Для того, щоб рідина могла випаровуватися, потрібно підвести до неї енергію. Це легко спостерігати на прикладі води. Коли каструлю з водою нагрівають до 100 градусів за Цельсієм (додають теплову енергію), вода починає випаровуватися. Якщо потім додати теплову енергію, температура води не продовжує зростати. Натомість вода повністю перетворюється на пару.
Як працює тепловий насос
Теми з першого погляду
Як працює тепловий насос?
Тепловий насос працює подібно до холодильника - тільки навпаки. У той час як холодильник витягує теплову енергію з продуктів, тобто зсередини холодильника, і направляє її назовні, тепловий насос робить навпаки: Він витягує теплову енергію з навколишнього середовища за межами будівлі і використовує її для опалення в приміщенні. Крім внутрішнього або зовнішнього повітря, тепловий насос може використовувати теплову енергію ґрунтових вод і землі. Оскільки температура отриманого тепла зазвичай недостатня для обігріву будівлі або гарячого водопостачання, для підвищення температури використовуються термодинамічні процеси.
Холодильний цикл - основа принципу роботи теплового насоса
Незалежно від того, яке джерело тепла використовується для виробництва тепла, процес холодильного циклу, що складається з чотирьох етапів, завжди є частиною режиму роботи теплового насоса.
Якщо газ, наприклад, повітря, стискається (підвищується тиск), температура також зростає. Це можна відчути, якщо закрити отвір велосипедного повітряного насоса і стиснути повітря - циліндр насоса нагрівається.
Оскільки енергія не може бути втрачена, коли водяна пара конденсується, теплова енергія, раніше використана для випаровування, вивільняється знову.
Якщо тиск рідини під тиском раптово знижується, температура значно падає. Це можна спостерігати, наприклад, на балоні зі зрідженим газом у похідній газовій плиті. Якщо відкрити вентиль, на вентилі балону для зрідженого газу може утворитися лід навіть влітку (тут тиск знижується приблизно з 30 бар до 1 бар).
Безперервне повторення процесу
Ці процеси відбуваються в замкнутому циклі всередині теплового насоса. Для транспортування тепла використовується рідина (холодоагент), яка випаровується при дуже низьких температурах. Для випаровування цієї рідини використовується теплова енергія, наприклад, від землі або зовнішнього повітря. Навіть температури мінус 20 градусів за Цельсієм достатньо для отримання енергії. Холодна пара холодоагенту, наприклад, -20 градусів за Цельсієм, потім сильно стискається. У процесі цього він нагрівається до температури до 100 градусів за Цельсієм. Ця пара холодоагенту конденсується і віддає тепло в систему опалення. Згодом тиск рідкого холодоагенту значно знижується. Це призводить до того, що температура рідини падає до початкового рівня. Процес може розпочатися з самого початку.
Принцип роботи теплового насоса на прикладі повітряного теплового насоса
Найпростіше пояснити цей процес на прикладі повітряного теплового насоса: Повітряний тепловий насос може складатися з одного або двох блоків. В обох випадках вбудований вентилятор активно всмоктує навколишнє повітря і направляє його в теплообмінник. Через теплообмінник протікає холодоагент, який змінює свій фізичний стан при дуже низьких температурах. При контакті з навколишнім повітрям холодоагент нагрівається і поступово стає пароподібним. Для підвищення отриманого тепла до необхідної температури використовується компресор. Він стискає пару і підвищує тиск і температуру пари холодоагенту.
Потім другий теплообмінник (конденсатор) передає енергію від нагрітої пари до опалювального контуру (тепла підлога, радіатори, буферний накопичувач та/або бак-накопичувач ГВП). У цьому процесі холодоагент, який все ще знаходиться під тиском, охолоджується і знову зріджується. Перш ніж холодоагент знову потрапляє в контур, він розширюється в розширювальному клапані. Після того, як він досягне початкового стану, холодильний цикл може розпочатися знову.
Пояснюється просто: Тепловий насос
Для стиснення потрібен електричний струм
Важливим компонентом холодильного контуру є компресор. Це пов'язано з тим, що без стиснення температура на виході занадто низька, щоб обігріти будівлю до комфортної температури - тим більше в дуже холодні дні з двозначними мінусовими температурами.
На практиці використовується ряд компресорів, включаючи поршневі та спіральні компресори, які мають електричний привід. Споживання енергії для стиснення залежить від багатьох факторів. До них відносяться потреба в теплі, технологія компресора і, не в останню чергу, різниця температур між джерелом тепла і системою опалення. Загальне правило: Чим вища різниця температур між джерелом тепла і температурою потоку, тим більше повинен працювати компресор.
Електроенергія для теплових насосів покращує оцінку життєвого циклу теплового насоса
Вже деякий час постачальники електроенергії пропонують спеціальні тарифи для теплових насосів з покращеними умовами для кінцевих споживачів. У цьому випадку власники систем отримують подвійну вигоду. Ці тарифи допомагають знизити витрати на опалення до мінімуму. При цьому електроенергія, як правило, виробляється з використанням відновлюваних джерел енергії. Енергія є "чистою", що ще більше покращує і без того позитивну оцінку життєвого циклу теплового насоса.
