Вода течет от высоких уровней к низким, а тепло передается от высокотемпературных объектов к низкотемпературным, что является естественным законом. Однако в реальной жизни для нужд сельскохозяйственного орошения, хозяйственно-бытового водоснабжения и т. д. люди используют водяные насосы для перекачки воды из низких мест в высокие. Точно так же в сегодняшней все более напряженной энергетической среде для рекуперации тепла низкотемпературного горячего газа, обычно сбрасываемого в атмосферу, низкотемпературной горячей воды, сбрасываемой в реку и т. д., тепловые насосы используются для передачи тепла. Тепловая энергия от низкотемпературного объекта к высокотемпературному объекту, а затем к высокотемпературному объекту для нагрева воды или отопления, чтобы тепло могло быть полностью использовано. Принцип работы системы теплового насоса такой же, как и у системы охлаждения. Чтобы понять принцип работы теплового насоса, мы должны сначала понять принцип работы холодильной системы. Система охлаждения (компрессионное охлаждение) обычно состоит из четырех частей: компрессора, конденсатора, дроссельной заслонки и испарителя. Его рабочий процесс выглядит следующим образом: жидкий хладагент (например, фреон) сначала поглощает тепло от высокотемпературного источника тепла (например, воздуха комнатной температуры) в испарителе (например, кондиционере воздуха в помещении), и испаряет его в пар низкого давления. Затем газообразный хладагент сжимается в пар с высокой температурой и высоким давлением в компрессоре, а газ с высокой температурой и высоким давлением охлаждается и конденсируется в жидкость под высоким давлением с помощью низкотемпературного источника тепла (например, охлаждающая вода) в конденсаторе. А затем через дросселирующий элемент (капилляр, терморегулирующий вентиль , электронный расширительный вентиль т. д.) дросселирование в жидкий хладагент с низкой температурой и низким давлением. Это завершает цикл охлаждения. Производительность теплового насоса обычно оценивается по коэффициенту охлаждения (коэффициент производительности COP). Коэффициент охлаждения определяется как отношение количества тепла, переданного от объекта с низкой температурой к объекту с высокой температурой, к требуемой мощности. Обычно коэффициент охлаждения теплового насоса составляет около 3-4, то есть тепловой насос может передавать в 3-4 раза больше тепловой энергии от низкотемпературного объекта к высокотемпературному объекту. Таким образом, тепловой насос по своей сути является теплопередающим устройством, потребляющим при работе небольшое количество электроэнергии, но способным извлекать в 4-7 раз больше электроэнергии из окружающей среды (воды, воздуха, почвы и т. д.). ) и повысить рабочую температуру. Это также причина, по которой тепловые насосы экономят энергию. Европа, Америка и Япония соревнуются в разработке новых тепловых насосов. Сообщается, что коэффициент охлаждения нового теплового насоса может составлять от 6 до 8. Если это значение удастся популяризировать, значит, энергия будет использоваться более эффективно. Скорость проникновения тепловых насосов также резко возрастет. Геотермальный тепловой насос — это вид теплового насоса, который использует землю или воду в качестве источника холода и тепла для охлаждения зданий зимой и охлаждения летом. Используйте очень мало электроэнергии для поддержания нужной температуры в помещении. Зимой 1 киловатт электроэнергии направит в помещение 4-5 киловатт тепла от почвы или источника воды. Летом происходит обратный процесс, и тепло в помещении передается в почву или воду тепловым насосом, благодаря чему в помещение поступает более прохладный воздух. Энергия, полученная под землей, будет использоваться зимой. Таким образом, пространство здания и природа сливаются воедино. Получите максимально комфортные условия проживания с наименьшими затратами.
Зимние и летние условия работы системы теплового насоса
Схема системы теплового насоса
Поскольку принцип работы устройства теплового насоса такой же, как и у компрессионного холода, для того, чтобы в полной мере использовать его эффективность, используется тот же набор оборудования для охлаждения кондиционера летом или обогрева зимой в небольших кондиционерах. При отоплении зимой испаритель и конденсатор в кондиционере меняются местами через реверсивный клапан, как показано на левом рисунке «Схема системы теплового насоса». Из рисунка видно, что когда кондиционер летом остывает, он работает в режиме охлаждения, и пар высокого давления, выходящий из компрессора, поступает в конденсатор через реверсивный клапан (также известный как четырехходовой клапан) , а пары хладагента конденсируются в жидкость. Он поступает в испаритель через дроссельное устройство, поглощает тепло в испарителе, охлаждает воздух в помещении, а испарившиеся пары хладагента всасываются компрессором после прохождения через реверсивный клапан, и этот цикл повторяется для реализации цикла охлаждения. При отоплении зимой сначала поверните реверсивный клапан в рабочее положение теплового насоса, чтобы пары хладагента под высоким давлением, выпускаемые из компрессора, после прохождения через реверсивный клапан поступали во внутренний испаритель (используемый в качестве конденсатора), а скрытая теплота, высвобождаемая при конденсации паров хладагента. Воздух в помещении нагревается для достижения цели обогрева помещения. Конденсированный жидкий хладагент течет в обратном направлении через дроссельное устройство и поступает в конденсатор (используемый в качестве испарителя), поглощает внешнее тепло и испаряется, а испарившийся пар сжимается после прохождения через реверсивный клапан. Таким образом, тепло наружного воздуха (или циркулирующей воды) «перекачивается» в помещение с более высокой температурой, поэтому его называют «тепловым насосом». В сплит-системе кондиционирования воздуха с тепловым насосом наружный блок используется в качестве конденсатора, а внутренний блок — в качестве испарителя во время охлаждения летом, а тепло из помещения во время работы передается наружу. Зимой внутренний блок используется в качестве конденсатора, а наружный блок используется в качестве испарителя, так что наружное тепло передается во внутреннее помещение, как правило, через четырехходовой реверсивный клапан.
Обледенение и оттаивание наружного блока
В кондиционере с тепловым насосом имеется четырехходовой реверсивный клапан. В условиях охлаждени
я внутренний теплообменник является испарителем, а наружный теплообменник (то, что летом выдыхает горячий воздух) — конденсатором. При отоплении зимой четырехходовой реверсивный клапан переключается для изменения направления потока хладагента, в это время внутренний теплообменник является конденсатором, а наружный теплообменник (то, что зимой выдыхает холодный воздух) испаритель. Из-за того, что зимой выходит холодный воздух, теплообменник подвержен обледенению, поэтому, когда обледенение достигает определенного уровня, четырехходовой реверсивный клапан снова переключается, и кондиционер переходит в режим охлаждения, а наружный теплообменник получает тепло, оттаивает, и после завершения цикла оттайки четырехходовой клапан переключается обратно в состояние обогрева. Во время оттаивания вентилятор внутреннего блока останавливается, чтобы предотвратить попадание холодного воздуха в помещение. (Конечно, такое обратное оттаивание оказывает определенное влияние на комфорт, поэтому существуют оттаивание с байпасом горячего газа, оттаивание с накоплением тепла и другие методы, не требующие переключения режимов работы)
Обледенение наружного блока теплового насоса
