Мы используем файлы cookies на данном веб-сайте, чтобы улучшить качество Вашего обслуживания.

Просто о сложном: устройство и принципы работы тепловых насосов

Производство теплоты традиционно связано со сжиганием топлива. На эти нужды расходуется более трети природных ресурсов. Возможен ли более экономичный способ производства теплоты?

Просто о сложном: устройство и принципы работы тепловых насосов

Устройство тепловых насосов

Производство теплоты традиционно связано со сжиганием топлива. На эти нужды расходуется более трети природных ресурсов. Возможен ли более экономичный способ производства теплоты?

Как известно, теплота самопроизвольно переходит от горячего тела к холодному. Но если приложить необходимое компенсирующее усилие, то теплота потечет в направлении, противоположному естественному температурному напору.

Устройства, в которых реализован этот процесс, называют тепловыми насосами.

Тепловой насос – это повышающий трансформатор теплоты, который в прямом смысле слова перекачивает тепловую энергию от источника низкого температурного потенциала, к источнику более высокого, но, всё же, достаточно умеренного температурного потенциала.

Тепловые насосы, также как и холодильные машины, действуют по обратному термодинамическому циклу: тепло, подведенное от низкопотенциального источника в испаритель насоса, заставляет кипеть рабочее тело. Пар поступает в компрессор, где происходит его сжатие и нагрев. В конденсаторе пар отдает тепло теплоприемнику, и переходит в жидкое состояние. После прохождения расширительного клапана, цикл замыкается.

Теплота, передаваемая тепловым насосом потребителю, называется полезной производительностью. Она складывается из теплоты, отнятой у низкопотенциального источника, и работы сжатия в компрессоре.

Критерием термодинамического совершенства тепловых насосов служит коэффициент преобразования. То есть отношение полученной теплоты к затратам электроэнергии. Эта величина всегда больше единицы.

Анализ показывает: использование тепловых насосов дает от 30-ти до 70-ти процентов экономии энергоресурсов, по сравнению с получением теплоты, основанном на прямом сжигании топлива.

Устройство теплового насоса

Как и холодильная машина, тепловой насос состоит из теплообменников, испарителя и конденсатора, а также компрессора и дроссельного вентиля. Компрессор для теплового насоса выбирают в зависимости от параметров теплоносителя. Часто используют поршневые машины. В маломощных установках применяют ротационные компрессоры. Для высоких производительностей пригодны винтовые и турбокомпрессоры.

Испарители и конденсаторы тепловых насосов выполняют в виде теплообменников. Наиболее рациональные конструкции теплообменников – кожухотрубные, с развитой поверхностью теплообмена. Однако в схеме теплового насоса используют и другие виды теплообменников, которые работают по прямоточной или противоточной схемам.

В природе существует много типов и источников низкопотенциальной теплоты: солнечная радиация, окружающий воздух, поверхностные воды, грунтовые воды, отработанный воздух, почва.

Каждый из них является практически неисчерпаемым ресурсом для теплового насоса.

Наиболее энергоемкие источники энергии, это сточные воды предприятий, и сбросное тепло тепловых и атомных электрических станций.

Возьмем, к примеру, подстанцию с её синхронными компенсаторами. Их приходится постоянно охлаждать, а тепло – сбрасывать. При чем даже в разгар зимы. На таком источнике может и должна быть смонтирована насосная тепловая установка. Её цель – дать технико-экономическое обоснование перевода того или иного потребителя теплоты на работу с тепловым насосом.

И, что не менее важно, специалисты компании АИК укажут, где это тепло может быть применено с наибольшим экономическим эффектом.