Тепловой насос википедия: Тепловой насос — Википедия – Геотермальный тепловой насос — Википедия

Считаю что схема изображена неверно. Тепло от низкопотенциального источника подводится к системе, а не отбирается от неё, как это показано на схеме. Исправьте пожалуйста. 89.232.124.45 17:27, 14 декабря 2007 (UTC) Степанов Павел Студент, Казань ICQ 434870579

Сто лет в обед как это используется в кондиционерах. Такое впечатление, что статья написана в 50-е. —Rambalac 03:27, 24 сентября 2008 (UTC)

Замечание совершенно «не в тему». Кондиционеры имеют другой принцип работы — охлаждаемое помещение является «морозильной камерой» холодильной установки, а тепло от конденсатора отводится за пределы здания, в атмосферу. Тепловой насос же отбирает тепло у внешней среды и использует его для обогрева помещения. Т.о., кондиционер является холодильной установкой с открытой в помещение морозильно/холодильной камерой и выведенным наружу радиатором конденсатора, а тепловой насос — «обращённая» холодильная установка, где радиатор конденсатора, упрощая, является радиатором отопления помещения.Baffet 13:59, 28 ноября 2010 (UTC)

А по мне очень даже и неплохо, а кому интересно может посмотреть историю и реально работающие установки здесь: http://www.veles-gh.ru/89.21.141.77 11:51, 14 января 2009 (UTC)89.21.141.77 11:47, 14 января 2009 (UTC)

Вообще-то 80% домов в Швеции и около 20% в Финляндии уже оснащены тепловыми насосами. Норвегия тоже в лидерах. Очень бурно развивается рынок: http://www.sulpu.fi/index.php?option=com_zoom&Itemid=127&catid=5. Перевёл немного и ссылку оставил, по картинке можно понять суть. Информацию в статье стоит дополнить переводом, много теории, а ведь всё это уже реально работает, никакой хладагент под землю никто не закачивает! Канада по климату похожа, английские источники стоит поискать там. Kovako-1 22:30, 19 августа 2010 (UTC)

Прошу Вас избегать сентенций, подобных «никакой хладогент под землю никто не закачивает», т.к. в подобном случае Вы отрицаете одну из существующих и реально работающих схем теплового насоса «земля-вода». Рекомендую Вам прочесть статьи с пояснениями на сайтах ведущих производителей теплоэнергооборудования.Baffet 14:03, 28 ноября 2010 (UTC)

Фраза «фактически — это холодильник, включенный наоборот» категорически неверна. Тепловой насос всегда имеет «два конца» — на одном он отбирает энергию, на другом отдает. В частности, холодильник — это и есть обычный тепловой насос. Рекомендую также посмотреть английскую версию статьи — Нуда холодильник выкачивет тепло из продуктов, а тепловой насос из источник низкопотенциального тепла — сравнение не хорошое. en:Heat pump — там нет таких ошибок. 91.78.15.225 07:39, 24 февраля 2009 (UTC)

Уважаемый аноним! Что то тут ваши антитезы не сходятся. 1.Тепловой насос всегда имеет «два конца». А что холодильник имеет один? Или три? 2. В частности, холодильник — это и есть обычный тепловой насос.Это ваше логическое утверждение. Исходя из него «…В частности, тепловой насос — это и есть обычный холодильник». И где же тогда Вы увидели «категорическую неверность» и «такие ошибки». Фраза очень точно обозначает суть процесса для обывателя. Рекомендую почитать учебник физики на русском языке, хотя можете и на английском если Вам удобнее. Властарь 09:56, 24 февраля 2009 (UTC)

Согласен с тем, что фраза «это холодильник, включенный наоборот» вводит в заблуждение. Имеет смысл переработать статью и исключить эту фразу. Agri 05:16, 24 апреля 2009 (UTC)

Чем лично вас эта фраза ввела в заблуждение? И холодильник и тепловой насос используют один и тот же принцип. Поставте морозильную камеру в помещение а теплообменник на улицу — получите холодильник. Делаем наоборот. Морозильную камеру выносим на улицу, а теплообменник устанавливаем в помещении — вот вам тепловой насос. В фразе всего три слова. Какое из слов именно вводит в заблуждение? Холодильник? Включенный? Или наоборот? Властарь 21:40, 26 апреля 2009 (UTC)

Эта фраза всего-лишь начало статьи. Если статью дальше не читать то возможно кто-то чего-то и не поймет. Я ж не оставил эту фразу одну. Эту статью копируют уже все кому не лень, в том числе и фирмы которые непосредственно занимаются продажей и установкой этих самых тепловых насосов. Их в этой статье ничего не смущает. В итоге я бегаю по интернету нахожу свою же статью почти целиком или слегка переработанную и делаю на них ссылки как на АИ. Властарь 22:19, 26 апреля 2009 (UTC)

А вот так нелья делать 🙂 И то, что «их… ничего не смущает», это их проблемы — может, они безоговорочно верят Википедии (а зря!) infovarius 06:29, 28 апреля 2009 (UTC)

Удалил слова со значением «наоборот». Тепловой насос — это, по сути, такая же холодильная машина, как холодильник: переносит тепло из зоны низких температур в зону высоких путём совершения работы. Разница в понимании задач этой машины: у холодильника цель находится на холодном конце, у ТН — на тёплом. И соответственно отлчается то, на каком конце стараются сконцентрировать «усилия», а на каком «распылить» эффект для снижения преодолеваемой разницы температур. Ignatus 19:49, 3 июня 2011 (UTC)

