Тепловые насосы представляют собой повышающие термотрансформаторы, использующие тепло низкого потенциала для теплоснабжения. Они делятся на компрессионные и термоэлектрические (полупроводниковые). Для компрессионного теплового насоса требуется такое же оборудование, как и для паровой компрессионной холодильной установки. Однако по своему назначению тепловой насос и холодильная машина имеют принципиальное отличие. Холодильная машина отбирает тепло из ограниченного пространства (охлаждаемой камеры), в котором требуется создать и поддерживать низкую температуру, и передает его окружающей среде или воде, охлаждающей конденсатор, а тепловой насос отбирает тепло из окружающей среды (воздуха, воды, почвы и т. д.) и передает его в ограниченное пространство (отапливаемое помещение).

Принципиальная схема компрессионного теплового насоса показана на рисунке 126. В испарителе 2 хлад-агент (фреон или аммиак) испаряется при низкой температуре, отбирая при этом тепло от низкопотенциальногоo источника (вода, воздух, почва и т.д.). Компрессор 3 отсасывает из испарителя пары хладагента, сжимает их до определенного давления и температуры. Сжатые пары поступают в конденсатор 4, конденсируются и отдают тепло воде, используемой для отопления здания или горячего водоснабжения. Конденсат хладагента через дроссель 7 поступает опять в испаритель, и цикл повторяется.
Теплоприемник (тепловой потребитель) 5 получает, таким образом, кроме теплоты, эквивалентной затраченной работе l0 на привод компрессора, значительное количество тепла q2, отбираемого от окружающей среды (на схеме — воды).
Показателем экономичности работы теплового насоса является коэффициент преобразования μ, представляющий собой отношение количества полезно использованного тепла q1 (сообщенного тепловому потребителю) к затраченной работе на привод компрессора,

Значение ε всегда больше единицы и зависит от температурных условий, в которых работает холодильная машина. Чем выше температура источника (например, воды в водоеме) и ниже температура теплоприемника (воды в системе отопления), тем выше холодильный коэффициент, а значит, и коэффициент преобразования У существующих тепловых насосов, работающих в некоторых средних условиях μ=3...5. Это значит, что, затратив 1 кВт*ч электроэнергии на привод компрессора теплового насоса, потребитель получает в 3...5 раз больше энергии в виде тепла.
Весьма перспективно отопление при помощи тепловых насосов в районах, имеющих низкотемпературные термальные источники (20...45°С), которые без предварительного догрева нельзя использовать в отопительных системах. При утилизации тепла подземной воды коэффициент преобразования теплового насоса повышается до 6.
Тепловой насос может использоваться как для отопления, так и для охлаждения, или для того и другого одновременно.
Институтом ВНИИХолодмаш разработаны компрессионные тепловые насосы НТ-25, НТ-40 и НТ-80, основные технические характеристики которых приведены в таблице 48.

Работа термоэлектрических тепловых насосов основана на эффекте Пельтье, сущность которого заключается в том, что под влиянием проходящего постоянного электрического тока по цепи из двух разных полупроводников тепло выделяется на одном из спаев, а поглощается на другом. Холодный спай термоэлемента отбирает тепло из окружающей среды (наружного воздуха, речной воды и т.д.), а горячий спай выделяет тепло в окружающую среду (например, в воздух помещения или воду для теплоснабжения). Таким образом, за счет электроэнергии тепло перекачивается на более высокий температурный уровень из холодной среды в горячую (при теплоснабжении) или холод из горячей среды в холодную (при охлаждении).
К термоэлектрическим тепловым насосам относятся насосы типа ТН-1,5, ТН-3, ТН-5 и ТН-7,5 номинальной тепловой мощностью соответственно 1750, 3500, 5800 и 8700 Вт и холодопроизводительностью 1170, 2340, 3840 и 5840 Вт. Их термоэлементы изготовлены из сплавов на основе висмута, теллура, селена, свинца и сурьмы. Коэффициент преобразования тепловых насосов ТН μ=2...4.
Эффективность применения тепловых насосов подтверждена многими научно-исследовательскими организациями. Особенно целесообразно их использовать при потребности в тепле и холоде одновременно. В ряде хозяйств такие установки уже находят применение на животноводческих фермах (рис. 127).

Свежевыдоенное молоко подается в пастеризатор 1, а затем в вакуумный охладитель 2, где охлаждается до 35° С. После этого молоко проходит через испаритель-охладитель 8 теплового насоса и отдает свое тепло хладагенту. Охлажденное до 5...8° С молоко сливается в танк 9. Пары хладагента сжимаются компрессором при этом температура их повышается до 55—60° С. В конденсаторе 5 тепло паров хладагента воспринимается охлаждающей водой, температура которой повышается до 50...55° С. Часть горячей воды поступает в аккумуляторный бак 7 и расходуется на технологические нужды. Остальная масса воды догревается до температуры 80...85° С в электроводонагревателе 6. По окончании дойки молокопроводы и молочное оборудование промывают горячей водой, которая после этого сливается в бак-утилизатор 10. В период между дойками из этого бака горячая вода подается в испаритель-охладитель в качестве теплоносителя и отдает свое тепло циркулирующему хладагенту. Применение такой технологической схемы нагрева воды и охлаждения молока на ферме, рассчитанной на 200 голов крупного рогатого скота, снижает расход электроэнергии в 3...4 раза.
По мере удешевления электрической энергии и усовершенствования технологии производства тепловых насосов они получат широкое распространение в сельскохозяйственном производстве на молочно-товарных фермах, для кондиционирования воздуха в хранилищах, животноводческих и птицеводческих помещениях, для отопления культивационных сооружений защищенного грунта и в сушильных установках.

---

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:

Добавить