Принцип работы тепловых насосов: Принцип функционирования теплового насоса | Эйркул

Содержание

Принцип функционирования теплового насоса | Эйркул

Виды холодильного оборудования
Обзор климатического оборудования
Виды холодильных компрессоров
Драйкулеры: назначение
Программы обслуживания и ремонта компрессоров
Назначение и сферы применения промышленных осушителей воздуха
По каким характеристикам выбирать чиллер?
Как работают теплообменники и на какие типы они делятся?
Где и для каких задач используется щит управления?
За счет чего работают тепловые насосы?
Использование тепловых насосов для отопления
Принцип работы теплового насоса
Основные типы холодильных камер по функциональному назначению
Полезная информация по выбору промышленного охладительного оборудования
Какие признаки указывают на неисправность холодильного оборудования?
Где применяются холодильные камеры?
Винтовые компрессора Bitzer серии HSN– надежное и эффективное решение для холодоснабжения любого предприятия

Новости

12:08:2022

Кубические воздухоохладители Thermoway по привлекательным ценам

Предлагаем вашему вниманию линейку кубических воздухоохладителей Thermoway (Турция) по сниженным ценам.

05:03:2022

С Международным женским днём!

Искренне поздравляем с праздником весны, дорогие женщины!

Тепловыми насосами называются агрегаты, которые обеспечивают передачу теплоэнергии от менее нагретых предметов к более нагретым и при этом увеличивают их температуру. Они стали чрезвычайно популярными в последние годы, поскольку позволяют получать дешевое тепло и при этом не загрязнять окружающую среду.

Оборудование включает такие элементы, как:

компрессор, функционирующий от обычной электросети;

конденсатор;

испаритель;

терморегулятор;

капилляр;

рабочая среда или хладагент, в качестве которого зачастую применяется фреон.

Принцип работы насосных изделий схож с функционалом кондиционеров, холодильников и прочей техники, способной переносить теплоэнергию из окружающей среды во внутрь помещений. Устройства поглощают тепло грунтовых вод, земли, воздуха.

Незамерзающая жидкость движется по внешнему контуру отопительной системы, забирает тепло из окружающей среды и подает его к насосу.

В испарителе происходит передача энергии фреону, который закипает и переходит в газообразное состояние.

Компрессор сжимает газ. Это способствует повышению его температуры.

При попадании в теплообменник (радиаторы, систему «теплый пол») газ отдает теплоэнергию внутреннему контуру отопления, остывает, снова превращается в жидкость, а затем возвращается в испаритель. Так завершается рабочий цикл.

Далее процесс повторяется по такому же принципу.

Проще говоря, устройства забирают теплоэнергию с улицы (снаружи) и направляют ее внутрь зданий, создавая там приятный микроклимат и обеспечивая оптимальные температурные показатели.

Принцип действия теплового насоса | Viessmann

Принцип работы теплового насоса очень напоминает по своей сути работу холодильника. В то время как холодильник отводит тепловую энергию и направляет ее наружу, то есть из внутренней части холодильника, тепловой насос делает наоборот: он забирает тепловую энергию от окружающей среды за пределами помещения и преобразует ее в полезную для отопления. Тепловой насос может забирать тепловую энергию как из воздуха внутри помещения или снаружи, так и из грунтовых вод и почвы. И поскольку температура полученного тепла, как правило, не достаточна для того, чтобы отапливать здание или обеспечивать его горячей водой, в дело вступает термодинамический процесс.

В независимости от того, какой тип теплового насоса используется для отопления, в функционал теплового насоса также входит процесс охлаждения, который происходит в четыре этапа.

1. Испарение

Для того, чтобы начать процесс испарения жидкости, необходима энергия. Этот процесс можно наблюдать на примере с водой. Если емкость с водой нагревается до 100 градусов Цельсия (тепловая энергия подается) вода начинает испаряться. При дальнейшем подаче тепловой энергии температура воды не повышается. Вместо этого вода полностью преобразуется в пар.