• То, что мы именуем бытовой «холодильник» — действительно лишь вариант теплового насоса — в отличие от холодильника физического или технологического устройства для охлаждения (паров) — в т.ч. и теплообменника 🙂

То, что слепо копируют ру-вики — естественно, и улучшать статьи нужно… :-)) Alexandrov 07:49, 28 апреля 2009 (UTC)

Мне лично кажеться неверной формулировка «Условный КПД тепловых насосов», все таки правльней назвать КПЭ (коэффицент преобразования энергии), COP (coefficient of perfomance). А так обывателю может показаться, что ТНУ — это перпетуум мобиле с КПД 200-600%%, даже после последующего разъяснения. (SlayeR)

СОР(coefficient of perfomance)- так он и называется, на шведском и финском не стали изобретать велосипед, используют именно эту абревиатуру. Kovako-1 22:36, 19 августа 2010 (UTC)

…что должна значить фраза «Ориентировочно на 1 погонный метр скважины приходится в год 50-60 Вт тепловой энергии»? —KVK2005 10:29, 26 апреля 2011 (UTC)

Верное замечание. Ватты в год быть не могут в данном случае, отношение мощности ко времени — это скорость изменения мощности и подобная физическая величина к данному вопросу отношения не имеет. Возможно имелась в виду среднегодовая мощность составляет 50…60 Вт или энергия получаемая за год составляет 50…60 Вт*ч. Скорее всего первый вариант, так как 50…60 Вт*ч за год равняется примерно 0,006 Вт, что очень мало. Также вопросом является какой диаметр скважины, так как чем больше диаметр, тем больше площадь, меньше тепловое сопротивление и соответственно больше можно отбирать тепла. Судя по ссылке эта информация частично рекламная и относится к конкретному исполнению скважин предлагаемых какой то компанией.178.165.55.68 20:10, 10 января 2012 (UTC)S_En

Может немного подправить статью?[править код]

По сути по всем частям статьи разбросана так называемая эффективность или COP или тепловой коэффициент или коэф. трансформации. Но по сути данный параметр не раскрыт. Может создать раздел с формулами и примерами, а из других разделов убрать постоянные отсылки к эффективности тепловых насосов? Можно просчитать холодильный цикл для разных температурных режимов? А то все вокруг да около. —Ruslan_G 06:18, 16 января 2014 (UTC)

По сути написано верно, но никто не подумал почему единицы измерения разные? Почему джоули на ваты делят? не перебор для безразмерной величины?

В английской версии «is the work consumed by the heat pump.» вместо ватов т.е. те же джоули. —109.238.81.229 08:19, 22 сентября 2014 (UTC)

Условный КПД тепловых насосов[править код]

зря убрали я считаю.

там объяснено почему КПД у некоторых получается 300%. откуда берутся эти сотни и почему это несовсем правильно, хотя и имеет под собой некоторые основания и вообще зачем ввели COP и степеь термодинамического совершенства, а то эта величина неожиданно появляется в таблице и толком не объяснено что эта за величина и зачем её ваще ввели—109.238.81.229 05:26, 27 сентября 2014 (UTC)

Федор ты хоть обясни что тебе не нравится- что за манера от мена и все.

• Тут энциклопедия всё-таки, а не забор для надписей «Я был тут». Напиши на основе нормальных источников (ВП:АИ) и по-русски, без грубых ошибок. —Fedor Babkin ^talk 06:04, 27 сентября 2014 (UTC)

посторался кратко изложить… можно добавить в источники —109.238.81.229 06:10, 27 сентября 2014 (UTC)

• ютуб не годится. Лучше университетские учебники (не школьные) или монографии. —Fedor Babkin ^talk 06:19, 27 сентября 2014 (UTC)

• Ну он размещён на туье так это пособие для ВУЗов… ну короче это уже в форум превращается. Я к тому что я это все не с потолка взял, интересно а как с этим у пред идущих ораторов? —109.238.81.229 06:22, 27 сентября 2014 (UTC)

• Вставлю свои 5 копеек: конечно, внятно объяснить, что такое COP и каким образом получается, что на выходе ТН мы получаем больше энергии, чем на входе, в статье нужно. Но корректность формулировок, грамотность и стиль того текста, что добавляет ув. аноним, увы, на таком низком уровне, что скорее вредят энциклопедии, чем улучшают её. Переписать бы это нормальным языком… DmitTrix (обс) 07:30, 27 сентября 2014 (UTC)
• По-русски писать без ошибок можете? Что такое АИ понимаете? —Fedor Babkin ^talk 11:45, 27 сентября 2014 (UTC)

