Применение теплового насоса для отопления дома

Устройства контроля и сигнализации

Поэтому часто нужны вспомогательные устройства для осуществления контроля, сигнализации и выполнения специальных управляющих функций : например, нужные приборы для контроля уровня масла в компрессоре, уровня заполнения установки водой, предупредительной сигнализации о повреждении, автоматического включения установки потом перерыва в электропоставке, регулирование с коррекцией в зависимости от действия окружающей среды.
Контрольно-измерительные приборы нужны также через необходимость контролирования и обеспечения безопасности установки :

• определение и запись эксплуатационных параметров, например температуры;
• сигнализация об условиях эксплуатации, например о включении насоса и компрессора, положения клапанов;
• контроль параметров установки и режима работы, а также сигнализация о превышении предельных значений и повреждений;
• контроль режима эксплуатации в аварийной ситуации и проведения операций для предотвращения аварий и повреждений, например: защита от высокого давления, предотвращение замерзания, контроль пускового тока с отключением компрессора и насоса при повышении допустимого пускового тока, защита от перегрузки двигателя.

Схемы циркуляции теплоносителей

При работе теплового насоса (ТН) используется три замкнутых контура, по которым циркулируют различные жидкости/газы — теплоносители. Каждый из них выполняет свои функции.

Контур съема потенциала энергии источника

При заборе тепла воздуха используется искусственный обдув корпуса испарителя воздушными потоками от вентиляторов.

Замкнутый цикл жидкого теплоносителя для передачи тепла водной среды или земли осуществляется по трубопроводам, которые соединяют змеевик испарителя с коллектором, утопленным на дно водоема либо заглубленным в землю на расстояние, превышающее промерзание грунта в сильные холода.

В качестве теплоносителя применяются незамерзающие жидкости на основе разбавленных водных растворов спирта. Их принято называть «антифризы» или «рассолы». Они под влиянием более высокой температуры (≥+3ºС) поднимаются к испарителю, передают ему тепло, а после охлаждения (≈-3ºС) самотеком направляются назад к источнику энергии, обеспечивая непрерывную циркуляцию.

Внутренний контур

По нему циркулирует хладагент на основе фреона, «поднимая» тепло на более высокий уровень. Под действием температуры он последовательно переходит в газообразное и жидкостное состояние.

В состав внутреннего контура входят:

• испаритель, забирающий энергию от рассолов и передающий ее фреону, который при этом закипает и становится разреженным газом;
• компрессор, сжимающий газ до высокого давления. При этом резко увеличивается температура фреона;
• конденсатор, в котором горячий газ передает свою энергию теплоносителю выходного контура, а сам остывает, переходя в жидкое состояние;
• дроссель (расширительный клапан), редуцирующий фреон за счет перепада давления до состояния насыщенного пара для поступления в испаритель. При прохождении хладагента через узкое отверстие давление теплоносителя падает до начального значения.

Выходной контур

Здесь циркулирует вода. Она обогревается в змеевике конденсатора для использования в обычной жидкостной системе отопления. При этом способе ее температура достигает порядка 35ºС, что обусловливает ее применение в системе «Теплый пол» с длинными магистралями, позволяющими равномерно передавать генерируемую энергию всему объему помещения.

Использование только радиаторов отопления, создающих меньшие объемы теплообмена с пространством комнат, не так эффективно.

Работа теплового насоса

Режим работы теплового насоса — одинаковая потребность в холоде и теплоте. Обе стороны теплового насоса (конденсатор и испаритель) работают без излишка. Теплота, которая была забрана у охладительной воды в испарителе, привстает к горячей воде в конденсаторе в соответствии из компрессора. Кроме приводной энергии, в схеме теплонасосной установки не происходит теплообмена с окружающей средой и, соответственно, теплота не попадает от источников и не отдается теплообменниками.
Тепловой насос используеться полностью, конденсатор и испаритель включены только в соответствующий контур полезной циркуляции. Горячая и холодная вода регулируется в соответствии с заданными параметрами.
Для данной системы автоматического регулирования характерные следующие особенности:
— регулируемыми параметрами является температура горячей и холодной воды;
— регулирующие влияния в циркуляционном контуре горячей воды заключаются в изменении компрессора и затраты горячей воды через конденсатор; оба регулирующих влияния выполняются последовательно;
— так как изменение компрессора служит регулирующим действием в обоих циркуляционных контурах, необходимо применять оптимизирующую систему регулирования, переключающая цепь управления компрессором на другой контур.
В другом контуре регулирующим влиянием является изменение затраты потока, которая осуществляется соответствующим его дросселированием.

