Что такое тепловой насос? | Как работает тепловой насос?

Тепловые насосы наиболее распространены во всем мире. Тепловой насос — это оборудование, которое преобразует механическую энергию в тепловую. Тепловой насос работает по термодинамическому принципу (т.е. холодная жидкость превращается в теплую при сжатии в небольшом объеме). Если этот насос работает в обратном направлении (т.е. при расширении жидкости она становится холодной), то такой насос называется обратным тепловым насосом. Это означает, что тепловые насосы и обратные тепловые насосы работают по одному и тому же принципу (т.е. теплопередачи). В этой статье мы в основном обсуждаем различные аспекты теплового насоса.

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос — это насос с электрическим приводом, который переносит тепло из одной области в другую. Тепловые насосы обычно используются для отбора тепла из земли или воздуха для обогрева жилых или рабочих помещений. Однако обратный тепловой насос используется для охлаждения конкретного помещения или здания.

Тепловые насосы используют компрессоры и хладагент для переноса тепла из одной области в другую. Тепловой насос является частью системы HVAC.

Если вы знаете принцип работы системы кондиционирования воздуха, вы легко сможете понять принцип работы теплового насоса. Тепловые насосы работают так же, как и системы кондиционирования воздуха.

Когда вы устанавливаете тепловые насосы для своего офиса или шланга, вам не нужно устанавливать отдельный блок для охлаждения или обогрева дома или офиса. По этой причине тепловые насосы предпочтительнее систем кондиционирования воздуха (HVAC) и традиционного отопления вентиляции.

Эти насосы не сжигают топливо для выработки тепла, поскольку они только передают тепло. Поэтому они имеют очень высокую эффективность. По этой причине тепловые насосы более экологичны по сравнению с газовыми печами.

Тепловые насосы с вытяжным воздухом, тепловые насосы с водяным источником, тепловые насосы с грунтовым источником и тепловые насосы с воздушным источником являются наиболее распространенными типами тепловых насосов. Эти насосы также могут использоваться в системе централизованного теплоснабжения.

Эффективность тепловых насосов выражается в терминах SCOP (сезонный коэффициент производительности) или COP (коэффициент производительности). Если числовое значение выше, то насос имеет более высокую эффективность и потребляет меньше энергии или электричества.

Правительство Великобритании объявило, что газовые котлы должны быть полностью заменены тепловыми насосами до 2050 года, а после 2025 года продажа газовых котлов будет запрещена. По этой причине тепловые насосы становятся все более популярными в Великобритании.

Как работает тепловой насос?

Тепловой насос — это электрическое оборудование, которое доставляет тепло от источника (низкотемпературной области) к радиатору (высокотемпературной области). Тепловой насос работает по принципу теплопередачи. Тепловой насос работает следующим образом:

1. Прежде всего, жидкий хладагент поступает во внутренний теплообменник через расширительное устройство. Этот внутренний теплообменник работает как испаритель.
2. Когда внутренний воздух дома или другого здания проходит через теплообменник, хладагент извлекает тепло из воздуха и снижает его температуру. Этот охлажденный воздух выдувается через воздуховоды в помещении и охлаждает его. По мере того как хладагент поглощает тепло воздуха, температура хладагента повышается, и он превращается в газообразный хладагент.
3. Когда жидкий хладагент превращается в газовый хладагент, он поступает в компрессор. Компрессор сжимает газовый хладагент, в результате чего температура и давление газа становятся очень высокими.
4. После процесса сжатия сжатый газовый хладагент поступает в наружный теплообменник.
5. Эти наружные змеевики работают как змеевики конденсатора, которые снижают температуру сжатого газа и снова превращают его в жидкий хладагент. Для подачи наружного воздуха (т.е. атмосферного воздуха) в наружные змеевики имеется наружный вентилятор. Атмосферный или окружающий дом воздух имеет более низкую температуру, чем температура сжатого газа. Поэтому тепло сжатого газового хладагента передается в окружающий воздух через наружные змеевики. После передачи тепла газовый хладагент превращается в жидкость. Этот жидкий хладагент передается из наружного змеевика в расширительный клапан для дальнейшего процесса.
6. Когда горячий жидкий хладагент попадает в расширительный клапан, он расширяет хладагент и снижает его давление. Этот процесс быстро преобразует горячий жидкий хладагент в холодный жидкий хладагент. Когда хладагент охлаждается, он подается обратно во внутренний теплообменник, и весь цикл повторяется.