• Всё-таки, убрал абзац, так как он написан полуграмотно и сумбурно. Нужно переписать с нуля! Не соответствует уровню Википедии. Уважаемый аноним «109.238.81.229», вам большая просьба и совет: дописывайте и правьте статьи не лихорадочно, а обдуманно и ГРАМОТНО (!). Вы позволяете себе по отношению к поправляющим вас участникам довольно резко высказываться. Насколько это видно из вашей истории, это присутствует почти при всех ваших «написаниях». Вас уже предупредили о возможности «бана». Illustrator 02:30, 12 января 2015 (UTC)
• По определению КПД=(полезная энергия или работа)/(затраченная энергия или работа). Для тепловых насосов (полезная)=Q1 — количество теплоты, отданное нагревателю; (затраченная)=А — электрическая энергия, взятая из сети для работы насоса. Из закона сохранения энергии также следует A=Q1-Q2, где Q2 — количество теплоты, взятое из холодильника. Таким образом, КПД=Q1/A=Q1/(Q1-Q2). Для идеального теплового насоса, работающего по циклу Карно, КПД=T1/(T1-T2), где T1 и T2 — температуры нагревателя и холодильника. 95.32.3.151 07:28, 29 января 2015 (UTC)
• Дичь полная написана. Например, «Пусть тепловой насос потребляет из электрической сети 1 КВт и отдает потребителю 4 Квт, и забирает из низкопотенциального источника 5 Квт». Получается, взял 6, отдал 4, куда ещё 2 дел? Надо переписать раздел.93.125.107.51 10:52, 20 октября 2018 (UTC)

Википедия морочит голову[править код]

Тепловой насос затрачивает энергии больше, чем переносит от холодного тела к теплому. Если бы существовал способ перенести N джоулей тепла от холодного тела к теплому, затратив при этом энергии меньше чем N джоулей, то это был бы вечный двигатель 2-го рода. Потому что потом можно было бы эти же самые N джоулей тепла пустить от теплого тела к холодному через обычный тепловой двигатель (паровую машину) и выполнить полезную работу. Right-kov 07:42, 21 апреля 2016 (UTC)

• Нет. Предложенная вами тепловой двигатель будет иметь КПД достаточно низкий, чтобы общий КПД системы был меньше 100%. По-моему, это верно даже в случае идеальных теплового насоса и теплового двигателя, и уж точно верно для реальных. DmitTrix 09:39, 21 апреля 2016 (UTC)

Тепловий насос — Вікіпедія

Теплови́й насо́с (помпа) (англ. heat pump) — агрегат, який переносить розсіяну теплову енергію в опалювальний або водогрійний контур. Принцип роботи теплового насоса заснований на замкнутому циклі Карно.

Історія виникнення теплового насоса[ред. | ред. код]

Концепцію теплових насосів було розроблено ще в 1852 британським фізиком та інженером Вільямом Томсоном (Лордом Кельвіном) і в подальшому вдосконалено та деталізовано австрійським інженером Петером фон Ріттінгером. Петера Ріттера фон Ріттінгера вважають винахідником теплового насосу, оскільки саме він спроектував і встановив перший відомий тепловий насос у 1855 році.^[1]

Практичного застосування тепловий насос набув значно пізніше, а точніше у 40-х роках XX століття, коли винахідник-ентузіаст Роберт Вебер (Robert C. Webber) експериментував з морозильною камерою [2]. Одного разу Вебер випадково доторкнувся до гарячої труби на виході камери і зрозумів, що тепло просто викидається назовні. Винахідник замислився над тим, як використати це тепло, — і вирішив помістити трубу в бойлер для підігріву води. У результаті Вебер забезпечив свою родину такою кількістю гарячої води, що її вони просто не могли використати, — і при цьому частина тепла потрапляла у повітря. Це наштовхнуло його на думку, що від одного джерела тепла можна підігрівати і воду, і повітря одночасно: Вебер удосконалив свій винахід і почав проганяти гарячу воду по спіралі (через змійовик) і за допомогою невеликого вентилятора розповсюджувати тепло по будинку з метою його опалення.

Згодом саме у Вебера з’явилась ідея «викачувати» тепло із землі, де температура не надто змінювалась протягом року. Він помістив у ґрунт мідні труби, якими циркулював фреон, що «збирав» тепло землі. Газ конденсувався, віддаючи своє тепло у домі, та знов проходив через змійовик, щоб підібрати наступну порцію тепла. Повітря приводилося в рух за допомогою вентилятора і розповсюджувалось по будинку.

У 40-х роках тепловий насос був відомим через свою надзвичайну ефективність, але реальна потреба у ньому виникла за часів Арабського нафтового ембарго у 70-х роках, коли, незважаючи на низькі ціни на енергоносії, з’явився інтерес до енергозбереження.

Склад теплового насоса[ред. | ред. код]

Внутрішній контур теплових насосів складається з таких компонентів:

Холодоагент під високим тиском через капілярний отвір потрапляє у випарник, де за рахунок зниження тиску відбувається процес випарювання. При цьому холодоагент забирає тепло у внутрішніх стінок випарника. Випарник у свою чергу відбирає тепло в повітряного, ґрунтового або водяного контуру, за рахунок чого повітря, ґрунт чи вода постійно охолоджується. Компресор вбирає холодоагент із випарника, стискає його, за рахунок чого температура холодоагенту різко підвищується й виштовхує в конденсатор. Крім цього, у конденсаторі, нагрітий у результаті стиску холодоагент віддає тепло (температура порядку 85-125 градусів Цельсія) опалювальному контуру й переходить у рідкий стан. Процес повторюється постійно. Коли температура досягає необхідного рівня, електричне коло розривається терморегулятором і тепловий насос перестає працювати. Коли температура в опалювальному контурі падає, терморегулятор знову запускає тепловий насос. У такий спосіб холодоагент у тепловому насосі робить замкнутий цикл Карно.

