Тепловой насос – тепло из холода

/ Просмотров: 27108

Тепловой насос – тепло из холодаВ наших рассказах о различных современных технологиях, позволяющих рационально использовать энергию и получать ее из так называемых альтернативных источников, мы упустили такой важный инструмент как тепловой насос. Тепловые насосы становятся все более распространенными в развитых странах из-за растущих цен на энергоносители и высокой эффективности этих самых тепловых насосов. О реалиях применения тепловых насос у нас читайте статью о перспективах использования тепловых насосов на русском и украинском языках.

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой. В основе работы теплового насоса лежит физический принцип – так называемый «цикл Карно», который был разработан и описан еще в 19-м веке. Цикл Карно назван в честь французского физика Сади Карно, который впервые его исследовал в 1824 году. Но техническая возможность воплощения идеи в жизнь появилась только в 20-м веке.

Что такое геотермальный тепловой насос и как это работает (Видео)
Что такое геотермальный тепловой насос и как это работает (Видео)

“Сколько нужно снежков, чтобы натопить печь?” - так иронизировал двести лет тому назад знаменитый философ Д. Дидро. Его насмешливый вопрос, как оказалось не лишен смысла.

Теоретически источником тепла может быть любое вещество, температура которого выше абсолютного нуля: воздух, скалистая порода, земля, вода и даже снег. Вспомните, как работает самый обыкновенный домашний холодильник. Ведь теплота, отнимаемая от охлаждаемых продуктов, теплота конденсации и теплота замерзания влаги, т. е. теплота образования снега и его охлаждения, выделяется из холодильника и обогревает комнату. В этом легко убедиться, приложив руку к задней, иногда боковой, стенке холодильника: она всегда теплая.

Нагрев воды с помощью теплового насоса стоит втрое дешевле нагрева воды бойлером (+Видео)
Нагрев воды с помощью теплового насоса стоит втрое дешевле нагрева воды бойлером (+Видео)

Таким образом, холодильная машина может с успехом служить и для отопления. Вместо того, чтобы прямо расходовать электроэнергию на электрические тэны, обогревающие дом, может лучше ее использовать для осуществления термодинамического цикла и отапливать с ее помощью дом снегом? Докажем, что это вполне возможно.

Пусть температура снега на улице -3°С (предположим, что зима теплая, сущность вопроса это не изменит, а расчет упростит; можно снег заменить холодной водой из реки или хоть даже из Ледовитого океана - будет еще выгоднее). Температуру отопительных приборов в здании установим 27° С. Разность температур  равна 30° С. Абсолютная температура нагревателя 27 + 273 = 300 К. КПД тепловой машины, работающей между такими близкими температурными пределами, очень мал - всего только 0,1. (КПД=30/300=0,1). Это значит, что если мы захотим получать в такой машине работу, то из каждых 10 Дж тепла, полученных от нагревателя, в самом лучшем случае мы можем превратить в работу только 1 Дж.

Но если мы заставим ту же машину работать в обратном направлении, то, затратив работу, эквивалентную только 1 Дж, сможем передать нагревателю (печке) целых 10 Дж, из которых 9 Дж будут получены от холодильника (снега). Рассмотрим как же работает тепловой насос:

1. Теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному, например, в землю нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.

Как установить тепловой насос в загородном доме?
Как установить тепловой насос в загородном доме?

2. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом. Хладагент, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газ. Это происходит при низком давлении и низкой температуре.

3. Из испарителя газообразный хладагент попадает, в компрессор, где он сжимается, его температура повышается.

4. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник (конденсатор). В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.

5. При прохождении хладагента через редукционный клапан - давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.

 Как изготовить тепловой насос Френетта своими руками
Как изготовить тепловой насос Френетта своими руками

Тепловые насосы используются в холодное время года для отопления помещения, а в теплое время года их используют для охлаждения воздуха в доме. Принцип работы такого насоса при охлаждении помещения такой же, как и при отоплении. Только тепло в этом случае забирается из воздуха в помещении и отдается земле или водоему.

В данном случае принцип работы теплового насоса практически полностью совпадает с принципом работы холодильника.

В общем, тепловой насос - это просто другое название холодильника, который представляет собой машину Карно, работающую в обратном направлении. Холодильник перекачивает тепло из охлаждаемого объема в окружающий воздух. Если поместить холодильник на улице, то, извлекая тепло из наружного воздуха и передавая его вовнутрь дома, то можно таким нехитрым способом обогревать помещение.

Тепловой насос – тепло из холода

Отопление дома тепловыми насосами

 

Источник


Если вам понравился этот материал, то предлагаем вам подборку самых лучших материалов нашего сайта по мнению наших читателей. Подборку - ТОП об экологически безопасных технологиях, новой науке и научных открытиях вы можете найти там, где вам максимально удобно ВКонтакте или В Фейсбуке