Работа обратного теплового насоса

Обратный тепловой насос работает по циклу нагрева. Этот насос устанавливается в помещении или здании, которое необходимо обогреть. В цикле отопления насос забирает тепло из окружающей среды и перемещает его в помещение. Отопительный цикл работает следующим образом:

• Прежде всего, жидкий хладагент поступает в наружные змеевики, где он забирает тепло из наружного воздуха. В результате процесса теплообмена температура хладагента повышается, и он превращается в газообразный хладагент.
• Газовый хладагент поступает в компрессор, где он сжимается. В результате процесса сжатия давление и температура газового хладагента становятся очень высокими.
• Горячий газ поступает во внутренние змеевики, которые работают как змеевики конденсатора. Эти змеевики отбирают тепло у горячих газов и передают его внутрь помещения. Благодаря этому процессу теплопередачи внутренняя температура в помещении становится высокой, и оно нагревается.
• После этого процесса хладагент поступает в расширительный клапан, где он охлаждается и переходит в жидкое состояние. После этого жидкий хладагент направляется обратно в наружные змеевики, и весь цикл повторяется.

Для лучшего понимания посмотрите следующее видео:

Части теплового насоса

Тепловой насос состоит из следующих основных компонентов:

1. Расширительный клапан
2. Компрессор
3. Внутренний блок
4. Хладагент
5. Наружный блок

1) РАСШИРИТЕЛЬНЫЙ КЛАПАН

Расширительный клапан используется для регулирования потока хладагента. Название расширительного клапана означает, что он используется для расширения хладагента.

Когда хладагент расширяется внутри расширительного клапана, его давление и температура становятся низкими, и он охлаждается.

2) ВНУТРЕННИЙ БЛОК

Назначение внутреннего блока такое же, как и наружного, т.е. передача тепла извне внутрь помещения или наоборот. В нем есть вентилятор и теплообменник.

Змеевик работает как конденсатор (в цикле нагрева) или испаритель (в цикле охлаждения). Вентилятор используется для нагнетания воздуха через змеевик и по воздуховодам дома.

3) НАРУЖНЫЙ БЛОК

Наружная система имеет вентилятор и змеевик. Этот змеевик работает как испаритель (в цикле нагрева) или конденсатор (в цикле охлаждения). Вентилятор нагнетает окружающий воздух на змеевик для передачи тепла.

4) РЕФРИГЕРЕНТ

Хладагент — это вещество, которое играет важнейшую роль в охлаждении или нагревании помещения. Он циркулирует по всей системе насоса. Он поглощает тепло и переносит его внутрь помещения посредством процесса теплопередачи.

5) РЕВЕРСИВНЫЙ КЛАПАН

Реверсивный клапан используется в обратном тепловом насосе. Он позволяет хладагенту течь в обратном направлении.

6) КОМПРЕССОР

Основной задачей компрессора является сжатие хладагента и повышение его давления и температуры. В тепловых насосах используются различные типы компрессоров, некоторые из них приведены ниже:

Типы тепловых насосов

1. Насос с источником воздуха
2. Насос с солнечной поддержкой
3. Геотермальный тепловой насос
4. Насос с источником воды
5. Насос для отработанного воздуха
6. Гибридный насос
7. Бесканальный насос

1) Тепловой насос с воздушным источником

Тепловой насос с источником воздуха получает тепло из области с низкой температурой и передает его в комнату или дом для повышения температуры.

Этот насос использует для передачи тепла два теплообменника. Первый теплообменник устанавливается снаружи помещения, имеет несколько ребер и вентилятор, который продувает воздух через ребра, а второй теплообменник используется для нагрева внутреннего воздуха в помещении напрямую или нагревает воду, которая затем с помощью тепловых излучателей циркулирует по помещению и переносит тепло в помещение.

Этот воздушный насос также используется для охлаждения помещения или здания. Этот тип насоса может также работать как обратный тепловой насос, который работает по циклу охлаждения. В случае с этим насосом внутренний теплообменник используется для отвода внутреннего тепла из помещения и охлаждения помещения.

Эти типы тепловых насосов имеют такую же конструкцию, как и системы кондиционирования воздуха. Размер этих насосов варьируется в зависимости от потребностей в тепле.

Эти насосы имеют низкую стоимость, просты в установке и эксплуатации. Поэтому они наиболее широко используются во всем мире. Стоимость системы теплового насоса с воздушным источником тепла составляет от $10 500 до $18 975.

Преимущества тепловых насосов с воздушным источником тепла: —

1. Эти типы насосов легко устанавливаются
2. Они имеют длительный срок службы.
3. Они требуют низкого технического обслуживания.
4. Нет необходимости в хранении топлива, так как насос использует окружающий воздух в качестве топлива.