Теплові насоси трансформують розсіяну теплову енергію повітря, ґрунту чи води у відносно високопотенційне тепло для нагрівання об’єкта (води чи повітря). Приблизно 75 % опалювальної енергії можна збирати безкоштовно із природи: повітря, ґрунту, води й тільки 25 % енергії необхідно використати для роботи самого теплового насоса. Інакше кажучи, власник теплових насосів заощаджує 3/4 коштів, які він би регулярно витрачав на дизпаливо, газ або електроенергію для традиційного опалення. Просто кажучи, тепловий насос за допомогою теплообмінників збирає теплову енергію із землі (води, повітря) і «переносить» її в приміщення.

Теплові насоси здатні не тільки опалювати приміщення, але й забезпечувати гаряче водопостачання, а також здійснювати кондиціювання повітря. Але при цьому в теплових насосах повинен бути реверсивний клапан, саме він дозволяє тепловому насосу працювати у зворотному режимі.

Типи теплових насосів[ред. | ред. код]

Залежно від принципу роботи теплові насоси поділяють на компресійні та абсорбційні. Компресійні теплові насоси завжди діють за допомогою механічної або електричної енергії, в той час як абсорбційні теплові насоси можуть працювати на теплі як джерелі енергії (за допомогою електроенергії чи палива).

Залежно від джерела надходження тепла теплові насоси діляться на: водяні, ґрунтові, повітряні і комбіновані (інші).

Залежно від джерела відбору тепла теплові насоси поділяються:^[2]

• Геотермальні (використовують тепло землі, наземних або підземних ґрунтових вод)
  • замкнутого типу
    • горизонтальні — колектор розміщується кільцями або хвилясто у горизонтальних траншеях нижче глибини промерзання ґрунту (зазвичай від 1,20 м і більше).^[3] Цей спосіб є найбільш економічно ефективним для жилих об’єктів за умови відсутності дефіциту земельної площі під контур.
    • вертикальні — колектор розміщується вертикально у свердловини глибиною до 200 м.^[4] Цей спосіб застосовується у випадках, коли площа земельної ділянки не дозволяє розмістити контур горизонтально або є загроза пошкодження ландшафту.
    • водні — колектор розміщується хвилясто або кільцями у водойму (озеро, ставок, річку) нижче глибини промерзання. Це найдешевший варіант, але є вимоги до мінімальної глибини та об’єму води у водоймі для певного регіону.
  • відкритого типу. Така система використовує як теплообмінну рідину воду, що циркулює безпосередньо через теплобмінник теплового насосу в рамках відкритого циклу, тобто вода після проходження теплообмінника повертається у землю. Цей варіант можливо реалізувати на практиці лише при наявності достатньої кількості відносно чистої води та за умови, що такий спосіб використання ґрунтових вод є дозволеним.
• Повітряні (джерелом відбору тепла є повітря) малоефективні через постійне обмерзання випарника.
• Такі, що використовують вторинне тепло (наприклад, тепло вентиляції, каналізації та інших відходів). Цей варіант є найдоцільнішим для промислових об’єктів, де є джерела паразитного тепла, яке потребує утилізації.
• Трасовий гідро-газодинамічний тепловий насос — пристрій з розподіленими параметрами, який переносить низькопотенційну теплову енергію з оточуючого середовища в цільовий трубопровідний контур. Цей насос містить дроселюючий елемент, що спричиняє до локального нагріву транспортованого продукту в одній зоні і охолодження в іншій і не містить спеціальних вторинних контурів теплопередачі. Роль вторинних контурів виконують окремі ділянки трубопроводу.^[5]
• Детандерний — насос, де замість дроселя (капілярної трубки) застосовується теплова машина — детандер. На відміну від звичайних теплонасосів (кондиціонерів, холодильників), які працюють на базі застосування дроселя, детандерні теплові насоси мають більшу продуктивність і можуть працювати на водню і гелію в якості холодагенту. В фізиці ці гази відомі як такі, що не дроселюються, але за своїми властивостями найбільш наближені до, так званих, ідеальних газів. Зріджують ці газу тільки завдяки турбодетандерам (мікротурбінам).

Переваги теплових насосів[ред. | ред. код]

Економічність. Тепловий насос використовує електричну енергію значно ефективніше електричних котлів. Коефіцієнт ефективності теплових насосів більший одиниці. Між собою теплові насоси порівнюють за коефіцієнтом перетворення тепла (КПТ). Він показує відношення одержуваного тепла до витраченої енергії. Приміром, КПТ = 4,5 означає, що номінальна (споживана) потужність теплового насоса становить 1 кВт, а на виході ми одержимо 4,5 кВт теплової потужності, тобто 3,5 кВт тепла ми отримаємо із природи (сонце, геотермія).

Широкий спектр застосування. На нашій планеті існує безліч розсіяного тепла. Земля й повітря є скрізь, також більшість людей не мають проблем з водою. Саме вони містять в собі теплову енергію, отриману від сонця. Теплові насоси зберуть це тепло. Усе що потрібно для цього — електрична енергія. Деякі моделі теплових насосів можуть застосовувати паливо для своєї роботи.