2. Сжатие газа

При сжатии газа, например воздуха (давление увеличивается), также повышается температура. Вы можете наблюдать это например, если вы придержите отверстие в велосипедном воздушном насосе и начнете процесс «накачки» воздуха, вы почувствуете тепло.

3. Конденсация

Согласно закону сохранения энергии при конденсации водяного пара, высвобождается тепловая энергия, которая ранее использовалась для испарения.

4. Расширение

При резком снижении давления в жидкости, находящейся под давлением, температура снижается в несколько раз. Это можно наблюдать на примере баллона с сжиженным газом для кемпинговой горелки. Открытие клапана может привести к образованию льда на клапане баллона с жидким газом даже летом. (Здесь давление снижается с 30 бар до 1 бар.)

Постоянное повторение процесса

Эти процессы происходят внутри теплового насоса в замкнутом контуре. Для транспортировки тепла используется жидкость (хладагент), которая испаряется при очень низких температурах. Чтобы испарить эту жидкость, используется тепловая энергия из земли или наружного воздуха. Для этого достаточно даже температуры в минус 20 градусов по Цельсию. Холодные пары хладагента затем очень сильно сжимаются компрессором. При этом их температура возрастает до 100 градусов Цельсия. Эти пары хладагента конденсируются и отдают тепло в систему отопления. Затем давление жидкого хладагента на расширительном клапане сильно снижается. При этом температура жидкости снижается до исходного уровня. Процесс может начинаться заново.

Процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса

Проще всего объяснить этот процесс на примере воздушно-водяного теплового насоса: тепловой насос «воздух-вода» может состоять из одной или двух составляющих. В обоих случаях встроенный вентилятор активно направляет окружающий воздух в теплообменник. Через теплообменник проходит хладагент, который переходит из одного состояния в другое при очень низких температурах. Внутри теплообменника хладагент нагревается воздухом из окружающей среды и постепенно переходит в газообразное состояние. Для повышения температуры, возникающих при этом паров, используется компрессор. Он сжимает пары хладагента и увеличивает как давление, так и их температуру до требуемого значения.

Другой теплообменник (конденсатор) затем передает тепло от нагретых паров хладагента на отопление (теплые полы, радиаторы, буферная емкость или водонагреватель). Хладагент, находящийся под давлением отдает тепло, его температура падает и он снова переходит в жидкое состояние. Перед тем, как поступить обратно в контур, хладагент сначала расширяется в расширительном клапане. После того, как он достигнет своего исходного состояния, процесс процесс в холодильном контуре может начинаться с самого начала.

Принцип действия | Industrialheatpumps.nl

Принцип работы

Низкотемпературный поток отработанного тепла можно преобразовать в полезное высокотемпературное тепло с помощью теплового насоса. Среди различных типов тепловых насосов, которые были разработаны, механические тепловые насосы получили наибольшее распространение. Принцип его действия основан на сжатии и расширении рабочей жидкости, так называемого «хладагента». Тепловой насос состоит из четырех основных компонентов: испарителя, компрессора, конденсатора и расширительного устройства. Хладагент является рабочей жидкостью, которая проходит через все эти компоненты. В испарителе тепло извлекается из источника сбросного тепла. В конденсаторе это тепло доставляется потребителю при более высоком уровне температуры.

Для привода компрессора требуется электроэнергия, и эта энергия добавляется к теплу, имеющемуся в конденсаторе. Эффективность теплового насоса обозначается его COP (коэффициентом производительности), определяемым как отношение общего количества тепла, поставляемого тепловым насосом, к количеству электроэнергии, необходимой для его работы.