Недостатки тепловых насосов с воздушным источником тепла: —

1. Эти насосы дают меньше тепла, чем масляные и газовые котлы.
2. Им требуются радиаторы большего размера.
3. Они имеют высокий уровень шума при работе, как кондиционеры воздуха.
4. Зимой они должны работать непрерывно, что увеличивает расходы на оплату электроэнергии.
5. Тепловые насосы с воздушным источником тепла имеют низкий COP.
6. В зимний период их эффективность ниже.
7. Если вы живете на магистральном газопроводе, тепловые насосы с воздушным источником тепла не являются наиболее подходящими.

2) Геотермальный тепловой насос

Тепловой насос с наземным источником тепла или система геотермального теплового насоса собирает тепло грунтовых вод или почвы и передает это тепло в отапливаемое помещение. Она поддерживает сравнительно постоянную температуру на глубине менее 9,1 м (30 футов) в течение всего года.

Эти насосы обычно имеют коэффициент производительности (COP) 4,0 в начале отопительного сезона и сезонный COP до 3,0, когда тепло извлекается из грунта. Эти насосы имеют очень высокие затраты на установку.

Эти типы насосов также могут использоваться для охлаждения помещения или здания. Для охлаждения здания он поглощает тепло помещения или здания и передает его в землю через грунтовый контур.

Преимущества геотермальной системы тепловых насосов

1. Экологически чистые.
2. Она использует геотермальную энергию, которая является возобновляемым энергетическим ресурсом.
3. Нет необходимости в хранении топлива.
4. Геотермальная энергия — это источник энергии, который не закончится до разрушения Земли.
5. Производимую геотермальную энергию можно легко подсчитать, поскольку она колеблется иначе, чем энергия других источников (например, ветра и солнца). Это позволяет очень точно прогнозировать производство геотермальных электростанций.
6. Геотермальная энергия поставляется стабильно, чем другие возобновляемые ресурсы, такие как солнечная энергия и энергия ветра. В отличие от энергии ветра и солнца, на Земле всегда есть ресурсы для развития и использования геотермальной энергии.

Недостатки геотермальной системы тепловых насосов

1. Геотермальные тепловые насосы устанавливаются в фиксированном месте, где доступна геотермальная энергия.
2. Геотермальная энергия имеет высокую стоимость.
3. Эти насосы имеют высокую стоимость установки.

3) Насос вытяжного воздуха

Этот насос получает тепло из отработанного воздуха помещения и подает его внутрь помещения или здания. Этот тип теплового насоса нуждается в механической вентиляции. Для поддержания производительности ему необходима определенная скорость воздухообмена.

1. Тепловой насос «вытяжной воздух-вода», который передает тепло в отопительные контуры, включая баки для хранения горячей воды.
2. Тепловые насосы «вытяжной воздух-вода», передающие тепло приточному воздуху.

Преимущества тепловых насосов с отработанным воздухом

• Этот насос снижает счета за электроэнергию.
• Вы можете заработать деньги на RHI (Renewable Heat Incentive).
• Он производит низкий уровень шума.
• Имеет компактный дизайн.

4) Тепловые насосы с солнечной поддержкой

Тепловой насос с солнечной поддержкой (SAHP) также известен как солнечный тепловой насос. Этот насос использует солнечную энергию для отопления здания или нагрева воды. Система SAHP — это устройство, в котором солнечные панели и тепловой насос объединены в единую систему.

В этой системе солнечная панель действует как источник холодного тепла и использует для передачи генерируемого тепла испарителю теплового насоса.

Эти насосы имеют низкую стоимость, производят высокоэффективную энергию и имеют высокий коэффициент полезного действия.

1. Прямой нагрев: При методе прямого нагрева солнечная энергия непосредственно используется для обогрева помещения или здания, если накопленное тепло имеет достаточно высокую температуру.
2. Непрямое отопление с помощью тепловых насосов: Метод непрямого нагрева используется, когда накопленное тепло не имеет достаточной температуры для прямого нагрева. В этом методе для удовлетворения потребностей в отоплении используется тепловой насос. Насос получает солнечную энергию и преобразует ее в полезное тепло.

5) Тепловые насосы с водяным источником тепла

Этот насос работает так же, как и геотермальный тепловой насос, за исключением того, что насос с водяным источником использует энергию воды, а не грунта. Этот насос извлекает тепло из воды и передает эту энергию в нужное помещение или место.