Екологічність. Тепловий насос не тільки заощаджує гроші, але й береже здоров’я власникам будинку. Прилад не спалює паливо, не утворюються шкідливі окиси типу CO, CO₂, NO_х, SO₂ , PbO₂. Тому навколо будинку на ґрунті немає слідів сірчаної, азотистої, фосфорної кислот і бензольних з’єднань. Для нашої планети застосування теплових насосів корисне. Адже на ТЕЦ скорочується витрата газу або вугілля на виробництво електрики. Застосовувані у теплових насосах хладони не містять хлорвуглецю і озонобезпечні.

Універсальність. Теплові насоси, обладнані реверсним клапаном, працюють як на опалення, так і на охолодження. Теплонасос може відбирати тепло з повітря будинку, прохолоджуючи його. Влітку надлишкове тепло можна використати для підігріву побутової води або для басейну.

Безпека. Сучасні теплові насоси вибухово- і пожежобезпечні. В процесі нагріву води та опалення відсутні небезпечні гази, відкритий вогонь або шкідливі суміші. Деталі теплонасоса не нагріваються до високих температур, здатних стати причиною пожеж. Зупинка теплового насоса не приведе до його поламки, ним можна сміло користуватися після тривалого простою. Також виключене замерзання рідин у компресорі або інших складових частинах.

1. Чим менша різниця між температурою джерела теплоти та температурою теплоносія в опалювальному контурі, тим більший коефіцієнт перетворення тепла (КПТ). Тому вигідніше опалювати приміщення низькотемпературними системами опалення: системою «тепла підлога» або повітряним опаленням, тому що в цих випадках теплоносій за медичними вимогами і будівельними нормами не повинен бути вище 35°C.
2. Чим більший коефіцієнт завантаження теплового насосу, тим доцільніше його використання. Наприклад, системи нагріву води для басейнів та охолодження льодових ковзанок працюють у постійному режимі, протягом усього року. Іхній коефіцієнт завантаження (використання потужності протягом року) може сягати 80%. В системах опалення будинків коефіцієнт завантаження обладнання становить близько 30…40%. Відповідно, в першому випадку річна економія від застосування теплового насосу рівної потужності буде в 2…3 рази більше, ніж в другому, а термін окупності обладнання — в 2…3 рази менше.
3. Чим більші потреби в теплі, тим доцільніше використання теплових насосів: по-перше, питома вартість для теплових насосів великої потужності (вартість встановленого кВт) в 3…5 разів нижче, ніж для ТН малої потужності; а по-друге, чим більші обсяги споживання теплоти, тим більша економія від застосування ТН в абсолютному вимірі.
4. Головне джерело тепла для роботи усіх теплових насосів — сонячна радіація, оскільки земна радіація в 5000 раз менша. Головний теплоносій — вода, яка й зумовлює теплопровідність повітря і ґрунту. Вода має більшу від повітря теплопровідність приблизно в 20 раз, а теплоємність — в 3100 раз.

Регулювання діяльності у сфері теплових насосів[ред. | ред. код]

На цей час в Україні немає законодавчих та технічних можливостей для визначення дійсних технічних показників теплових насосів. Користуючись цим, деякі виробники та продавці теплових насосів вказують завищені показники обладнання. Відомі два випадки, коли під виглядом теплових насосів кінцевому споживачу встановлювались електрокотли, у зміненому корпусі.

Європейський досвід вказує на необхідність впровадження в Україні міжнародних стандартів, за якими вимірюються показники теплових насосів, та створення відповідної лабораторії. Окрім законодавчого регулювання, в ЄС існує громадська організація Європейська асоціація теплових насосів (EHPA), що перевіряє показники теплових насосів та позначає знаком якості QL (Quality Label).

Тепловой насос — ТеплоВики — энциклопедия отопления

Материал из ТеплоВики — энциклопедия отоплении

Тепловой насос — это устройство, позволяющее аккумулировать тепло низкопотенциальных источников тепла, использующее эффект фазового перехода жидкостей в пар при низких температурах.

История

Девятнадцатый век

Принцип теплового насоса вытекает из работ Карно и описания цикла Карно, опубликованного в его диссертации в 1824 г. Практическую теплонасосную систему предложил Вильям Томсон (в последствии — лорд Кельвин) в 1852 г. Она была названа умножителем тепла и показывала, как можно холодильную машину эффективно использовать для целей отопления. В обосновании своего предложения Томсон указывал, что ограниченность энергетических ресурсов не позволит непрерывно сжигать топливо в печах для отопления и что его умножитель тепла будет потреблять меньше топлива, чем обычные печи.

Как видно из рисунка, предложенный Томсоном тепловой насос использует воздух в качестве рабочего тела. Окружающий воздух засасывается в цилиндр, расширяется и от этого охлаждается, а затем проходит через теплообменник, где нагревается наружным воздухом. После сжатия до атмосферного давления воздух из цилиндра поступает в обогреваемое помещение, будучи нагретым до температуры выше окружающей. Есть данные о том, что фактически реализована подобная машина была в Швейцарии. Томсон заявил, что его тепловой насос способен давать необходимое тепло при использовании только 3% энергии, затрачиваемой на прямое отопление.

