Энергия

ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

Тепловой насос является комбинированным отопительным и охлаждающим устройством, которое может переносить тепло из кондиционируемых помещений, охлаждая их, или из внешнего источника (например, грунт, воздух или вода) в помещения, тем самым нагревая их. «Нагревает» или «охлаждает» тепловой на­сос — зависит от того, с какой стороны цикла охлаждения нахо­дится кондиционируемое помещение. В режиме охлаждения избыточное тепло поступает в теплоприемник (воздух, вода или грунт). Процесс меняется на обратный во время отопительного сезона, когда охлаждается внешняя среда (источник тепла), что­бы нагреть здание.

Передача тепла (либо к тсплоприемнику, либо от источника тепла) осуществляется путем циркуляции рабочего вещества, обычно называемого хладагентом, который находится попере­менно то в жидком, то в газообразном состоянии. Скрытая тепло-

Рис. 6.41. Работа тепло­вого насоса в режиме охлаждения помещения

{ горячий; 2 — теплый; 3 — регулирующий двуххо - довый вентиль: 4 — горячий;

5 — тепловая энергия; 6_______

прохладный: 7 — компрес­

сор, 8 — электроэпешия

та при фазовом переходе извлекается из окружающей среды, когда жидкий хладагент испаряется, и отдается окружающей среде, когда пары конденсируются. Насосы, компрессоры, клапа­ны и другое оборудование обеспечивают многократное испарение и конденсацию в соответствующих узлах системы.

Малогабаритный, автономный тепловой насос, предназначен­ный для жилых и небольших торговых объектов, изменяет направление потока хладагента при переходе с одного режима на другой. На рис. 6.41 и 6.42 представлены схемы такого тепло­вого насоса сначала в режиме охлаждения, а затем в режиме отопления. Четырехходовой клапан изменяет направление пото­ка рабочего вещества через компрессор так, что пар высокого давления конденсируется «внутри», когда требуется отопление, а жидкость низкого давления испаряется, когда требуется ох­лаждение.

Тепловые насосы можно классифицировать по применяемому источнику тепла или теплоприемнику, типу кондиционируемого рабочего вещества (воздух или вода) или по рабочему циклу. Тепловой насос на рис. 6.41 и 6.42 представляет собой воздухо­воздушный насос с реверсивным потоком хладагента. Тепловые насосы, в которых воздух или вода служат источником тепла — теплоприемником, могут иметь фиксированный поток хладаген­та путем переноса рабочего вещества источника тепла — тепло­приемника к змеевикам конденсатора или испарителя. В издании Американского общества инженеров по отоплению, холодиль­ной технике и кондиционированию воздуха «Системы и оборудо­вание» (1967) классифицируются различные типы тепловых на­сосов.

Для управления распределением тепла в тепловых насосах используется электроэнергия. Полученное тепло является соче­танием тепла, произведенного при сжатии хладагента, и скрытой теплоты, высвобождаемой при конденсации паров. Эффек­тивность работы тепловых насосов определяется тепловым ко­эффициентом. Он представляет собой отношение полученного или отведенного тепла к тепловому эквиваленту электроэнергии, необходимой для работы насоса.

Тепловой коэффициент воздухо-воздушных тепловых насосов обычно ниже, чем у воздухо-водяных или водо-водяных тепловых насосов. Поскольку теплота сжатия является частью тепловой мощности, тепловой коэффициент насоса, работающего в режиме отопления, часто выше, чем у того же насоса, работающего в режиме охлаждения.

Например, стоимость 105 кДж тепла, произведенного тепло­вым насосом, можно найти путем деления 105 кДж на тепловой коэффициент, умноженный на 3600 кДж/кВт-ч, и умножения полученного результата на стоимость 1 кВт-ч электроэнергии. Чем выше тепловой коэффициент, тем ниже стоимость:

105 кДж

тепл. коэф. ХЗООО кДж/кВт-чХдолл/кВт-ч 2,93 кВт-ч/10* кДжХДОЛЛ/кВт-ч

тепл. коэф.

Реальные расходы на энергию для тепловых насосов и сооб­ражения по их использованию в солнечных системах обсуждают­ся в части V.