Отопление частного дома тепловым насосом: в чем выгода?

Во-первых, такие насосы очень экономичны и эффективны. Вы «вкладываете» 0,2-0,3 КВт электроэнергии, расходуемой на питание компрессора, и получаете 1 КВт тепловой энергии. То есть, без учета энергии воздуха, воды или грунта, КПД теплового насоса равен фантастическим 300-500 процентам.

Простота и экономичность!

Во-вторых, такие насосы эксплуатируют, по сути, бесплатный и вечный источник энергии – сам воздух, воду или грунт. Причем этот «источник» распространен повсеместно. То есть, отопление загородного дома тепловым насосом можно реализовать где угодно – хоть на экваторе, хоть за полярным кругом. Правда, чтобы подобраться к такому «источнику» нужно задействовать энергоемкий компрессор. Но за счет нереально высокого КПД все расходы энергии окупаются в пятикратном размере!

В-третьих, тепловой насос всегда индивидуален. То есть вы не платите за избыток энергии. Ваше оборудование будет настроено  под конкретные пожелания и условия эксплуатации.

Кроме того, насос не только греет. В теплое время года он может работать и как кондиционер, охлаждая жилище с той же эффективностью.

Виды тепловых насосов

В зависимости от того, какую среду использует устройство для производства энергии и каким способом происходит ее передача, различают пять видов тепловых помп:

• воздух-вода;
• воздух – воздух;
• вода – вода.
• вода – воздух;
• грунт – вода;

Три последних вида тепловых насосов называют геотермальными, так как они используют энергию тепла подземных вод или грунта. Такие устройства осуществляют теплообмен, функционируя с открытым или закрытым циклом работы.

Схема геотермального теплового насоса типа вода-вода с открытым циклом

Геотермальные насосы с открытым циклом

Принцип работы таких агрегатов заключается в перекачивании грунтовых вод в тепловой насос, установленный внутри здания. При этом вода отдаёт тепловую энергию и возвращается обратно в подземный резервуар на некотором расстоянии от места забора.

Огромное преимущество данного метода заключается в одновременном водоснабжении дома за счет использования воды из скважины. Другим плюсом является высокая эффективность работы такого насоса, связанная со стабильно высокой температурой воды в любое время года. Несомненным достоинством является и экологичность насосов с открытым циклом, так как всю установку можно рассматривать как систему сообщающихся сосудов, которые не оказывают влияния на уровень грунтовых вод в горизонте. Правильно установленные скважины абсолютно не нарушают природный баланс, обеспечивая стабильные поставки тепла для отопления дома в холодное время года и отвод излишков теплоты летом. Конструктивно агрегаты с открытым циклом встроены в систему водяного отопления и представляют собой классический пример тепловых насосов с водой в качестве теплоносителя.

Тепловые насосы закрытого цикла с теплообменником

Геотермальные агрегаты такого вида функционируют за счет прокачивания теплоносителя по коллекторному трубопроводу, размещенному в открытом водоёме или грунте. При этом теплоноситель прогревается за счёт теплоты воды или недр земли, возвращается к конденсатору насоса и отдает тепловую энергию для обогрева здания.

Закрытый первичный контур геотермального теплового насоса

При установке коллектора в озере необходимо, чтобы его расстояние от дома было не более чем 100 метров, а глубина и береговая линия соответствовали требованиям к монтажу. Достоинством такой системы, как и других подобных систем, использующих водоёмы, является относительно низкая цена.

Для установки теплообменника в грунт используют горизонтальный  или вертикальный коллектор – зонд. Такой трубопровод представляет собой систему труб, горизонтально и (или) вертикально установленных в грунте. Длина вертикального зонда может варьироваться от 50 до 200 метров в глубину земли. Это самый эффективный тепловой агрегат, позволяющий получать на каждый затраченный 1кВт электроэнергии до 5кВт теплоты. Минусом такой установки является её стоимость – самая высокая среди всех систем такого типа. Несмотря на высокие капиталовложения, тепловые насосы закрытого цикла типа грунт-вода и вода-вода получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Германии.

