Для того чтобы жидкость испарилась, необходимо подвести к ней энергию. Это легко наблюдать на примере воды. Когда кастрюля с водой нагревается до 100 градусов Цельсия (добавляется тепловая энергия), вода начинает испаряться. Если затем добавить еще тепловой энергии, температура воды не будет продолжать повышаться. Вместо этого вода полностью превращается в пар.
Как работает тепловой насос
Запросить бесплатную консультациюТемы с первого взгляда
Как работает тепловой насос?
Тепловой насос работает аналогично холодильнику - только в обратном направлении. В то время как холодильник извлекает тепловую энергию из продуктов, то есть из внутренней части холодильника, и направляет ее наружу, тепловой насос делает обратное: Он извлекает тепловую энергию из окружающей среды за пределами здания и использует ее для отопления внутри помещения. Помимо внутреннего или наружного воздуха, тепловой насос способен извлекать тепловую энергию из грунтовых вод и земли. А поскольку температура полученного тепла обычно недостаточна для отопления здания или горячего водоснабжения, для повышения температуры используются термодинамические процессы.
Процесс холодильного цикла - основа принципа работы теплового насоса
Независимо от того, какой источник тепла используется для выработки тепла, процесс холодильного цикла, состоящий из четырех этапов, всегда является частью режима работы теплового насоса.
Если газ, например, воздух, сжимается (давление увеличивается), температура также увеличивается. Это можно ощутить, если держать отверстие велосипедного воздушного насоса закрытым и сжимать воздух - цилиндр насоса становится теплым.
Поскольку энергия не может быть потеряна, при конденсации водяного пара тепловая энергия, ранее использованная для испарения, снова высвобождается.
Если давление жидкости, находящейся под давлением, внезапно снижается, температура значительно падает. Это можно наблюдать, например, на баллоне со сжиженным газом в походной газовой плите. Если открыть вентиль, на клапане баллона со сжиженным газом может образоваться лед, даже летом (здесь давление снижается примерно с 30 бар до 1 бар).
Непрерывное повторение процесса
Эти процессы происходят в замкнутом контуре внутри теплового насоса. Для переноса тепла используется жидкость (хладагент), которая испаряется при очень низких температурах. Для испарения этой жидкости используется тепловая энергия, например, от земли или наружного воздуха. Для получения энергии достаточно даже температуры минус 20 градусов Цельсия. Холодный пар хладагента, например, при температуре -20 градусов Цельсия, затем сильно сжимается. При этом он нагревается до температуры до 100 градусов Цельсия. Пары хладагента конденсируются и отдают тепло в систему отопления. Впоследствии давление жидкого хладагента значительно снижается. Это приводит к тому, что температура жидкости снова снижается до первоначального уровня. Процесс может начаться с самого начала.
Принцип работы теплового насоса на примере теплового насоса с воздушным источником тепла
Проще всего объяснить этот процесс на примере теплового насоса с источником воздуха: Тепловой насос с источником воздуха может состоять из одного или двух блоков. В любом случае, встроенный вентилятор активно втягивает окружающий воздух и направляет его в теплообменник. Через теплообменник проходит хладагент, который меняет свое физическое состояние при очень низких температурах. При контакте с окружающим воздухом хладагент нагревается и постепенно превращается в пар. Для увеличения полученного тепла до необходимой температуры используется компрессор. Это сжимает пар и повышает как давление, так и температуру паров хладагента.
Затем второй теплообменник (конденсатор) передает энергию нагретого пара в отопительный контур (теплый пол, радиаторы, нагревательный буфер и/или баллон ГВС). При этом хладагент, который все еще находится под давлением, охлаждается и снова сжижается. Прежде чем хладагент снова попадет в контур, он сначала расширяется в расширительном клапане. Как только он достигнет исходного состояния, холодильный цикл может начаться снова.
Простое объяснение: Тепловой насос
Для сжатия требуется электрический ток
Важнейшим компонентом холодильного контура является компрессор. Это связано с тем, что без сжатия температура на выходе слишком низкая, чтобы обогреть здание до комфортной температуры - тем более в очень холодные дни с двузначными минусовыми температурами.
На практике используется ряд компрессоров, в том числе поршневые или спиральные компрессоры, которые все имеют электрический привод. Потребление энергии на сжатие зависит от многих факторов. К ним относятся потребность в тепле, технология компрессора и, наконец, разница температур между источником тепла и системой отопления. Как правило: Чем выше разница температур между источником тепла и температурой потока, тем больше приходится работать компрессору.
Электроэнергия для тепловых насосов улучшает оценку жизненного цикла теплового насоса
Уже некоторое время поставщики электроэнергии предлагают специальные тарифы для тепловых насосов с улучшенными условиями для конечных потребителей. В этом случае владельцы систем получают двойную выгоду. Эти тарифы помогают снизить расходы на отопление до минимума. В то же время, электроэнергия обычно вырабатывается с использованием возобновляемых источников энергии. Энергия является "чистой", что еще больше улучшает и без того положительную оценку жизненного цикла теплового насоса.