Двадцатый век

Холодильные машины развивались уже в конце XIX в., но тепловые насосы получили быстрое развитие лишь в 20-х н 30-х годах, когда в Англии была создана первая теплонасосная установка. Холдэйн описал в 1930 г. испытание домашнего теплового насоса, предназначенного для отопления и горячего водоснабжения и использующего тепло окружающего воздуха. После этого начались работы в США, приведшие к созданию демонстрационных установок, но до этой стадии было доведено сравнительно немного проектов, так как все они имели лишь частное финансирование.

Первая крупная теплонасосная установка в Европе была введена в действие в Цюрихе в 1938—1939 гг. В ней использовались тепло речной воды, ротационный компрессор и хладагент. Она обеспечивала отопление ратуши водой с температурой 60°С при мощности 175 кВт. Имелась система аккумулирования тепла с электронагревателем для покрытия пиковой нагрузки. В летние месяцы установка работала на охлаждение. Цель создания этих установок — сокращение потребления угля в стране. Некоторые из них успешно работают более 30 лет.

Принцип работы теплового насоса

Тепловой насос может представлять собой парокомпрессионную холодильную установку, которая состоит из следующих основных компонентов:

Газообразный хладагент поступает на вход компрессора. Компрессор сжимает газ, при этом его давление и температура увеличиваются (универсальный газовый закон Менделеева—Клапейрона). Горячий газ подается в теплообменник, называемый конденсатором, в котором он охлаждается, передавая свое тепло воздуху или воде, и конденсируется — переходит в жидкое состояние. Далее на пути жидкости высокого давления установлен расширительный вентиль, понижающий давление хладагента. Компрессор и расширительный вентиль делят замкнутый гидравлический контур на две части: сторону высокого давления и сторону низкого давления. Проходя через расширительный вентиль, часть жидкости испаряется и температура потока понижается. Далее этот поток поступает в теплообменник (испаритель), связанный с окружающей средой (например, воздушный теплообменник на улице). При низком давлении жидкость испаряется (превращается в газ) при температуре ниже, чем температура наружного воздуха или грунта. В результате часть тепла наружного воздуха или грунта переходит во внутреннюю энергию хладагента. Газообразный хладагент вновь поступает в компрессор — контур замкнулся. Можно сказать, что работа компрессора идет не столько на «производство» теплоты, сколько на ее перемещение. Поэтому затрачивая всего 1 кВт электрической мощности на привод компрессора, можно получить теплопроизводительность конденсатора около 5 кВт. Тепловой насос несложно заставить работать в обратном направлении, то есть использовать его для охлаждения воздуха в помещении летом.

Термодинамический цикл теплового насоса

В 1824 году Карно впервые использовал термодинамический цикл для описания процесса, и этот цикл остается фундаментальной основой для сравнения с ним и оценки эффективности тепловых насосов.

Тепловой насос можно рассматривать как обращенную тепловую машину. Тепловая машина получает тепло от высокотемпературного источника и сбрасывает его при низкой температуре, отдавая полезную работу. Тепловой насос требует затраты работы для получения тепла при низкой температуре и отдачи его при более высокой.

Можно легко показать, что если эти обе машины обратимы (то есть термодинамические процессы не содержат потерь тепла или работы), то существует конечный предел эффективности каждой из них, и в обоих случаях это есть отношение Q_н/W. Если бы это было не так, то можно было бы построить вечный двигатель, просто соединив одну машину с другой. Это отношение очень важно. В случае тепловой машины оно записывается в виде W/Q_н и называется термическим КПД, а для теплового насоса оно остается в виде Q_н/W и называется коэффициентом преобразования (КОП). Его следует отличать от аналогичного отношения Q_L/W, применяемого в холодильной технике и называемого КОП_охл. Поскольку Q_н = W + Q_L, получается КОП_охл = КОП — 1.

Цикл Карно на рисунке изображает рабочий процесс идеальной машины, работающей в заданном интервале температур. Стрелки показывают направление процесса для теплового насоса. Тепло изотермически подводится при температуре T_L и изотермически отводится при температуре T_Н. Сжатие и расширение производятся при постоянной энтропии, а работа подводится от внешнего двигателя. Используя определение энтропии и законы термодинамики, можно показать, что коэффициент преобразования для цикла Карно имеет вид:

Никакой тепловой насос, созданный в пределах нашей Вселенной, не может иметь лучшей характеристики, и все практические циклы реализуют стремление максимально приблизится к этому пределу.

Источники

Тепловые машины — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Тепловыми машинами в термодинамике называются периодически действующие тепловые двигатели и холодильные машины (термокомпрессоры). Разновидностью холодильных машин являются тепловые насосы.

Выбор принципа действия тепловой машины основывается на требовании непрерывности рабочего процесса и неограниченности его во времени. Это требование несовместимо с односторонне направленным изменением состояния термодинамической системы, при котором монотонно изменяются её параметры. Единственной, практически осуществимой формой изменения системы, которая удовлетворяет этому требованию, является круговой процесс или круговой цикл, который периодически повторяется. Для функционирования тепловой машины необходимы следующие составляющие: источник тепла с более высоким температурным уровнем (t1){\displaystyle (t_{1})}, источник тепла с более низким температурным уровнем (t2){\displaystyle (t_{2})} и рабочее тело.