Монтаж грунтового теплообменника геотермального теплового агрегата

Тепловые насосы воздух-воздух и воздух-вода

Агрегаты этого типа используют тепло атмосферы. Даже при отрицательных температурах наружный воздух имеет некоторое количество тепла. Эту энергию и отбирает тепловой насос у воздушной среды. По принципу отбора тепла у атмосферного воздуха функционируют современные инверторные кондиционеры, имеющие клапан обратимости, который позволяет им работать как на обогрев, так и на охлаждение. Главным недостатком устройств такого типа можно считать работу в крайне нестабильной воздушной среде. Продуктивность этих тепловых помп очень сильно зависит от температуры «за бортом». В самых благоприятствующих условиях агрегаты такого типа могут привлечь до 4кВт тепловой энергии на каждый 1Квт электрической. Выбирая такой прибор для отопления своего дома, следует помнить о том, что ниже нуля градусов эффективность их работы резко уменьшается, а при дальнейшем снижении температуры обмерзает наружный теплообменник агрегата, в связи с чем его работа в режиме теплового насоса не представляется возможной и прибор переходит в режим простого электрообогревателя.

Тепловой агрегат типа воздух-вода

Тепловые насосы, использующие в качестве теплоносителя воздух, успешно используются в странах с умеренно-континентальными погодными условиями. В случае использования таких устройств в районах с континентальным и резко-континентальным климатом, требуется установка дополнительных отопительных систем для работы в наиболее холодное время года.

Как работает тепловой насос?

Самый простой пример, доступно поясняющий принцип действия тепловых насосов, – бытовой холодильник. Все мы знаем, что в его морозильной камере происходит охлаждение продуктов за счет циркуляции хладагента. Забирая внутреннее тепло, холодильник выбрасывает его наружу. Поэтому в морозильном отделении царит холод, а задняя решетка у аппарата всегда горячая.

Принцип работы теплового насоса зеркально противоположный. Забирая тепло из окружающей среды, он переносит его в дом. Образно говоря, «морозильная камера» у этого устройства находится на улице, а горячая решетка – в доме.

В зависимости от вида источника внешнего тепла и среды, собирающей энергию, тепловые насосы делятся на четыре типа:

1. Грунт-вода.
2. Вода-вода.
3. Воздух-вода.
4. Воздух-воздух.

Установки первого типа добывают тепло из земли с помощью трубчатых коллекторов или зондов. Во внешнем контуре такого насоса циркулирует незамерзающая жидкость, переносящая тепло в испарительный бак. Здесь происходит передача тепловой энергии фреону, который движется в замкнутом контуре между компрессором и дроссельным клапаном. Нагретый хладагент поступает в бак-конденсатор, где отдает полученное тепло воде, направляемой в систему отопления. Цикл теплообмена повторяется до тех пор, пока установка подключена к электросети.

Схема работы теплового насоса

Принцип работы водяного теплонасоса ничем не отличается от грунтового. Разница заключается лишь в том, что энергию ему дает вода, а не грунт.

Воздушный тепловой насос не нуждается в крупногабаритном внешнем коллекторе для сбора тепла. Он просто прокачивает через себя уличный воздух, извлекая из него драгоценные калории. Вторичный теплообмен в этом случае происходит через воду (теплые полы) или через воздух (воздушная система обогрева).

Оценивая экономическую сторону вопроса, следует отметить, что наибольших финансовых вложений требует установка «грунт-вода». Для монтажа ее теплоприемных зондов приходится бурить глубокие скважины или же вынимать грунт на большой площади для укладки коллектрора.

Грунтовый тепловой насос не может работать без внешней системы труб или глубоких скважин с теплоприемными зондами

На втором месте стоит водяной тепловой насос, сдаваемый заказчику под ключ. Для его работы не требуется копка земли и бурение скважин. Достаточно погрузить в водоем достаточное количество гибких труб, по которым будет циркулировать теплоноситель.

Дешевле всего обходятся агрегаты «воздух-воздух» и «воздух-вода», поскольку они не нуждаются в установке внешних приемников тепловой энергии.

Особенностью монтажа большинства теплонасосных систем является их подключение не к радиаторам отопления, а к теплому полу. Это объясняется тем, что максимальный нагрев воды у них производится до температуры +45С, оптимальной для теплого пола, но недостаточной для нормальной работы радиатора.

