Що таке тепловий насос? Тепловий насос є частиною домашньої системи опалення та охолодження та встановлюється поза домом. Подібно до кондиціонера, такого як центральний кондиціонер, він може охолоджувати ваш будинок, але також здатний забезпечувати тепло. У прохолодніші місяці тепловий насос витягує тепло з холодного зовнішнього повітря і переносить його в приміщення, а в тепліші місяці він витягує тепло з повітря в приміщенні для охолодження вашого будинку.
Насоси живляться від електрики і передають тепло за допомогою холодоагенту, забезпечуючи комфорт цілий рік. Оскільки вони забезпечують як охолодження, так і обігрів, домовласникам може не знадобитися встановлення окремих систем для обігріву своїх будинків. У більш холодному кліматі до внутрішнього фанкойлу можна додати електричну смугу нагрівання для додаткових можливостей. Теплові насоси не спалюють викопне паливо, як печі, що робить їх більш екологічними.
Які види теплових насосів є?
Двома найбільш поширеними типами теплових насосів є повітряні та ґрунтові. Повітряні теплові насоси передають тепло між повітрям у приміщенні та зовнішнім повітрям та популярніші для опалення та охолодження житлових приміщень.
Геотермальні теплові насоси, які іноді називають геотермальними тепловими насосами, передають тепло між повітрям усередині вашого будинку та землею зовні. Їх установка дорожча, але, як правило, вони ефективніші і мають менші експлуатаційні витрати через сталість температури ґрунту протягом усього року.
Як працює тепловий насос?
Як працює тепловий насос? Теплові насоси переносять тепло з одного місця до іншого за допомогою різних джерел повітря або тепла. Повітряні теплові насоси переміщують тепло між повітрям усередині будинку та повітрям зовні будинку, тоді як геотермальні теплові насоси (відомі як геотермальні теплові насоси) передають тепло між повітрям усередині будинку та землею зовні будинку. Ми зосередимося на теплових насосах із повітряним джерелом, але основна робота у них однакова.
Основи теплового насосу
Незважаючи на назву, теплові насоси не генерують тепло – вони переміщують тепло з одного місця до іншого. Пекти створює тепло, яке розповсюджується по всьому будинку, а тепловий насос поглинає теплову енергію із зовнішнього повітря (навіть за низьких температур) і передає її повітрю в приміщенні. У режимі охолодження тепловий насос та кондиціонер функціонально ідентичні, поглинаючи тепло з повітря у приміщенні та виділяючи його через зовнішній блок.
При розгляді питання про те, який тип системи найкраще підходить для вашого будинку, слід враховувати кілька важливих факторів, у тому числі розмір будинку та місцевий клімат.
Де найкраще працюють теплові насоси?
Домовласники, які потребують нової системи опалення чи охолодження, можуть розглянути тип клімату, у якому вони живуть, як купувати систему теплового насоса. Теплові насоси частіше використовуються в м’якшому кліматі, де температура зазвичай не опускається нижче за нуль. У холодніших регіонах їх також можна комбінувати з печами для енергоефективного опалення в усі дні, крім найхолодніших. Коли температура зовні падає занадто низько для ефективної роботи теплового насоса, натомість система використовуватиме піч для вироблення тепла. Таку систему часто називають двопаливною системою — вона дуже енергоефективна та економічна.
Важливі компоненти системи теплового насосу
Типова система повітряного теплового насоса складається з двох основних компонентів: зовнішнього блоку (що виглядає так само, як зовнішній блок спліт-системи кондиціювання повітря) та внутрішнього блоку обробки повітря. Як внутрішній, і зовнішній блок містять різні важливі підкомпоненти.
Зовнішній блок
Зовнішній блок містить змійовик та вентилятор. Змійовик працює або як конденсатор (в режимі охолодження), або як випарник (в режимі нагрівання). Вентилятор обдуває змійовик зовнішнім повітрям для полегшення теплообміну.
Внутрішній блок
Як і зовнішній блок, внутрішній блок, який зазвичай називають блоком обробки повітря, містить змійовик і вентилятор. Змійовик діє як випарник (в режимі охолодження) або конденсатор (в режимі нагрівання). Вентилятор відповідає за переміщення повітря по змійовику та повітроводам у будинку.
Холодоагент
Хладагент – це речовина, яка поглинає та відводить тепло при його циркуляції за системою теплового насоса.
