. А рідини, як відомо, дуже погано піддаються стисненню.

Сам по собі, фреон нічого не охолоджує і не нагріває. Однак досить нагріти його до температури кипіння (а це близько 3 ° C, що значно нижче кімнатної температури) і потім стиснути, щоб температура отриманого газу зросла багаторазово. Нагрівання фреону якраз проводиться теплом продуктів, що знаходяться в морозильній камері. Якщо ж, потім, знизити тиск, то його температура буде різко падати, а газ перейде в рідкий стан. Повторюючи цей процес ми отримуємо можливість заморожувати продукти.

А тепер уявіть собі холодильник, морозильну камеру якого "закопали" в землю, а радіатор як опалювальний агрегат внесли в будинок. Включивши подібний пристрій ми почнемо відбирати тепло не в продуктів, а у землі.
Таким чином ми отримаємо практично необмежене джерело, «охолоджуючи" тобто відбираючи тепло у якого, ми можемо опалювати свій будинок і користуватися гарячою водою.
Однак, взимку земля охолоджується, і для отримання температури, необхідної для закипання фреону, морозилку треба закопувати набагато глибше. Туди, де температура землі не залежить від пори року.
Звичайно, тепловий насос використовуючи принцип роботи холодильника, являє собою не закопані в землю морозильні камери. Це високотехнологічний пристрій, що працює в повністю автоматичному режимі

. 

Схема роботи теплового насосу.

Робота теплових насосів заснована на процесі виділення тепла з грунту (що має температуру близько плюс 8 ° С), за допомогою теплообміну між трьома контурами:ропні (земляний) контур; контур теплового насоса;опалювальний контур.

Загальна схема роботи теплового насоса представлена на малюнку:

Сам же тепловий насос являє собою пристрій, всередині якого відбувається перетворення температури з + 8 ° С до + 75 ° С.

Тепловий насос складається з:
Теплообмінник передачі тепла землі внутрішньому контуру.
компресор
Теплообмінник передачі тепла внутрішнього контуру системи опалення
Дросельне пристрій для зниження тиску
ропні контур і земляний зонд
контур опалення та ГВП

Первинний контур- поліетиленова труба U-подібної форми, занурена в свердловину. По трубі циркулює незамерзаюча рідина. В результаті циркуляції до другого контуру теплового насоса надходить рідина з температурою + 8 ° С (температура землі).

Рідина передає свою температуру (+ 8 ° С) другому контуру. У другому контурі циркулює фреон. (Відмітна особливість фреону полягає в тому, що при температурі вище +3 ° С він з рідкого стану переходить у газоподібний). Рідкий фреон, отримуючи від первинного контуру температуру + 8 ° С переходить в газоподібний стан. Далі, газоподібний фреон надходить у компресор, де газ стискається з 4 до 26 атмосфер. При такому стисканні він нагрівається з + 8 ° С до + 75 ° С.

(Це найважливіший етап роботи теплового насоса. Саме на цьому етапі відбувається перетворення енергії великого об'єму газу з температурою + 8 ° С в малий обсяг газу з температурою + 75 ° С. При цьому загальна енергія газу до і після компресора залишається незмінною. Просто він сконцентрувався в згусток енергії, якої нікуди подітися. Тому й відбувається нагрівання газу до + 75 ° С).

Енергія газу (фреон), розігрітого до + 75 ° С, передається в третій контур - систему опалення та гарячого водопостачання будинку. В процесі передачі ЕНЕРГІЇ газу третього контуру после Втрата (10-15 ° С), опалювальний контур нагрівається до температури 60-65 ° С.

Газ (фреон), віддавши свою енергію опалювальному контуру, остигає до 30-40 ° С. При цьому він як і раніше знаходиться під тиском в 26 атмосфер. Потім відбувається зниження тиску до 4 атмосфер (так званий ефект дроселювання). В результаті падіння тиску відбувається значне охолодження газу (ефект, зворотний підвищенню температури при збільшенні тиску). Він охолоджується до 0-3 ° С і стає рідиною. Температура фреону 0-3 ° С передається теплоносію первинного контуру, який відносить її вглиб землі. Проходячи по свердловині, теплоносій нагрівається і виходить на поверхню землі з температурою + 8 ° С, яка знову подається на другий контур.