Выгодной для владельца особенностью работы данной установки является возможность реверсного режима — перевод в жаркий период года на охлаждение помещений. В этом случае избыточное тепло поглощается трубопроводом теплого пола и отводится насосом в грунт, воду или воздух.

Упрощенная структурная схема грунтовой теплонасосной установки выглядит так:

Кроме теплового насоса, грунтового контура и теплого пола здесь мы видим два циркуляционных насоса, запорные вентили горячей воды и отопления, а также бак, аккумулирующий горячую воду для бытового использования.

Принцип работы циркуляционного насоса

Чтобы понимать, как работает циркуляционный насос, не нужно быть большим специалистом. Его задача преодолеть трение внутри системы отопления и организовать безостановочное движение теплоносителя. Мотор с помощью ротора толкает жидкость по трубам. Если не работает циркуляционный насос, теплоноситель по инерции некоторое время еще будет двигаться по системе, а потом полностью остановится. В промышленных масштабах выпускаются насосы с двумя видами ротора, так называемом, сухим или мокрым. Первый вид ротора применяется для отопления промышленных помещений большой площадью, где уровень шума работающего насоса не имеет принципиального значения. Высокий уровень производительности прибора компенсирует необходимость постоянной смазки движущихся частей насоса. Насос с мокрым видом ротора применяют для отопления жилых помещений. Теплоноситель, в который погружен ротор, одновременно смазывает и охлаждает двигатель. Отсутствие вентилятора и наличие защитного кожуха делает работу агрегата настолько тихой, что практически не слышно как работает циркуляционный насос.

Принцип работы циркуляционного насоса с мокрым ротором таков, что агрегат может работать в помещении с низкой загрязненностью воздуха и перекачивать очищенную воду или водокликолевую смесь. Масло в качестве теплоносителя в системе отопления с циркуляционным насосом не применяется.

Несмотря на кажущийся простым принцип работы циркуляционного насоса, подобрать нужный прибор можно только с помощью специально подготовленного сотрудника, который сможет правильно рассчитать параметры необходимого агрегата и подключить его к отопительной системе. Насос с излишней мощностью создаст неприятные шумы в системе отопления, вызванные повышенной скоростью движения теплоносителя и использует большее количество энергии.

Вопрос о необходимости запаса мощности насоса и сейчас остается спорным среди специалистов. Одни считают, что на полную мощность насос работает всего несколько дней в году, а остальное время потребляет дополнительную энергию, что абсолютно не рационально. Другие утверждают, что работая на пределе возможностей, агрегат достаточно быстро износится и выйдет из строя.

Для коррекции работы насоса, выпускают приборы с регулировкой мощности. Насос можно настраивать в ручном или автоматическом режиме. Ручная регулировка имеет три режима скорости движения ротора, каждый из которых влияет на скорость движения теплоносителя. В более теплую погоду можно экономить электроэнергию, настроив насос на самую низкую мощность.

Более дорогие современный насосы с автоматической регулировкой мощности могут быть успешно использованы в системе теплый пол или отопительной системе с регуляторами температуры нагрева на радиаторах. Автоматика способна уловить малейшие изменения в системе и откорректировать соответствующие настройки насоса.

Как установить циркуляционный насос для отопления

Для владельцев дачных домов с локальной системой отопления, особенно остро встаёт вопрос равномерного распределения тепла между всеми комнатами. Для этого используются системы естественного циркулирования теплоносителя и.

Циркуляционный насос греется

В системах отопления для равномерной циркуляции теплоносителя используют циркуляционные насосы. Насосы осуществляют перекачку рабочей жидкости от котла к отопительным приборам, а при остывании жидкости – обратно к котлу. Все.

Конструкция теплового насоса

В состав комплекса теплового насоса отопления входят следующие основные устройства и элементы:

1. Наружная сеть сбора тепла;
2. Испарительный теплообменный аппарат;
3. Компрессорная установка;
4. Теплообменник конденсатор;
5. Дроссельный клапан;
6. Внутренний комплекс передачи тепла.