Подробнее

Термодинамический цикл

Принцип работы теплового насоса основан на том физическом свойстве, что температура кипения жидкости повышается с увеличением давления. Понижая давление, среда может испаряться при низких температурах, а повышение давления приведет к высокой температуре кипения. График слева показывает этот принцип. Черная линия показывает соотношение между давлением и температурой кипения, в данном случае аммиака. При низком давлении и температуре аммиак испаряется в испарителе. Энергия, необходимая для этого, обеспечивается потоком отработанного тепла. Компрессор увеличивает давление паров аммиака. Затем пар конденсируется при высоком давлении и температуре внутри конденсатора. При конденсации аммиака выделяется тепло: полезный источник энергии. Жидкий аммиак транспортируется к расширительному устройству, которое снижает давление. Аммиак с низкой температурой и низким давлением поступает в испаритель: это начальная точка еще одного цикла.

Подробнее

Хладагенты

На рисунке справа показан цикл теплового насоса для хладагента Аммиак. Для крупномасштабных промышленных применений аммиак является наиболее подходящим хладагентом для тепловых насосов, обеспечивающих температуру до 90 °C. Аммиак считается одним из самых эффективных хладагентов. Однако его использование сопряжено с определенными мерами безопасности. Поэтому аммиак в основном используется для крупных промышленных установок. Выбор хладагента для конкретного применения определяется температурным диапазоном его термодинамического цикла и размерами необходимой установки. Хладагенты можно разделить на две группы: природные хладагенты (бутан, аммиак, CO2) и синтетические хладагенты (R134A, R407C, R410A). В коммерческих целях синтетические хладагенты предпочтительнее натуральных. Недостатком синтетических хладагентов является их сильный вклад в парниковый эффект в случае утечки. Негативное воздействие синтетических хладагентов, например, в 1300-2100 раз выше по сравнению с СО2.

Подробнее

Системы тепловых насосов | Министерство энергетики

Энергосбережение

Изображение

Тепловые насосы представляют собой энергоэффективную альтернативу печам и кондиционерам для всех климатических условий. Как и ваш холодильник, тепловые насосы используют электричество для передачи тепла из прохладного помещения в теплое, делая прохладное помещение более прохладным, а теплое – теплее. Во время отопительного сезона тепловые насосы переносят тепло из прохладной улицы в ваш теплый дом. В сезон охлаждения тепловые насосы переносят тепло из вашего дома на улицу. Поскольку они передают тепло, а не производят тепло, тепловые насосы могут эффективно обеспечивать комфортную температуру для вашего дома.

Канальные воздушные тепловые насосы

Существует три основных типа тепловых насосов, соединенных воздуховодами: воздух-воздух, водяной и геотермальный. Они собирают тепло из воздуха, воды или земли за пределами вашего дома и концентрируют его для использования внутри.

Изображение

Наиболее распространенным типом теплового насоса является воздушный тепловой насос, который передает тепло между вашим домом и наружным воздухом. Современный тепловой насос может снизить потребление электроэнергии для отопления примерно на 50% по сравнению с электрическим нагревом сопротивления, таким как печи и плинтусные обогреватели. Кроме того, высокоэффективные тепловые насосы осушают воздух лучше, чем стандартные центральные кондиционеры, что приводит к меньшему потреблению энергии и более комфортному охлаждению в летние месяцы. Воздушные тепловые насосы использовались в течение многих лет почти во всех частях Соединенных Штатов, но до недавнего времени они не использовались в районах, где длительные периоды отрицательных температур. Однако в последние годы технология теплового насоса с воздушным источником продвинулась настолько, что теперь она предлагает законную альтернативу отоплению помещений в более холодных регионах.

Бесканальные воздушные тепловые насосы

Изображение

Для домов без воздуховодов воздушные тепловые насосы также доступны в версии без воздуховодов, называемой мини-сплит-тепловым насосом. Кроме того, специальный тип воздушного теплового насоса, называемый «чиллером с обратным циклом», генерирует горячую и холодную воду, а не воздух, что позволяет использовать его с системами лучистого обогрева пола в режиме обогрева.