Компресор
Компресор нагнітає холодоагент і переміщає його системою.
Зворотній клапан
Частина системи теплового насоса, яка змінює напрямок потоку холодоагенту, дозволяючи системі працювати в протилежному напрямку та перемикатися між обігрівом та охолодженням.
Розширювальний клапан
Розширювальний клапан діє як дозуючий пристрій, регулюючи потік холодоагенту при його проходженні через систему, що дозволяє знизити тиск і температуру холодоагенту.
Як тепловий насос охолоджує та нагріває?
Теплові насоси не виробляють тепло. Вони перерозподіляють тепло з повітря або землі і використовують холодоагент, який циркулює між внутрішнім фанкойлом (обробником повітря) та зовнішнім компресором для передачі тепла.
У режимі охолодження тепловий насос поглинає тепло всередині будинку та віддає його назовні. У режимі обігріву тепловий насос поглинає тепло із землі або зовнішнього повітря (навіть холодного повітря) та віддає його у приміщення.
Як працює тепловий насос – режим охолодження
Одна з найважливіших речей, які потрібно зрозуміти про роботу теплового насоса та процес передачі тепла, полягає в тому, що теплова енергія природним чином прагне переміщатися в області з нижчими температурами та меншим тиском. Теплові насоси покладаються на цю фізичну властивість, забезпечуючи контакт тепла з більш прохолодним середовищем з нижчим тиском, щоб тепло могло передаватися природним чином. Так працює тепловий насос.
Крок 1
Рідкий холодоагент прокачується через розширювальний пристрій на внутрішньому змійовику, який працює як випарник. Повітря зсередини будинку продувається через змійовики, де теплова енергія поглинається холодоагентом. Отримане холодне повітря продувається по повітроводах будинку. У процесі поглинання теплової енергії рідкий холодоагент нагрівається та випаровується у газоподібну форму.
Крок 2
Тепер газоподібний холодоагент проходить через компресор, який утворює тиск у газі. Процес стиснення газу викликає його нагрівання (фізична властивість стиснутих газів). Гарячий холодоагент під тиском проходить через систему до змійовика зовнішнього блоку.
Крок 3
Вентилятор зовнішнього блоку переміщає зовнішнє повітря через змійовики, які в режимі охолодження є змійовиками конденсатора. Оскільки повітря зовні будинку холодніше гарячого стисненого газового холодоагенту в змійовику, тепло передається від зовнішнього холодоагенту. Під час цього процесу холодоагент при охолодженні конденсується знову в рідкий стан. Теплий рідкий холодоагент подається системою до розширювального клапана внутрішніх блоків.
Крок 4
Розширювальний клапан знижує тиск теплого рідкого холодоагенту, що значно охолоджує його. У цей момент холодоагент знаходиться в холодному рідкому стані і готовий до перекачування назад в змійовик внутрішнього блоку випарника, щоб знову почати цикл.
Як працює тепловий насос – режим опалення
Тепловий насос у режимі обігріву працює так само, як і в режимі охолодження, за винятком того, що потік холодоагенту реверсується реверсивним клапаном. Зворотний потік означає, що джерелом тепла стає зовнішнє повітря (навіть за низьких зовнішніх температур), а теплова енергія вивільняється всередині будинку. Зовнішній змійовик тепер виконує функцію випарника, а внутрішній змійовик виконує роль конденсатора.
Фізика процесу та сама. Теплова енергія поглинається у зовнішньому блоці холодним рідким холодоагентом, перетворюючи його на холодний газ. Потім до холодного газу прикладається тиск, перетворюючи його на гарячий газ. Гарячий газ охолоджується у внутрішньому блоці за рахунок пропускання повітря, нагрівання повітря та конденсації газу в теплу рідину. Тепла рідина скидає тиск, коли надходить у зовнішній блок, перетворюючи його на холодну рідину і відновлюючи цикл.
Як працює тепловий насос
Теплові насоси – це універсальні, ефективні системи охолодження та опалення. Завдяки реверсивному клапану тепловий насос може змінювати потік холодоагенту та нагрівати чи охолоджувати будинок. Повітря обдувається змійовиком випарника, передаючи теплову енергію від повітря холодоагенту. Ця теплова енергія циркулює в холодоагенті до змійовика конденсатора, де вона вивільняється, коли вентилятор продуває повітря через змійовик. Завдяки цьому процесу тепло перекачується з одного місця до іншого.