Тепловые двигатели осуществляют превращение теплоты в работу. В тепловых двигателях источник с более высоким температурным уровнем называется нагревателем, а источник с более низким температурным уровнем — холодильником. Необходимость наличия нагревателя и рабочего тела обычно не вызывает сомнений, что же касается холодильника, как конструктивной части тепловой машины, то он может отсутствовать. В этом случае его функцию выполняет окружающая среда, например, в транспортных средствах. В тепловых двигателях используется прямой цикл A, схема которого показана на рис.1. Количество теплоты (Q1){\displaystyle (Q_{1})} подводится из источника высшей температуры — нагревателя (t1){\displaystyle (t_{1})} и частично отводится (Q2){\displaystyle (Q_{2})} к источнику низшей температуры — холодильнику (t2){\displaystyle (t_{2})}.

Работа, произведённая тепловым двигателем, (A){\displaystyle (A)} согласно первому началу термодинамики равна разности количеств тепла подведённого (Q1){\displaystyle (Q_{1})} и отведённого (Q2){\displaystyle (Q_{2})}:

Коэффициентом полезного действия (КПД) теплового двигателя называется отношение произведённой работы к подведённому извне количеству тепла:

В холодильных машинах и тепловых насосах используется обратный цикл — B. В этом цикле происходит перенос теплоты (Q2){\displaystyle (Q_{2})} от источника низшей температуры (t2){\displaystyle (t_{2})} к источнику высшей температуры (t1){\displaystyle (t_{1})} (рис.1). Для осуществления этого процесса затрачивается подводимая внешняя работа (A){\displaystyle (A)}:

Эффективность работы холодильных машин определяется величиной коэффициента холодопроизводительности, равного отношению отнятого от охлаждаемого тела количества теплоты (Q2){\displaystyle (Q_{2})} к затраченной механической работе (A){\displaystyle (A)} :

Холодильная машина может быть использована не только для охлаждения различных тел, но и для отопления помещений. Действительно, даже обычный бытовой холодильник, охлаждая помещённые в нём продукты, одновременно нагревает воздух в комнате. Принцип действия, лежащий в основе современных тепловых насосов, заключается в использовании обращённого цикла тепловой машины для перекачки теплоты из окружающей среды в отапливаемое помещение. Основное отличие теплового насоса от холодильной машины состоит в том, что количество теплоты Q1{\displaystyle Q_{1}} подводится к нагреваемому телу, например, к воздуху обогреваемого помещения, а количеcтво теплоты Q2{\displaystyle Q_{2}} отнимается от менее нагретой окружающей среды.

Эффективность теплового насоса характеризуется коэффициентом преобразования (трансформации) или, как часто называют, отопительным коэффициентом ϵo{\displaystyle \epsilon _{o}}, который определяется как отношение полученного нагреваемым телом количества теплоты Q1{\displaystyle Q_{1}} к затраченной для этого механической работе, либо работе электрического тока A{\displaystyle A}:

Учитывая, что Q1=Q2+A{\displaystyle Q_{1}=Q_{2}+A}, устанавливаем связь между отопительным и холодильным коэффициентами установки:

Так как отводимое от окружающей среды количество теплоты Q2{\displaystyle Q_{2}} всегда отлично от нуля, то эффективность теплового насоса, в соответствии с её определением, будет больше единицы. Этот результат не противоречит второму началу термодинамики, запрещающему полное превращение тепла в работу, но не обратный процесс полного превращения теплоты в работу. Преимущество теплового насоса по сравнению с электронагревателем заключается в том, что на нагрев помещений используется не только преобразованная в теплоту электроэнергия, но и теплота, отобранная от окружающей среды. По этой причине эффективность тепловых насосов может быть гораздо выше обычных электронагревателей.

• Белоконь Н. И. Термодинамика. — Госэнергоиздат, 1954. — 417 с.
• Кириллин В. А. Техническая термодинамика. — Энергоатомиздат, 1983. — 416 с.

Тепловой насос — Вики

Тепловой насос — устройство для переноса тепловой энергии от источника к потребителю. В отличие от самопроизвольной передачи тепла, которая всегда происходит от горячего тела к холодному, тепловой насос переносит тепло в обратном направлении^[1]. Для работы тепловому насосу нужен внешний источник энергии. Наиболее распространенная конструкция теплового насоса состоит из компрессора, теплового расширительного клапана, испарителя и конденсатора. Теплоноситель, циркулирующий внутри этих компонентов, называется хладагентом^[2].

Известными примерами тепловых насосов являются холодильники и кондиционеры. Тепловые насосы могут использоваться как для нагревания, так и для охлаждения. Когда тепловой насос используется для нагревания, он реализует тот же тип термодинамического цикла, что и холодильник, но в противоположном направлении, высвобождая тепло в нагреваемом помещении и забирая тепло из более холодного окружающего воздуха^[3].

По прогнозам Международного энергетического агентства, тепловые насосы будут обеспечивать 10 % потребностей в энергии на отопление в странах ОЭСР к 2020 году и 30 % — к 2050 году^{[источник не указан 1668 дней]}

Общие сведения

Основу эксплуатируемого сегодня в мире парка теплонасосного оборудования составляют парокомпрессионные тепловые насосы, но применяются также и абсорбционные, электрохимические и термоэлектрические.

При использовании обычного отопления при помощи источника энергии, с помощью которого можно получить механическую работу A{\displaystyle A}, количество теплоты Qout{\displaystyle Q_{out}}, поступающее в отопительную систему, равно этой работе Qout=A{\displaystyle Q_{out}=A}.

