Принцип дії і класифікація теплових насосів

Використання теплових насосів (TН) для опалювання, гарячого водопостачання є способом, альтернативним іншим способам, таким, як традиційне спалювання органічного палива, широко поширене центральне парове або водяне опалювання, електрообігрів і ін.

Тепловий насос – це «холодильник навпаки». ТН здійснює передачу внутрішньої енергії від енергоносія з низькою температурою до енергоносія з більш високою температурою. Оскільки відповідно до другого основного закону термодинаміки теплова енергія без будь-якої зовнішньої дії може переходити тільки з високого температурного рівня на більш низький, для здійснення тепло-насосного циклу (рис 13.1) необхідно використовувати привідну енергію..

Енергоносії, які постачають теплову енергію з низькою температурою для здійснення тепло-насосного циклу, називаються джерелами теплоти. Вони віддають теплову енергію шляхом теплопередачі, конвекції і (або) випромінювання. Енергоносії, які сприймають втепло-насосному циклі теплову енергію підвищеного потенціалу, називаються приймачами теплоти. Вони сприймають теплову енергію шляхом теплопередачі, конвекції і (або) випромінювання. Енергоносій, який служить джерелом теплоти, надходить до випаровувача, де випаровується рідкий холодоагент.

У круговому циклі пари холодоагенту всмоктуються компресором і стискуються до високого тиску. При стискуванні їх температура підвищується, що створює можливість віддачі теплової енергії теплоприймачу.

Пари холодоагенту при підвищенні тиску надходять у конденсатор 3 (приймач теплоти 2) через який протікає енергоносій 1. При конденсації пари виділяється теплова енергія, яка сприймається теплоприймачем 2. Із конденсатора 3 рідкий холодоагент через регулюючий вентиль 4 (дросельний клапан) надходить знову у випаровувач 6 (джерело теплоти 7), і круговий цикл замикається. У регулюючому вентилі 4 високий тиск холодоагента із конденсатора 3, знижується до тиску у випаровувачі 6. Одночасно знижується його температура.

Таким чином, за допомогою ТН можлива передача теплової енергії від джерела теплоти 7 з низькою температурою до теплоприймача 2 з високою температурою при підводі зовні механічної енергії для привода компресора 5 (привідна енергія). Як видно з рисунка 13.1, схема холодильної машини і ТН відрізняється тільки призначенням.

До холодильних машин належить обладнання, яке дозволяє здійснити відбирання теплової енергії від тіл з температурою, нижчою від температури навколишнього середовища (тобто виробництво холоду). Якщо необхідно отримати визначену кількість теплоти з високою температурою або одночасно і теплоти, і холоду, таке обладнання належить до ТН.

Як показано на рисунку 13.1, теплопродуктивність (теплова потужність) ТН складається з двох складових: теплоти, отриманої випаровувачем 6 від джерела теплоти 7 (Qo), і приводної енергії Р, за допомогою якої отримана теплова енергія піднімається на більш високий температурний рівень. Звідси випливає визначення ТН: тепловий насос являє собою пристрій, який сприймає тепловий потік при низькій температурі (на холодній стороні), а також необхідну для привода енергію і передає споживачу тепловий потік Q_тп, об'єднуючи обидва потоки енергії при підвищеній (порівняно з холодною стороною) температурі.

Це визначення дійсне як для компресорних, так і для абсорбційних ТН.

Абсорбційний ТН має також випаровувач і конденсатор, які працюють так само, як у паро-компресорному циклі. Теплота підводиться до випаровувача, викликає кипіння холодоагенту при низькому тиску. Корисне тепло відводиться до конденсатора, всередині якого проходить конденсація при високому тиску. Однак в абсорбційному циклі використовується додатковий контур, в якому протікає рідкий абсорбент або розчинник. Випари холодоагенту поглинаються рідиною при низькому тиску.

Потім рідина спеціальним насосом перекачується в область високого тиску, де підводиться теплота, і незважаючи на високий тиск, пара холодоагенту виділяються з рідини. Оскільки суміш рідкого абсорбенту і холодоагенту практично нестисливі, витрати потужності на насос малі і джерелом первинної енергії є тільки теплота, що підводиться до генератора пари, який завжди має максимальну температуру циклу. Теплота, що виділилась в абсорбері, підсумовується з теплотою від конденсатора.

На сьогодні найбільше розповсюдження дістали паро-компресорні ТН, тому саме для таких систем в подальшому викладаються енергетичні оцінки і розрахунки.

ТН можна класифікувати за наступною ознакою:

– за принципом дії;

– за використовуваними джерелами низькопотенційного тепла;

– по поєднанню використовуваного низькопотенційного тепла з середовищем, що нагрівається в теплових насосах;

– за видами енергії, що витрачається.

За першою ознакою розрізняють паро-компресорні, абсорбційні і термоелектричні теплові насоси.

Як джерела низькопотенційного тепла для ТН можуть бути використані:

– зовнішнє повітря;

– поверхневі води (річка, озеро, море);

– підземні води;

– ґрунт;

– сонячна енергія;

– низькопотенційне тепло штучного походження (скидні води, нагріті води технологічних процесів і ін.).

При класифікації за поєднанням джерел низькопотенційного тепла і середовища, що нагрівається, розрізняють наступні варіанти:

– повітря-повітря;

– повітря-вода;

– ґрунт-повітря;

– ґрунт-вода;

– вода-повітря;

– вода-вода.

За видами привідної енергії розрізняють ТН, що використовують електроенергію, паливо того або іншого вигляду, вторинні енергетичні ресурси тощо.

Читайте також:

<== попередня сторінка	\|	наступна сторінка ==>
Практичне заняття №9	\|	Конструкції теплових насосів

Не знайшли потрібну інформацію? Скористайтесь пошуком google:

Генерація сторінки за: 0.003 сек.