Як працює тепловий насос для опалення будинку?

Всі бажають мати житло, в якому є тепло і затишок. Енергія тепла для людини відповідає досить невеликого діапазону температур. Зазвичай це проміжок між 20 і 25 градусами за Цельсієм. Якщо в оселі така температура, то більшість людей сприймає її як найбільш комфортну. І для її підтримування в холодну пору року використовує різні опалювальні прилади. Більшість з них влаштовано за принципом отримання температури в сотні, або навіть в тисячі градусів за Цельсієм, зосереджених в невеликому обсязі.

Саме такими опалювальними приладами є електрообігрівачі, котли і печі. Кожне з цих пристроїв є центром випромінювання тепла, яке поширюється на всі боки точно так само як і світло від електричної лампочки. Чим далі від лампочки - тим менше світла. І точно так само, як одну яскраву лампу можна замінити деякою кількістю лап меншою яскравості, але рівномірно розподілених по кімнаті і в середньому так само добре висвітлюють її, можна замінити і дуже гарячу піч.

На цьому принципі влаштований тепла підлога, який нагрівається всього лише до 45 - 60 градусів за Цельсієм, але має площу майже всієї кімнати. Більшість теплих підлог або включається в електричну мережу як електрообігрівачі, або використовують теплу воду, нагріту в котлах. А вони знову-таки працюють або від електромережі, або на дровах або газі. Виходить, що в цілому все одно буде потрібно підвести до приміщення для обігріву приблизно одне і те ж кількість тепла не залежно від того якого типу обігрівач в ньому встановлений.

Холодильник влаштований так ...

І при традиційному підході треба буде отримати це тепло від спалювання палива або на електростанції, або у власному котлі. Але, виявляється, існує й альтернативний варіант. І він пов`язаний не з теплом, а з холодом. У кожного в будинку є холодильник. На його задній стінці закріплений радіатор. І цей радіатор при працюючому компресорі холодильника нагрівається до температури 50 - 60 градусів. Якраз до температури теплої підлоги. Щоб ті читачі, які ще не знають, чому так, виходить, зрозуміли суть альтернативного варіанту, розглянемо принцип пристрою холодильника.

Всі знають, що якщо погода вітряна, скупавшись в теплій воді і вийшовши з неї, відчувається холод. Це виходить від того, що з шкіри випаровується вода, здуває вітром. Від випаровування води знижується її температура, що і відчувається. Холодильник працює саме за таким принципом. У стінках морозильної камери є змійовик, що охоплює всю її поверхню. У нього впорскується під тиском спеціально підібраний за своїми властивостями холодоагент. Його властивості підібрані так, щоб отримати при випаровуванні крапельок температуру, придатну для охолодження продуктів харчування. Зазвичай це приблизно до 20 градусів нижче нуля за Цельсієм.

Таким зручним холодоагентом виявився фреон. Всі знають, як влаштований аерозольний балончик. При натисканні на його кнопку з маленького отвору виривається хмара, що складається з дрібних крапельок вмісту балончика. Таке ж хмара з крапельок фреону розпорошується в змійовику морозильної камери. І температура її стінок знижується нижче нуля градусів за Цельсієм. Впорскування фреону або іншого подібного холодоагенту робиться з одного боку змійовика, а з іншого боку його працює компресор, який втягує з морозильної камери випарувався холодоагент.

Втягнуті пари холодоагенту стискаються компресором для того, щоб він знову став рідиною, придатною для розпилення на початку змійовика морозильної камери. Для оптимального випаровування холодоагенту його температура перед розпиленням в змійовику холодильної камери не повинна виходити за межі деякого температурного діапазону. При стисненні хладагента його температура значно збільшується. Тому, щоб утримати її в заданому температурному діапазоні використовується радіатор, що охолоджує холодоагент. Саме такий радіатор і розташований на задній стінці холодильника.

Обігрів від холодильника

Конструкція радіатора і морозильної камери холодильника відповідають властивостям холодоагенту і певним умовам навколишнього середовища. Але оскільки радіатор холодильника нагрівається до температури, яка оптимальна для теплої підлоги, має сенс розглянути холодильник як джерело тепла, а не тільки як джерело холоду. Отже, змінюємо конструкцію радіатора на теплообмінник, через який проходить вода або інша рідина, що циркулює по трубі теплої підлоги. Ця вода почне відбирати тепло у стискається холодоагенту.

В результаті його температура почне зменшуватися і слідом зменшиться тиск, який розвиває компресор. Чи не буде тиску, не буде і ефективного уприскування холодоагенту в змійовик через дросельний клапан. При значному відборі тепла з радіатора, правильний процес циркуляції холодоагенту припиниться, оскільки компресор буде просто перекачувати майже не випаровується в морозилці холодоагент. Але оскільки цей процес викликаний зменшенням температури радіатора, компенсувати зменшення температури холодоагенту можна в морозилці.

Для цього її потрібно нагріти. А оскільки її температура нижче нуля градусів за Цельсієм, для нагріву морозилки цілком підійде теплоносій з температурою плюс 5 - 10 градусів за Цельсієм. А таку постійну температуру має грунт на невеликій глибині і вода в озерах і річках. Отже, додавши теплообмінники для радіатора (конденсатора) і для морозильної камери (випарника), отримуємо з холодильника тепловий насос, який «відкачує» тепло з теплоносія через теплообмінник в випарнику і зображений далі:

качаємо тепло

Теплоносій, який проходить через випарник, охолоджується. Для відновлення його температури потрібен додатковий теплообмінник. Їм може бути шланг, закопаний в грунт або занурений у водойму:

Тепловий насос, розглянутий на прикладі холодильника, називається парокомпрессионной. Існують також інші теплові насоси, в яких агрегатні стану холодоагенту визначає

• абсорбція;
• адсорбція;
• термоелектрика.

Існують такі конструкції, в яких використовується тепло сонця і геотермальних вод. У будь-якому випадку для цих систем необхідно використовувати початкову енергію. У Європейському союзі в 1991 р було проведено дослідження теплових насосів. В результаті цього з`явилася таблиця, зображена далі:

З таблиці очевидно те, що теплові насоси є найбільш ефективними, і екологічно чистими системами для обігріву. Тому для приватних будинків і дач має сенс використовувати теплу підлогу з незамерзающим теплоносієм з обігрівом від теплового насоса.