Наружная сеть погружена в источник теплоты и заполнена незамерзающим теплоносителем. В его качестве чаще всего используется раствор поваренной соли. Теплоноситель циркулирует по обширной сети контура, приобретает тепло, перемещает его в испаритель. В испарителе он разогревает хладагент на 5 – 8 градусов Цельсия. Хладагент в силу своих физических свойств (низкая величина температуры кипения) испаряется и покидает теплообменный аппарат.

Далее газообразный хладагент сжимается компрессорной установкой, температура его повышается пропорционально давлению. Затем газ поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется теплоносителем внутренней системы отопления и ГВС. При этом выделяется большое количество теплоты конденсации, теплоноситель нагревается и поступает в радиаторы отопления, бойлер горячего водоснабжения.

Сконденсировавшийся хладагент стекает в нижнюю часть теплообменника конденсатора, проходит дроссельную заслонку. В процессе дросселирования хладагент сильно расширяется, снижается его температура и избыточное давление.

В итоге цикл замыкается в испарительном аппарате – хладагент вновь нагревается и транспортирует тепло в конденсатор.

Принцип работы устройства теплового насоса

В своей работе комплекс реализует отбор и передачу тепла от следующих сторонних источников теплоты малого теплосодержания и потенциала:

1. Слои почвы;
2. Водоемы;
3. Потоки, пласты грунтовых вод;
4. Окружающий воздух.

Перечисленные источники приобретают теплоту от излучения Солнца и раскаленного внутреннего ядра планеты. Солнечное тепло частично отражается и рассеивается, но до 45 % лучистой энергии поглощается поверхностью Земли. При низких температурах воздуха в зимний период года поверхностный слой теряет свое тепло, но расположенные немного глубже пласты грунта и воды сохраняют приобретенное тепло.

Для климатических зон России глубина точки промерзания (потери теплоты) имеет следующие средние значения:

1. Южные регионы: 0,6 – 1,0 м;
2. Средняя полоса: 1,0 – 1,8 м;
3. Северные регионы и Заполярье – от 1,8 до 2,5 метров.

Наружная сеть теплового насоса собирает тепло от источников, передает его в устройство теплового насоса, где за счет использования физических процессов увеличивает его потенциал. Полученный с помощью процессов испарения, конденсации, сжатия хладагента объем теплоты передается на нужды отопления и горячего водоснабжения.

На реализацию процесса затрачивается некоторое количество электрической энергии. Она необходима для циркуляции теплоносителя, работы компрессора, вентилятора.

В летнее время тепловой насос, реализуя свой принцип работы, может забирать тепло из помещений и отдавать его в окружающую среду.

Разновидности циркуляционных насосов

Насос с «мокрым» ротором выполняется в корпусе из нержавеющей стали, чугуна, бронзы или алюминия. Внутри находится керамический или стальной двигатель

Чтобы понять, как работает это прибор, необходимо знать отличия между двумя видами циркуляционного насосного оборудования. Хоть принципиально схема системы отопления на базе теплового насоса не меняется, два вида таких агрегатов отличаются особенностями работы:

1. Насос с «мокрым» ротором выполняется в корпусе из нержавеющей стали, чугуна, бронзы или алюминия. Внутри находится керамический или стальной двигатель. Крыльчатка из технополимера крепится на валу ротора. При вращении лопастей крыльчатки приводится в движение вода в системе. Эта вода одновременно выполняет функции охладителя двигателя и смазки для рабочих элементов прибора. Поскольку схема «мокрого» прибора не предусматривает использования вентилятора, работа агрегата проходит практически бесшумно. Такое оборудование работает только в горизонтальном положении, иначе прибор просто перегреется и выйдет из строя. Главные преимущества мокрого насоса в том, что он не нуждается в техническом обслуживании, а также обладает отличной ремонтопригодностью. Однако КПД прибора всего 45 %, что является небольшим недостатком. Но для бытового использования этот агрегат подходит как нельзя лучше.
2. Насос с «сухим» ротором отличается от своего собрата тем, что его двигатель не соприкасается с жидкостью. В связи с этим агрегат обладает меньшей долговечностью. Если прибор будет работать «на сухую», то риск перегрева и выхода из строя невысокий, однако появляется угроза нарушения герметичности из-за истирания уплотнителя. Поскольку КПД сухого циркуляционного насоса составляет 70 %, его целесообразно применять для решения коммунальных и производственных задач. Для охлаждения двигателя схема прибора предусматривает использование вентилятора, который и вызывает повышение уровня шума во время работы, что является недостатком этой разновидности насосов. Поскольку в данном агрегате вода не выполняет функции смазки для рабочих элементов, в ходе работы агрегата периодически необходимо проводить техосмотр и выполнять смазку деталей.

