Тепловой насос: не обогреватель, а переносчик тепла
Физика процесса без маркетинговых мифов
Тепловой насос не создаёт тепло из электричества. Он использует электрическую энергию для переноса тепла от источника с более низкой температурой к потребителю с более высокой.
1. Принцип работы
Что происходит в реальной машине:
Испаритель — хладагент получает тепло от источника и испаряется.
Компрессор — сжимает пар хладагента; его давление и температура повышаются.
Конденсатор — горячий хладагент отдаёт тепло системе отопления и конденсируется.
Расширительный клапан — давление хладагента резко снижается, после чего он снова готов получать тепло.
Четыре элемента образуют замкнутый холодильный контур. Компрессор обеспечивает циркуляцию рабочего тела и требует электрической энергии; остальные процессы происходят благодаря изменению давления, температуры и фазового состояния хладагента.
2. Откуда вообще берётся тепло
Тепловой насос может отбирать тепло из:
- наружного воздуха;
- грунта;
грунтовых вод;
- поверхностного водоёма;
- другого низкопотенциального источника.
Источник не обязан иметь температуру выше 0 °C. Тепло можно извлекать и из среды с отрицательной температурой — пока её температура выше температуры кипения хладагента в испарителе.
3. Почему +7 → +35
+7 °C — температура источника
+35 °C — температура теплоносителя на стороне отопления
Чем меньше температурный подъём — разница между температурой источника и температурой потребителя, — тем легче тепловому насосу переносить тепло и тем выше его COP.
4. Обратный цикл Карно
Обратный цикл Карно показывает теоретический предел работы теплового насоса между двумя температурами.
COPCarnot=Th /Th-Th
Чем меньше температурный перепад между источником и потребителем, тем выше теоретический COP.
5. Почему COP может быть больше 100%
Если тепловой насос потребляет 1 кВт электрической мощности и передаёт системе отопления 4 кВт тепловой мощности, его COP равен 4.
Это не означает, что устройство создало 4 кВт тепла из 1 кВт электричества.
В него входят:
1 кВт электрической работы + тепло, отобранное у источника.
6. Из чего состоит тепловой насос
Основные компоненты:
Испаритель - получает тепло от источника.
Компрессор - повышает давление и температуру хладагента.
Конденсатор - передаёт тепло системе отопления.
Расширительный клапан - снижает давление хладагента перед испарителем.
Хладагент - переносит тепло внутри холодильного контура.
7. Какие бывают тепловые насосы
| Тип | Источник | Потребитель |
|---|---|---|
| Воздух–вода | наружный воздух | вода |
| Грунт–вода | грунт | вода |
| Вода–вода | вода | вода |
| Воздух–воздух | наружный воздух | воздух |
Что происходит с эффективностью при понижении температуры
Источник тепла Потребитель
+7 °C ─────────────→ +35 °C
небольшой ΔT
выше COP
−20 °C ─────────────→ +35 °C
большой ΔT
ниже COP