Тепловой тепловой насос дома: рабочий принцип

Насосы для отопления становятся все более распространенными. При помощи данных устройств можно обогревать (охлаждать) дома и организовывать горячее водообеспечение, существенно экономя.

Людям, далёким от физики, очень тяжело понять рабочий принцип насосов для отопления, в связи с чем в интернетах муссируется много ошибок, которые используют плохие производственники и продавцы. В сегодняшней статье мы попытаемся в доступной форме объяснить рабочий принцип и разогнать некоторые мифы, которыми успел обрасти этот великолепный аппарат.

• Насосы для отопления безопасны
• Не опасны в работе
• Из года в год все намного доступнее по стоимости.

Главная причина применения тепловых тепловых насосов и/или горячего водообеспечения состоит в том, что они дают возможность сильно экономить расход электрической энергии, в большинстве случаев экономия может достигать более 500% в сравнении с обыкновенным электрическим бойлером или электрическим водонагревателем, что особенно актуально для негазифицированных районов и в домах с маленькой разрешённой мощностью потребления электричества. Данный вопрос из года в год становится все очень важным, тем более в свете роста тарифов на источники энергии.

Сам термин «насос для отопления» считается более маркетинговым, чем физическим, зато он чётко означает сам рабочий принцип этой тепловой машины. Даже далёкому человеку становится понятно, что такая машина «качает тепло» и переносит его из одного места в иное.

Рабочий принцип

Со школьной скамьи нам известно, что в обыкновенных условиях более холодное вещество не может отдавать своё тепло более горячему, а наоборот, оно нагревается от него до той поры, пока их температуры не сравняются. Это святая правда. Но насос для отопления делает подобные условия, что более холодная среда начинает отдавать своё тепло намного теплее, охлаждаясь при этом ещё больше.

Самый простой заезженный пример насоса для отопления — холодильник. В нём тепло выкачивается из более холодной камеры в намного тёплое кухонное помещение. Морозильная камера при этом ещё больше охлаждается, а кухня ещё больше нагревается от отопительного прибора, находящегося на панели находящейся сзади холодильника.

Рабочий принцип множества насосов для отопления построен на свойствах промежуточных тепловых носителей (газов, очень часто фреонов), которые применяются в данных машинах. Собственно фреоны и являются тем посредником, который дает возможность забирать тепло у более холодного тела, отдавая его более горячему.

Наверное вы видели, что если быстро отпускать сжатый газ из балончика для заправки зажигалок, то он, испаряясь, охлаждает балончик, который даже в жару как правило покроется инеем. Правильно и обратное: при сжатии газ нагревается. Помня об этом, вам будет очень легко понять рабочий принцип насоса для отопления, самая простая схема которого показана на рисунке.

Элементы насоса для отопления

Самый простой насос для отопления состоит из четырёх самых важных узлов:

Нагнетатель воздуха сжимает фреон до жидкого состояния в конденсаторе, который при этом нагревается. Конкретно это тепло можно применять в отоплении или в горячем водоснабжении, организовав самый простой теплообмен между горячим конденсатором и более неотапливаемым помещением или электрическим водонагревателем.

Проходя через конденсатор, сжиженный фреон охлаждается, отдав тепло при теплообмене в батареи отопления или трубам пола с подогревом, и начинает собираться. Проходя через капилляр в атомайзер, фреон опять становится газообразным, выхолаживая при этом атомайзер (не забывайте иней на балончике?).

Чтобы процесс не останавливался, необходимо регулярно подводить тепло к атомайзеру, иначе фреон там просто перестанет испаряться, ведь температура атомайзера при стабильной работе нагнетателя воздуха может сильно опуститься. Даже температуры минус тридцать, подводимой к атомайзеру, может быть довольно для поддерживания испарения, ведь температура испарения газов, используемых в тепловых насосах, намного ниже данного значения.