В свою очередь «сухие» циркуляционные агрегаты по типу установки и соединения с двигателем делятся на несколько видов:

• Консольные. В этих приборах у двигателя и корпуса есть своё место. Они разделены и прочно зафиксированы на нём. Приводной и рабочий вал такого насоса объединяет муфта. Для установки такой разновидности прибора потребуется соорудить фундамент, а обслуживание этого агрегата довольно затратное.
• Моноблочные насосы могут эксплуатироваться на протяжении трёх лет. Корпус и двигатель располагаются отдельно, но объединяются моноблоком. Колесо в таком приборе устанавливается на валу ротора.
• Вертикальные. Срок использования этих приборов доходит до пяти лет. Это герметичные усовершенствованные агрегаты с уплотнителем с торцевой стороны, изготовленным из двух отполированных колец. Для изготовления уплотнителей используется графит, керамика, нержавеющая сталь, алюминий. Когда прибор работает, эти кольца вращаются относительно друг друга.

Также в продаже есть более мощные приборы, имеющие два ротора. Такая сдвоенная схема позволяет повысить производительность прибора при максимальной нагрузке. В случае выхода одного из роторов, второй может взять на себя его функции. Это позволяет не только усилить действие агрегата, но и экономить электроэнергию, ведь при снижении потребностей в тепле, работает только один ротор.

Принцип работы теплового насоса

Теперь попытаемся подробно описать каждый этап работы теплового насоса. Как уже говорилось ранее — в основе работы тепловых насосов лежит термодинамический цикл. Это значит, что работа теплового насоса состоит из нескольких этапов цикла, которые повторяются снова и снова в определенной последовательности.

Рабочий цикл теплового насоса можно разделить на четыре следующие этапы:

1. Поглощение тепла из окружающей среды (кипение хладагента).

В испаритель (теплообменник) поступает хладагент, который находиться в жидком состоянии и имеет низкое давление. Как мы уже знаем при низкой температуре хладагент способен закипать и испаряться. Процесс испарения необходим для того, чтобы вещество поглотило тепло.

Согласно второму закону термодинамики тепло передается от тела с высокой температурой к телу с более низкой температурой. Именно на этом этапе работы теплового насоса хладагент с низкой температурой проходя по теплообменнику отбирает тепло от теплоносителя (рассола), который ранее поднялся из скважин, где отобрал низкопотенциальное тепло грунта (в случаи с грунтовыми тепловым насосами Грунт-Вода).

Дело в том, что температура грунта под землей в любое время года составляет +7-8°С. При использовании геотермального теплового насоса типа Грунт-Вода устанавливаются вертикальные зонды, по которым циркулирует рассол (теплоноситель). Задача теплоносителя — нагреться до максимально возмножной температуры во время циркуляции по глубинным зондам.

Когда теплоноситель отобрал тепло из грунта, он поступает в теплообменник теплового насоса (испаритель) где «встречается» с хладагентом, который имеет более низкую температуру. И согласно второму закону термодинамики происходит теплообмен: тепло от более нагретого рассола передается менее нагретому хладагенту.

Здесь очень важный момент: поглощение тепла возможно во время испарения вещества и наоборот, отдача теплоты происходит при конденсации. Во время нагрева хладагента от теплоносителя он меняет свое фазовое состояние: хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное (происходит процесс закипания хладагента, он испаряется).

Пройдя через испаритель хладагент находиться в газообразной фазе. Это уже не жидкость, но газ, который отобрал тепло у теплоносителя (рассола).

2. Сжатие хладагента компрессором.

На следующем этапе хладагент в газообразном состоянии попадает в компрессор. Здесь компрессор сжимает фреон, который за счет резкого увеличения давления нагревается до определенной температуры.

Аналогичным образом работает и компрессор обычного бытового холодильника. Единственное существенное отличие компрессора холодильника от компрессора теплового насоса — значительно меньшая производительность.

3. Передача тепла в систему отопления (конденсация).

