Тепловые насосы. 
Теплотехника

При работе холодильных установок отбираемая от охлаждаемых предметов теплота передается «верхнему», или «горячему», источнику теплоты, в качестве которого обычно используется окружающая среда — чаще всего либо вода, либо окружающий установку воздух. Если речь идет о некотором замкнутом помещении, то температура воздуха в нем за счет работы холодильной установки должна постепенно подниматься. Таким образом, при определенных затратах энергии теплота «перекачивается» установкой от охлаждаемых предметов в имеющую большую температуру окружающую среду. Следовательно, существует возможность использовать источники теплоты, имеющие относительно невысокие температуры, для отопления. Подобный способ отопления оказывается в итоге более выгодным, нежели непосредственное использование для этих целей тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлив.

Соответствующие установки, применяемые для повышения температуры в помещении за счет низкотемпературных источников энергии, называются тепловыми насосами и с каждым годом находят в мире все большее распространение. Эффективность теплового насоса определяется коэффициентом трансформации теплоты р (см. параграф 5.6).

Как и холодильный коэффициент г, коэффициент р возрастает при понижении температуры «верхнего» источника теплоты Г, и при повышении температуры «нижнего» источника теплоты Т₂. Следовательно, эффективность тепловых насосов возрастает в том случае, если для повышения температуры отапливаемого помещения используется источник теплоты с возможно более высокой температурой Т₂. В связи с этим дополнительным преимуществом реальных тепловых насосов является возможность при соответствующем переключении понижать температуру в помещении в летний период, т. е. использовать их для кондиционирования воздуха. В этом случае отводимая при кондиционировании воздуха энергия может аккумулироваться в некотором тепловом аккумуляторе, повышая его температуру. В зимний период этот тепловой аккумулятор в комбинации с тепловым насосом используется для отопления. В этом плане особые выгоды обещает совместное использование тепловых насосов и сезонных аккумуляторов теплоты (CAT). Последние представляют собой участки грунта или подземные резервуары, в летний период аккумулирующие солнечную энергию, а в зимний период отдающие ее для отопительных целей.

Одинаковый принцип работы холодильных машин и тепловых насосов позволяет в одном агрегате вырабатывать как холод, так и теплоту, обеспечивая одновременно теплои хладоснабжение потребителя. Обычно такое сочетание является экономически выгодным. Источником теплоты для теплового насоса, используемого для отопления, могут быть воздух, вода и грунт. Приемником теплоты является отапливаемое помещение. Если температура источника теплоты изменяется (например, суточное изменение температуры воздуха), то эффективность теплового насоса также изменяется.

Схема отопления помещения тепловым насосом показана на рис. 18.10.

Рис. 18.10. Принципиальная схема отопления помещения тепловым насосом:

I — наружный воздух; II — воздух из помещения; 1 — отапливаемое помещение; 2, 5 — вентиляторы; 3 — испаритель; 4 — дроссель; 6 — охладитель; 7 — вентиль для отогрева испарителя; 8 — компрессор; 9 — электродвигатель; 10 — отделитель жидкости; 11 — регулировочный вентиль;

12 — ресивер; 13 — конденсатор Наружный воздух I вентилятором 2 (или вода насосом) прокачивается через испаритель 3 и отдает теплоту Q_(l кипящему в испарителе 3 рабочему телу цикла. Пары из испарителя 3 отсасываются компрессором 8> сжимаются и поступают в охладитель 6 и конденсатор 13. Вентилятор 5 (или насос) прокачивает комнатный воздух II или воду из системы отопления через охладитель 6 и конденсатор 13, и в результате в помещение передается теплота <2 = <2″ + К-

В качестве примера приведем характеристики теплового насоса НТ 80. Он работает по простейшей схеме одноступенчатого сжатия с поршневым компрессором в двух режимах: теплоили хладоснабжения.

В испарителе теплового насоса теплота рабочему телу цикла (R12) может передаваться от водопроводной, артезианской или термальной воды. В режиме теплоснабжения теплопроизводителыюсть насоса достигает 130 кВт при температуре в испарителе не ниже 6 °C. Потребителю подается 7,2 м³/ч нагретой до 58 °C воды. В режиме хладоснабжения холодопроизводительность достигает 163 кВт при температуре в испарителе 5 °C и температуре конденсации 30 °C. Потребителю может подаваться до 20 м³/ч воды, охлажденной до 5 °C, или холодный теплоноситель (рассол) с температурой до минус 25 °C. Холодопроизводителыюсть при t_n = 25 °C не превышает 40 кВт. Общая потребляемая мощность составляет 43 кВт. Тепловой насос автоматизирован. Переключение с режима теплоснабжения на режим хладосиабжения осуществляется вручную.