Как работают тепловые насосы

Когда вы думаете об охлаждении горячего здания, вы, вероятно, не думаете о тепловых насосах. На самом деле, скорее всего, вы думаете об использовании кондиционера. Но, как оказалось, тепловой насос может и нагревать, и охлаждать, и в некоторых случаях он предпочтительнее отдельных систем отопления и охлаждения.

Проще говоря, тепловой насос — это устройство, которое использует небольшое количество энергии для перемещения тепла из одного места в другое. Не слишком сложно, верно? Тепловые насосы обычно используются для отбора тепла из воздуха или земли для обогрева дома или офисного здания, но их можно использовать и для охлаждения здания. В некотором смысле, если вы знаете, как работает кондиционер, то вы уже многое знаете о том, как работает тепловой насос. Это потому, что тепловые насосы и кондиционеры работают очень похоже.

Одно из самых больших преимуществ теплового насоса перед стандартным устройством отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (HVAC) заключается в том, что нет необходимости устанавливать отдельные системы для обогрева и охлаждения вашего дома. Тепловые насосы также работают чрезвычайно эффективно, поскольку они просто передают тепло, а не сжигают топливо для его создания. Это делает их немного более экологичными, чем газовые печи.

И они не только обогревают и охлаждают здания. Лучше всего они работают в умеренном климате, поэтому если в вашем регионе не бывает экстремальных жары и холода, то использование теплового насоса может помочь вам сэкономить немного денег каждый месяц.

Теплопередача и тепловые насосы с воздушными источниками

Существует множество видов тепловых насосов, но все они работают по одному и тому же основному принципу: теплопередача. Это означает, что вместо того, чтобы сжигать топливо для создания тепла, устройство переносит тепло из одного места в другое. Есть ключ к тому, чтобы все это происходило. Согласно термодинамике, тепло естественным образом перетекает из областей с высокой температурой в области с более низкой температурой.

Тепловой насос использует небольшое количество энергии, чтобы переключить этот процесс в обратном направлении, тем самым вытягивая тепло из области с относительно низкой температурой и перекачивая его в область с более высокой температурой. Таким образом, тепло передается от «источника тепла», например, земли или воздуха, к «поглотителю тепла», например, вашему дому.

Одним из наиболее распространенных типов тепловых насосов является тепловой насос с воздушным источником. Они забирают тепло из воздуха снаружи вашего дома и перекачивают его внутрь через заполненные хладагентом змеевики, не слишком отличающиеся от тех, что находятся на задней стенке вашего холодильника. Разновидность воздушного источника тепла довольно проста, и для ее работы внутри находятся два вентилятора, змеевики холодильника, реверсивный клапан и компрессор.

Ключом к тому, чтобы тепловой насос с воздушным источником мог также охлаждать, является реверсивный клапан. Эта универсальная деталь изменяет поток хладагента, чтобы система могла работать в обратном направлении. Таким образом, вместо того чтобы закачивать тепло внутрь дома, тепловой насос выпускает его, как это делает ваш кондиционер. При обратном движении хладагента он поглощает тепло на внутренней стороне блока и вытекает наружу. Именно здесь тепло высвобождается, позволяя хладагенту снова охладиться и вернуться внутрь, чтобы забрать еще больше тепла. Этот процесс повторяется до тех пор, пока вам не станет хорошо и прохладно.

Тепловые насосы с наземным источником и абсорбционные тепловые насосы

Вы уже поняли, что тепловые насосы с воздушным источником тепла используют наружный вентилятор для нагнетания воздуха в змеевики, заполненные хладагентом. Два комплекта этих змеевиков переносят тепло внутрь помещения, где оно затем выдувается из змеевиков вторым вентилятором и распределяется по вашему дому в виде холодного тепла. Некоторые системы тепловых насосов с воздушным источником тепла состоят из одного упакованного блока, содержащего оба комплекта змеевиков в одной коробке. Этот блок устанавливается на крыше здания, а воздуховод проходит через стену. Многие крупные системы для коммерческих зданий устанавливаются именно таким образом.

Домашние тепловые насосы обычно представляют собой сплит-системы с наружным и внутренним компонентом, установленным через стену. В зависимости от типа системы, это может быть один или несколько внутренних компонентов для распределения тепла.

Тепловые насосы с наземными источниками тепла (также известные как геотермальные тепловые насосы) немного отличаются. Они поглощают тепло из земли или подземного водоема и передают его внутрь помещения, или наоборот. Наиболее распространенный тип тепловых насосов с наземными источниками передает тепло непосредственно из земли, поглощая его через подземные трубы, заполненные водой или хладагентом.

Эти трубы, перекачивающие жидкость, могут быть как замкнутой, так и открытой системой, и работают они практически так же, как и звучат. В системе с замкнутым циклом один и тот же хладагент или вода циркулирует по трубам многократно. В системе с открытым циклом вода откачивается из подземного источника, например, из колодца или искусственного озера. Оттуда из воды извлекается тепло, и вода возвращается в колодец или озеро. Затем из скважины выкачивается еще больше воды, чтобы извлечь еще больше тепла в непрерывном открытом цикле.

Если этого недостаточно, чтобы взорвать ваш мозг, подумайте об абсорбционных тепловых насосах — насосах с воздушным источником энергии, которые работают не от электричества, а от природного газа, солнечной энергии, пропана или геотермальной нагретой воды. Абсорбционные насосы могут использоваться для крупномасштабных применений, но теперь они доступны и для домов. Основное различие между стандартным тепловым насосом с воздушным источником тепла и абсорбционным насосом заключается в том, что вместо сжатия хладагента абсорбционный насос впитывает аммиак в воду, а затем маломощный насос нагнетает в нее давление. Затем источник тепла вываривает аммиак из воды, и процесс начинается заново.

Когда вы идете проверять абсорбционный тепловой насос, полезно знать, как они оцениваются. Производители оценивают их с помощью измерения, называемого коэффициентом производительности (COP), что звучит довольно сложно. Но все, что вам нужно знать, — это искать коэффициент эффективности выше 1,2 для отопления и выше 0,7 для охлаждения. И не волнуйтесь, мы обсудим рейтинги стандартных тепловых насосов чуть позже.

Тепловые насосы с воздушным источником, с грунтовым источником и абсорбционные тепловые насосы являются наиболее распространенными видами тепловых насосов, но они не подходят для любой ситуации. Читайте дальше, чтобы узнать о других типах тепловых насосов.