Допустим, температура испарения фреона равна минус шестьдесят градусов по шкале Цельсия, а мы обдуваем атомайзер морозным воздухом с улицы, с температурой в минус тридцать — фреон, естественно, будет испаряться, забирая тепло даже у подобного холодного воздуха. Аналогичным образом и выходит, что насос для отопления как бы перекачивает температуру из более холодной среды в намного тёплую.

На что обратить внимание при приобретении?

Подобный эффект порождает много мифов, которые используют плохие «продаваны», чтобы лучше продавать собственную продукцию.

Самый популярный миф — это заявление, что КПД насосов для отопления превосходит единицу. Ясно, что это заявление — чистый абсурд. В действительности КПД тепловых машин не может быть больше единицы, и даже у современных насосов для отопления он довольно мал — меньше, чем у самого дешёвого масляного обогревательного прибора. Люди просто часто путают КПД и говоря иначе COP (КОП).

КОП — это быстрее финансовый показатель, чем физический. Он показывает соотношение платной электрической энергии для перекачки бесплатного тепла с улицы к величине тепла, поступающего в пространство помещения. Т.е. КОП 5 — это упрощенно значит, что для перекачки 5кВт халявного тепла с улицы в дом мы затратили 1кВт платной электрической энергии. Просто КОП не берет в учет бесплатную энергию тепла с улицы, а считает исключительно ту, которую получили в результате и что для этого потратили.

Другой миф тоже связан с КОП: в паспортах насосов для отопления и на ценниках у менеджеров с гордостью указывается одна-единственная величина КОП, которая просто вводит потребителей в заблуждение. А дело все в том, что КОП насосов для отопления — величина переменная, а не неизменная. И многие плохие воротилы об этом умалчивают, из-за того что указывают КОП для самых прекрасных условий, когда он едва ли не самый большой. И это уже намного опаснее, чем заблуждения про сверхединичность КПД, т.к. опасно настоящими результатами.

Вообразите, что вы уверовали, что будете расходовать 1кВт электрической энергии на производство 5кВт тепла для того же отопления в зимний период, из-за того что в паспорте насоса для отопления отмечено, что COP=5. Купили требуемой мощности насос для отопления, собрали отопительную систему… А тогда когда этого совсем не ждешь, когда морозы самые лютые, ваш отопитель жрёт не 1 к 5, а 1 к 2 в самом лучшем варианте, или совсем не в состоянии выдать нужное тепло для обогрева. И здесь приходит сознание, что топиться именно данной системой можно только в межсезонье… Очень малоприятная ситуация — отдать кучу денег и все равно в морозы топиться дешёвыми масляными отопительными приборами, и только благодаря тому, что понадеялись на КОП и стабильную, неснижаемую производство тепла.

А выработка тепла и КОП у насосов для отопления непостоянна. И это связывают собственно с временным количеством тепла, подводимого к атомайзеру. Если например вы берёте тепло для атомайзера из воздуха, то с падением температуры на улице падает и КОП. При -30С на улице КОП воздушных насосов для отопления фактически равён единице, т.е. даже простой Трубчатый нагреватель станет более выгодным в качестве отопителя, не говоря уж про амортизацию и очень высокий износ дорогого оборудования в подобных условиях. И падение КОП — это ещё половина беды. Часто многие модели воздушных насосов для отопления просто не в состоянии выдавать нужную для отапливания мощность при значительном снижении температуры на улице.

Насосы для отопления, применяющие для нагревания атомайзера тепло земли или воды, тоже предрасположены падению продуктивности и КОП, т.к. по ходу сезона отопления они могут вымораживать ту среду, из которой качают тепло, но машины такого типа намного стабильнее.

При любых обстоятельствах, не обращая внимания на некоторые минусы, грядущее у насосов для отопления очень перспективное, а конструкционная простота позволяет поклонникам сделать насос для отопления собственными руками. Про насосы для отопления с твёрдым рабочим телом и магнитным охлаждением постараюсь рассказать в другой публикации, потому что они не нашли массового использования благодаря дороговизне материалов.

Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.