После сжатия в компрессоре хладагент, который имеет высокую температуру поступает в конденсатор. В данном случае конденсатор — это тоже теплообменник, в котором во время конденсации происходит отдача теплоты от хладагента к рабочей среде отопительного контура (например воде в системе теплых полов, или радиаторов отопления).

В конденсаторе хладагент из газовой фазы снова переходит в жидкую. Этот процесс сопровождается выделением тепла, которое используется для системы отопления в доме и горячего водоснабжения (ГВС).

4. Понижение давления хладагента (расширение).

Теперь жидкий хладагент нужно подготовить к повторению рабочего цикла. Для этого хладагент проходит через узкое отверстие термо-регулирующего вентиля (расширительного клапана). После «продавливания» через узкое отверстие дросселя хладагент расширяется, вследствие чего падает его температура и давление.

Этот процесс сравним с распылением аэрозоля из балончика. После распыления балончик на короткое время становиться холоднее. То есть произошло резкое падение давления аэрозоля вследствие продавливания наружу, температура соответственно тоже падает.

Теперь хладагент снова находиться под таким давлением, при котором он способен закипеть и испаряться, что необходимо нам для поглощения тепла от теплоносителя.

Задача ТРВ (термо-регулирующий вентиль) — снизить давление фреона путем расширения его на выходе из узкого отверстия. Теперь фреон снова готов закипать и поглощать тепло.

Цикл снова повторяется до тех пор, пока система отопления и ГВС не получит от теплового насоса необходимый объем тепла.

Виды тепловых насосов

Тепловые насосы разделяются на несколько видов. Первый вид (тип) в классификации по способу передачи тепловой энергии:

Компрессионный. Основными установочными элементами являются – компрессора, конденсаторы, расширители и испарители. Данный вид насосов очень качественный и эффективный, что обуславливает то, что он пользуется большой популярностью на рынке.

Абсорбционный. Новейшее поколение теплонасосов. Они используют в своей работе абсорбент-хладон. Благодаря этому, качество работы повышается в несколько раз.

Можно выделить виды тепловых насосов по источникам тепла, а именно:

• Энергия тепла созидается грунтом (на фото);
• Водой;
• Потоками воздуха
• Повторное тепло. Добывают из стоков воды, грязного воздуха или канализационных стоков.

По типам входных—выходных контуров:

• air-to-air. Насос берёт холодный воздух, опускает его температуру, получает требуемое тепло, которое передает туда, где требуется отопление.
• water-to-water. Насос берёт тепло грунтовой воды, которое  отдает воде для обогрева помещения.
• water-to-air. Из воды в воздух. Характерно использование зондов и скважины для воды, а отопление происходит через систему воздушного отопления.
• air-to-water. Из воздуха в воду. Насосы этого типа используют тепло из атмосферы для отопления водой.
• soil-water. В этом виде, тепло берут из труб с водой, уложенных в землю. Забирается тепло с земли (грунта).
• ice-water. Интересный вид тепловых насосов. Чтобы нагреть воду для отопления помещения используется прием получения льда, при котором освобождается колоссальная тепловая энергия. Если заморозить до 200 литров воды, то можно получить энергию, способную обогреть средних размеров в течение минут 40-60.

Проще говоря…

Чтобы охладить бутылку минеральной воды, Вы ее ставите в холодильник. Холодильник должен «забрать» у бутылки часть тепловой энергии и, согласно закону сохранения энергии, ее куда-то переместить, отдать. Холодильник переносит теплоту на радиатор, обычно расположенный на задней его стенке. При этом радиатор нагревается, отдавая свое тепло в помещение. Фактически он отапливает помещение. Это особенно заметно в маленьких минимаркетах летом, при нескольких включенных холодильниках в помещении.

Предлагаем пофантазировать. Предположим, что мы будем постоянно подкладывать теплые предметы в холодильник, а он будет, охлаждая их, нагревать воздух в помещении. Пойдем на «крайности»… Расположим холодильник в оконном проеме открытой дверкой «морозилки» наружу. Радиатор холодильника будет находиться в помещении. В процессе работы холодильник будет охлаждать воздух на улице, перенося в помещение «забранную» теплоту. Так и работает тепловой насос, забирая рассредоточенное тепло у окружающей среды и перенося его в помещение.

Тепловой насос. Внешний воздушно-водяной контур