Принцип работы этих тепловых насосов очень похож на принцип работы тепловых насосов с воздушным источником тепла.

Тепловые насосы с водяным источником тепла осуществляют процесс передачи тепла, пропуская воду через ряд трубок. Когда вода циркулирует, она собирает тепло из озер и водохранилищ и передает его в вашу комнату или здание.

В летний сезон эти насосы работают в обратном направлении (т.е. тепло извлекается из помещения или здания и отдается во внешнюю холодную воду). Охлаждающие тепловые насосы имеют более высокую эффективность, чем тепловые насосы отопительного цикла.

Преимущества тепловых насосов с водяным источником тепла

1. Это энергосберегающий насос.
2. Для этого насоса не требуются большие вентиляционные трубы, отсутствие изоляции, помещение для заморозки и трубы для циркулирующей воды.
3. Он имеет относительно низкую стоимость.
4. Эти насосы имеют низкие эксплуатационные расходы.
5. У них простая установка.

Недостаток системы теплового насоса с водяным источником тепла

1. В переходный период вы не можете оптимально использовать свежий воздух.
2. Эти типы тепловых насосов производят высокий уровень шума.
3. Устройство в основном устанавливается на потолке, что затрудняет обслуживание.

6) Гибридные тепловые насосы

Гибридный тепловой насос использует комбинацию ископаемого топлива и возобновляемой энергии для обогрева помещения или здания.

Эти тепловые насосы поглощают тепло из различных источников в зависимости от внешней температуры.

Эти насосы используют тепло воздуха, когда температура наружного воздуха в помещении превышает 4-8 градусов Цельсия, и используют грунтовые воды в качестве источника тепла, когда температура низкая. В случае, когда тепловой насос не работает, гидравлические системы также могут накапливать летнее тепло, перемещая грунтовые воды в воздушный теплообменник.

7) Бесканальный тепловой насос

Бесканальный тепловой насос также известен как мини-сплит насос. Эти насосы отличаются простотой эксплуатации и меньшей стоимостью. Его стоимость составляет от $1 200 до $9 000. Для установки такого насоса также требуется бетонная площадка, стоимость которой составляет до 130 долларов.

Максимально большие здания предпочитают канальные мини-сплиты, которые хотят удобства и гибкости в своей системе охлаждения и отопления.

Как повысить эффективность теплового насоса?

1. Не полагайтесь на аварийное отопление: Вы не включаете режим аварийного отопления в обычных условиях. Включайте этот режим только в реальных чрезвычайных ситуациях. Этот режим снижает эффективность теплового насоса и увеличивает счета за коммунальные услуги.
2. Содержите фильтр в чистоте: Воздушные фильтры играют большую роль в работе тепловых насосов. Поскольку тепловой насос всасывает воздух из окружающей среды, воздушный фильтр сначала удаляет из воздуха мусор и другие твердые частицы, а затем передает этот чистый воздух компрессору теплового насоса. Если вы не будете должным образом очищать фильтры, частицы загрязнений будут задерживаться в фильтрах, и насосу придется работать в усиленном режиме. Таким образом, снижается эффективность насоса и срок его службы.
3. Очистите наружный блок от листьев и мусора: Наружный блок также должен обеспечивать свободную циркуляцию воздуха. Для достижения наилучшей производительности регулярно удаляйте отмершие листья, мусор и другие загрязнения с наружных блоков системы.
4. Не накрывайте систему: Тепловые насосы предназначены для использования на открытом воздухе, и вы не должны накрывать их зимой. Если вы накроете систему зимой, это может привести к серьезным проблемам, таким как заражение насекомыми и плесенью. Оставляйте лед только в холодное время года. Это представляет серьезную опасность для вас, и ваш прибор и ваша система должны работать в режиме размораживания.
5. Не беспокойтесь о режиме размораживания: Вам не нужно беспокоиться о режиме размораживания. Этот режим является частью цикла работы теплового насоса в нормальном зимнем режиме. Однако этот цикл завершается всего за несколько минут. Если ваша система находится в режиме размораживания в течение длительного времени, необходимо немедленно произвести ремонт.
6. Обслуживание теплового насоса: Для эффективной работы вашей системы необходимо проводить техническое обслуживание и чистку системы не реже одного раза в год.

Сколько стоит тепловой насос?

Новые тепловые насосы имеют высокую стоимость установки. Эта стоимость варьируется в зависимости от региона или области, где вы живете, и типа насоса, который вы хотите купить.