Если же эту работу использовать для приведения в действие теплового насоса, то получаемая нагреваемым телом теплота Qout{\displaystyle Q_{out}} будет больше, чем совершаемая работа A:Qout>A{\displaystyle A:Q_{out}>A}. Пусть температура воды в системе отопления равна Tout{\displaystyle T_{out}}, а температура окружающей отапливаемое помещение среды равна

Динамическое отопление — Википедия

Материал из Википедии — свободной энциклопедии

Динамическое отопление — система отопления, включающая топку, нагреватель и холодильник, дающая возможность передавать помещению больше тепла, чем топка в отдельности, так как помещению также передаётся тепло из окружающей среды^[1]. Технологические трудности и необходимость значительных начальных вложений капитала задерживают широкое распространение этого способа отопления^[2]. Возможно, наиболее доступным вариантом динамического отопления является тепловой насос воздух-воздух или сплит-система. Возможно, что по мере дальнейшей централизации отопления динамическое отопление найдёт широкое применение.^[3] Но, например, в Швеции, богатой стране с развитой технологией и дефицитом топлива, динамическое отопление уже находит заметное применение. ^[4].

При динамическом отоплении часть теплоты, полученной в топке, поступает в обогреваемое помещение. Остальная часть затрачивается на работу, производимую тепловой машиной (двигателем). Нагревателем в двигателе является топка, а холодильником — отапливаемое помещение. Производимая двигателем работа используется для приведения в действие холодильной машины (теплового насоса), включаемой между окружающей средой и помещением: холодильная машина забирает тепло от окружающей среды и передаёт его помещению. Так помещение получает теплоту и от горячей топки, и от холодной окружающей среды. Общее количество теплоты может превзойти теплоту, полученную при типичной для большинства отопительных систем передаче всего тепла от топки в помещение. Динамическое отопление может быть реализовано на основе абсорбционной холодильной машины, что значительно упрощает конструкцию.

Пусть T₁ , T₂, T₃ — температуры (в Кельвинах) топки, отапливаемого помещения и окружающей среды соответственно.

1) От источника тепла поступает количество тепла Q₁ тепловой машине. Из него Q₂ отдаётся помещению, играющему для этой машины роль холодильника. Совершённая машиной работа A=Q₁-Q₂ идёт на включение холодильной машины. Эта работа затрачивается холодильной машиной для получения тепла Q₃ из окружающей среды и передачи тепла Q₂‘ в помещение. Для этого над холодильной машиной тепловая машина совершает работу Q₂‘-Q₃. Отсюда по закону сохранения энергии Q₂‘-Q₃ = Q₁-Q₂.

2) Можно, рассматривая двигатель и холодильную машину как одну систему, записать, что она:

1. получила Q₁ при температуре T₁ от топки
2. получила Q₃ при температуре T₃ из окружающей среды;
3. получила — q = — Q₂ — Q₂‘ из помещения.

По соотношению Клаузиуса, если процессы квазистатические, то сумма отношений полученных количеств теплоты к температурам, при которых они получены, равна 0:

Q1T1−qT2+Q3T3=0{\displaystyle {Q_{1} \over T_{1}}-{q \over T_{2}}+{Q_{3} \over T_{3}}=0}

Пользуясь соотношением Q₂‘-Q₃ = Q₁-Q₂ из пункта 1 рассуждений, можно записать выражение без Q₃:

Q1T1−qT2+q−Q1T3=0{\displaystyle {Q_{1} \over T_{1}}-{q \over T_{2}}+{{q-Q_{1}} \over T_{3}}=0}

Отсюда переданное помещению количество тепла:

q=1T3−1T11T3−1T2Q1=T1−T3T2−T3∗T2T1Q1{\displaystyle q={{{1 \over T_{3}}-{1 \over T_{1}}} \over {{1 \over T_{3}}-{1 \over T_{2}}}}Q_{1}={{T_{1}-T_{3}} \over {T_{2}-T_{3}}}*{{T_{2}} \over {T_{1}}}Q_{1}}.

Так как T1>T2>T3{\displaystyle T_{1}>T_{2}>T_{3}}, то отсюда следует, что q > Q₁. Например, при T₁ = 500 К, T₂=300 К и T₃=250 К отношение q/Q1{\displaystyle q/Q_{1}} равно 3; при сжигании в топке топлива, дающего «обычно» 1 Дж тепла, при динамическом отоплении можно получить приближённо 3 Дж тепла.

1. ↑ Сивухин Д. В. Общий курс физики. — М.: Наука, 1975. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 519 с.
2. ↑ Белонучкин В. Е., Заикин Д. А., Ципенюк Ю. М. Основы физики. Курс общей физики. В 2 т. Т. 2. Квантовая и статистическая физика / Под ред. Ю. М. Ципенюка. — М.: Физмалит, 2001.
3. ↑ Сивухин Д. В. Общий курс физики. — Издание 5-е, исправленное. — М.: Физматлит, 2005. — Т. II. Термодинамика и молекулярная физика. — 544 с. — ISBN 5-9221-0601-5.
4. ↑ Белонучкин В. Е., Заикин Д. А., Ципенюк Ю. М. Основы физики. Курс общей физики. Т. 2. Квантовая и статистическая физика, — М.: Физмалит, 2007.