XIV Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2022

Тепловой насос – устройство, предназначенное для повышения температуры теплоносителя посредством затраты механической работы до такой величины, при которой теплоноситель способен отдать теплоту на технологические нужды, например, для отопления или горячего водоснабжения здания.

Принцип работы теплового насоса основан на работах французского физика и математика Николя Леонара Карно. Концепция тепловых насосов была разработана в 1852 году британским физиком и инженером Уильямом Томсоном.

В 30-х годах XX века после того, как в Англии была создана первая установка, предназначенная для отопления и горячего водоснабжения с использованием тепла окружающего воздуха, теплонасосные установки получили своё дальнейшее развитие. Это привело к началу работы в США и созданию там нескольких демонстрационных установок. Уже в 1976 г. продажи тепловых насосов только в США составили более 300 тысяч, а их общее количество превышало более 2 миллионов. Ежегодно количество производимых теплонасосных установок увеличивается от 30 до 40%, а в некоторых странах до 100%. В 2004 г. в Германии продано более 20 тысяч установок, а в Норвегии 48 тысяч установок. По прогнозу Мирового энергетического комитета к 2020 г. в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов составит 75%.

Тепловые насосы классифицируются по следующим признакам [1]:

− по принципу действия, на парокомпрессионные, абсорбционные, адсорбционные, термоэлектрические;

− по источнику низкопотенциальной теплоты, на использующие:

наружный воздух,

подземные или поверхностные воды,

солнечную энергию,

грунт,

технологические и вентиляционные выбросы;

− по комбинации источника низкопотенциальной теплоты и нагреваемой тепловым насосом средой, на: воздух-воздух, воздух-вода, вода-воздух, вода-вода, грунт-вода, вода-грунт;

− по источнику затрачиваемой на работу теплового насоса энергии, делятся на потребляющие электроэнергию, ископаемое топливо и вторичные энергетические ресурсы;

− по типу инженерной системы, на нужды которых используется отобранная теплота: отопительные, вентиляционные, кондиционирования воздуха и технологические.

В настоящий момент наибольшее применение в пассивных домах получили компрессионные тепловые насосы. Принцип работы компрессионного теплового насоса заключается в следующем [2]: В испарителе 1 за счет теплоты низкопотенциального источника теплоты (грунта, воды, воздуха) происходит парообразование низкокипящего теплоносителя (фреона) и отбор им теплоты. Образовавшийся перегретый пар сжимается в компрессоре 2. Пар поступает в конденсатор 3, где он изменяет свое состояние на жидкое, отдавая тепловую энергию контуру системы горячего водоснабжения и отопления. Полученный конденсат направляется к дросселирующему вентилю 4. В дросселирующем вентиле происходит понижение давления, после чего жидкость вновь поступает в испаритель.

Рис. 1. Принципиальная схема компрессионного теплового насоса:

1 – испаритель; 2 – компрессор; 3 – конденсатор; 4 – дроссельный вентиль

В настоящее время одним из наиболее распространенных типовых решений является индивидуальный геотермальный тепловой насос, обслуживающий, как правило, одноквартирные жилые дома. В данной системе тепловой насос преобразует низкопотенциальную энергию грунтовых вод, грунта и поверхностных водоемов.

К достоинствам тепловых насосов можно отнести:

Полная автономность, Возможность установки в любой местности, так как источником тепла способны стать воздух вода либо грунт.

Значительная экономия электроэнергии;

Высокий КПД;

Долговечность. Оборудование, за которым ухаживают должным образом, способно бесперебойно работать 25-50 лет;

Безопасность для окружающей среды.

Недостатки тепловых насосов:

Цена тепловых насосов и стоимость обустройства геотермальной системы;

Необходимость добавления дополнительного источника тепла;

Для исправной работы теплового насоса надо свести к минимуму перепады напряжения, которые способны спровоцировать поломку установки.

Литература

1. Бодров, В.И. Практикум по возобновляемым источникам энергии и тепловизионному обследованию зданий и сооружений [Текст]: учеб. пос. для вузов / В.И. Бодров, М.В. Бодров, В.Ю. Кузин, Ж.А. Шевченко; под общ. ред. В.И. Бодрова; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2015. – 142 с. ISBN 978-5-528-00125-8

2. Бодров, В. И. Инженерные основы создания пассивных домов: учебник / В. И. Бодров, М. В. Бодров, В. Ю. Кузин, Ж. А. Шевченко; Нижегор. гос. архитектур.-строит. ун-т. – Н. Новгород: ННГАСУ, 2015. – 110 с. ISBN 978-5-528-00126-5

3. История развития тепловых насосов [Электронный ресурс] URL: https://studwood.ru/1100784/matematika_himiya_fizika/istoriya_razvitiya_teplovyh_nasosov

4. Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

URL: https://dom-i-remont.info/posts/obshhie-voprosy/teplovye-nasosy-nedostatki-preimushhestva-problemy-i-vygody-vidy-tn/