Геотермальные тепловые насосы

Изображение

Геотермальные (наземные или водные) тепловые насосы обеспечивают более высокую эффективность за счет передачи тепла между вашим домом и землей или ближайшим источником воды. Несмотря на то, что установка геотермальных тепловых насосов стоит дороже, они имеют низкие эксплуатационные расходы, поскольку они используют преимущества относительно постоянной температуры грунта или воды. Геотермальные (или геотермальные) тепловые насосы имеют ряд существенных преимуществ. Они могут снизить потребление энергии на 30-60%, контролировать влажность, прочны и надежны и подходят для самых разных домов. Подойдет ли вам геотермальный тепловой насос, будет зависеть от размера вашего участка, грунта и ландшафта. Геотермальные или водяные тепловые насосы могут использоваться в более суровых климатических условиях, чем воздушные тепловые насосы, и клиенты очень довольны этими системами.

Абсорбционные тепловые насосы

Изображение

Относительно новым типом теплового насоса для жилых систем является абсорбционный тепловой насос (АТН), также называемый газовым тепловым насосом. Абсорбционные тепловые насосы используют тепло или тепловую энергию в качестве источника энергии и могут приводиться в действие с помощью самых разных источников тепла, таких как сжигание природного газа, пар, нагретая вода, воздух или вода, нагретая геотермальной энергией, и поэтому отличаются от компрессионных. тепловые насосы, приводимые в действие механической энергией. AHP более сложны и требуют более крупных агрегатов по сравнению с компрессионными тепловыми насосами. Меньшее потребление электроэнергии такими тепловыми насосами связано только с перекачкой жидкости.

Дополнительные функции, которые следует искать в тепловом насосе

Ряд инноваций повышает производительность тепловых насосов.

В отличие от стандартных компрессоров, которые могут работать только на полную мощность, двухскоростные компрессоры позволяют тепловым насосам работать с производительностью, близкой к мощности нагрева или охлаждения, необходимой при любой конкретной температуре наружного воздуха, экономя энергию за счет сокращения операций включения/выключения и износа компрессора. Двухскоростные тепловые насосы также хорошо работают с системами зонального контроля. В системах зонального контроля, часто встречающихся в больших домах, используются автоматические заслонки, позволяющие тепловому насосу поддерживать разные температуры в разных комнатах.

Некоторые модели тепловых насосов оснащены двигателями с переменной скоростью или двухскоростными двигателями на внутренних вентиляторах (воздуходувках), наружных вентиляторах или на обоих. Регулятор скорости вращения этих вентиляторов поддерживает комфортную скорость движения воздуха, сводя к минимуму холодные сквозняки и максимально экономя электроэнергию. Это также сводит к минимуму шум от вентилятора, работающего на полной скорости.

Некоторые высокоэффективные тепловые насосы оснащены пароохладителем , который восстанавливает отработанное тепло из режима охлаждения теплового насоса и использует его для нагрева воды. Тепловой насос с пароохладителем может нагревать воду в 2-3 раза эффективнее, чем обычный электрический водонагреватель.

Еще одним достижением в технологии тепловых насосов является спиральный компрессор , который состоит из двух спиралевидных спиралей. Один остается неподвижным, а другой вращается вокруг него, сжимая хладагент, нагнетая его во все более мелкие области. По сравнению с типичными поршневыми компрессорами спиральные компрессоры имеют более длительный срок службы и работают тише. По некоторым данным, тепловые насосы со спиральными компрессорами обеспечивают на 10–15 °F (5,6–8,3 °C) более теплый воздух в режиме обогрева по сравнению с существующими тепловыми насосами с поршневыми компрессорами.

Хотя в большинстве тепловых насосов в качестве резерва в холодную погоду используются электрические нагреватели сопротивления, тепловые насосы также могут быть оснащены газовой печью, иногда называемой двухтопливной или гибридной системой, в дополнение к тепловому насосу. Это помогает решить проблему менее эффективной работы теплового насоса при низких температурах и сократить потребление электроэнергии.