Средняя стоимость установки теплового насоса составляет от $10990 до $61850. Стоимость установки теплового насоса воздух-вода составляет от $9600 до $15120 .

Стоимость установки теплового насоса с воздушным источником тепла составляет от $10300 до $26120. Стоимость установки геотермального теплового насоса варьируется от $27480 до $48110.

Как видите, геотермальные или грунтовые тепловые насосы имеют высокую стоимость по сравнению с другими типами тепловых насосов.

Какова стоимость ремонта теплового насоса?

Стоимость ремонта теплового насоса приведена ниже в зависимости от типа ремонта:

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Тепловой насос имеет следующие преимущества и недостатки:

Преимущества теплового насоса

• Это насосы с электрическим приводом.
• Тепловые насосы имеют низкие эксплуатационные расходы.
• Они требуют меньшего технического обслуживания.
• Этот насос имеет длительный срок службы.
• Он обеспечивает отличную безопасность.
• Он снижает уровень выбросов углерода.
• Тепловые насосы имеют двойную функцию (т.е. как охлаждают, так и нагревают помещение в соответствии с требованиями).

Недостатки теплового насоса

• Эти насосы имеют сложную установку.
• У них высокие первоначальные затраты.
• Они создают проблемы в холодную погоду.
• Эти насосы не обладают отличной устойчивостью.

Применение теплового насоса

1. Тепловые насосы используются в системах отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха.
2. Они используются для обогрева зданий.
3. Обратные тепловые насосы используются для охлаждения различных зон жилых и коммерческих зданий.

Тепловой насос и кондиционер

Ниже приведены основные различия между тепловым насосом и кондиционером:

Кто производит лучшие системы тепловых насосов?

Раздел часто задаваемых вопросов

Что такое COP?

COP означает коэффициент производительности. COP системы кондиционирования воздуха или теплового насоса — это соотношение между теплом, поставляемым или удаляемым требуемой системой (Q) и работой, необходимой требуемой системе (W). Коэффициент производительности используется для представления или измерения эффективности тепловых насосов или кондиционеров. Если значение COP выше, то и эффективность системы кондиционирования воздуха будет выше.

Может ли COP теплового насоса варьироваться?

COP тепловых насосов изменяется в зависимости от температуры грунта (температура на входе) и температуры, необходимой для нагрева радиатора или пола (температура на выходе).

При какой температуре тепловой насос теряет эффективность?

Тепловой насос не работает эффективно при температуре от 25 до 40 градусов по Фаренгейту. Когда наружная температура становится больше 40 градусов по Фаренгейту, тепловые насосы работают эффективно. Когда наружная температура опускается ниже 40 градусов по Фаренгейту, эффективность насоса начинает снижаться.

Какая марка теплового насоса является самой надежной?

1. Trane
2. Amana
3. Coleman
4. RUUD
5. Lennox
6. Goodman
7. York
8. Rheem

Как выглядит тепловой насос?

В большинстве случаев тепловой насос состоит из двух частей. Первая часть содержит внутренний блок, включающий вентилятор, дополнительный нагреватель и внутренние змеевики. Вторая часть содержит наружный блок с вентилятором, реверсивным клапаном, компрессором и наружной частью.

Внешний вид внутреннего блока такой же, как и у газовой печи. Наружный блок теплового насоса очень похож на центральный кондиционер.

Сколько стоит установка теплового насоса?

Стоимость установки тепловых насосов варьируется в зависимости от района проживания и марки, которую вы хотите приобрести. Средняя стоимость установки теплового насоса составляет от $4000 до $7200. Стоимость установки геотермального насоса составляет от $11000 до $31000. Стоимость установки бесканального теплового насоса варьируется от $1900 до $14 600 .

Какой тип теплового насоса наиболее эффективен?

Только геотермальные тепловые насосы являются наиболее эффективными насосами. Эти насосы являются экологически чистыми и эффективными. Однако они имеют очень высокую стоимость, поскольку их установка занимает много времени и является сложной. Они потребляют меньше энергии, чем другие традиционные тепловые насосы.

Сколько мини-сплит систем теплового насоса обычно используется в доме с четырьмя основными атомами?

По одной мини — сплит системе в каждой комнате. Это означает, что вам нужно использовать четыре мини-сплит-системы для четырех комнат.

При работе моего теплового насоса в каком режиме должен работать насос?

В случае аварийной ситуации, когда ваш насос не работает зимой, вы должны включить режим аварийного отопления вашего теплового насоса. Если этот режим не будет включен, ваш насос будет потреблять электроэнергию, из-за чего ваш счет за электричество будет выше.