Принцип дії теплового насоса

Принцип дії теплового насосу дуже нагадує принцип дії холодильника. Холодильник відбирає теплову енергію харчів, які в ньому лежать, тобто зі свого внутрішнього простору, і віддає її назовні – а тепловий насос робить навпаки: він забирає теплову енергію з-поза меж будинку, роблячи її доступною для нагріву внутрішнього простору. Крім повітря (внутрішнього й зовнішнього), тепловий насос може відбирати енергію з ґрунтових вод або з землі. Але оскільки тепло, отримане таким чином, має занадто низьку температуру для нагріву приміщення чи гарячої води, на допомогу приходить термодинамічний процес.

Детальніше про контур охолодження

Незалежно від того, яке джерело тепла ми використовуємо, процес у холодильному контурі, що складається з чотирьох етапів, визначає принцип дії теплового насосу.

1. Випаровування

Щоб перевести рідину в газоподібний стан, обов'язково потрібна енергія. Це можна спостерігати на прикладі води. Якщо нагріти воду до 100 градусів Цельсія (підводячи теплову енергію), вона почне випаровуватись. Якщо надалі підводити до води теплову енергію, її температура більше не підвищується. Замість цього вона повністю перетворюється в пару.

2. Стиснення газу

Якщо газ, наприклад, повітря, стискається (збільшується тиск), температура також збільшується. Таке явище можна спостерігати з повітряним насосом для велосипеду, стисткаючи повітря циліндр насосу починає грітися.

3. Конденсація 

Оскільки енергія не може зникнути,то теплова енергія, яка раніше використовувалася для випарювання, звільняється при конденсації водяної пари.

4. Розширення

При зменшенні тиску зменшується температура. Вплив зниження тиску можна побачити на газовому балоні. Якщо клапан газового балону відкритий, можливе утворення льоду на клапані навіть влітку.(Тиск знижується приблизно від 30 бар до 1 бар.)
 

Циклічність процесу

Всі вище описані процеси відбуваються всередині теплового насосу в замкнутому контурі. Для транспортування тепла від джерела використовується рідина (хладагент), яка випаровується навіть при дуже низьких температурах. Для випаровування холодоагенту використовується теплота ґрунту або повітря. Для випаровування достатньо температури мінус 20 градусів за Цельсієм. Пар холодного холодоагенту, наприклад, -20 градусів за Цельсієм, потім стискається у компресорі. У компресорі пар холодоагенту підвищує свою температуру до 100 градусів за Цельсієм. Пари хладоагенту далі конденсуються і передають тепло до системи опалення. При цьому тиск та температура хладогенту знижуються. Процес починається знову

Процес на прикладі теплового насосу повітря-вода

Найпростіший спосіб пояснення принципу дії осований на тепловому насосі повітря вода: тепловий насос повітря-вода може складатися з одного або двох блоків. В обох випадках вбудований вентилятор, який всмоктує повітря та направляє його в теплообмінник. Хладоагент проходить через теплообмінник, де змінює свій агрегатний стан, навіть при низьких температурах. При контакті з навколишнім повітрям холодоагент нагрівається і поступово стає пароподібним. Для отримання необхідних параметрів використовують компресор. Компресор стискає пар, як наслідок збільшується температура холодоагенту.

В іншому теплообміннику (конденсаторі) теплота передається до контуру опалення (підігрів підлоги, радіатор або нагрівальний буфер або резервуар для гарячої води). Холодоагет переходить з пароподібного стану в рідкий. Перед тим як цикл повториться холодоагент розширюється в дроселі. Як тільки холодоагент досягає свого початкового стану цикл повторюється.

Покращення екологічного балансу

Останні роки постачальники електроенергії пропонують спеціальні тарифи для власників теплових насосів. У цьому випадку власники користуються подвійною перевагою, отримують низький тариф на електроенергію та дешеву теплоту.Електроенергія, що виробляється з віновлювальних джерел разом із роботою теплового насосу покращує екологічний баланс.