*В настоящее время рынок климатического (кондиционерного) оборудования изобилует всевозможными предложениями и вариациями использования тепловых насосов.
Из классического определения: «тепловой насос» = устройство преобразования низкопотенциальной тепловой энергии какого-либо источника в высокопотенциальную, которую можно использовать на привычные нужды потребителей.
Иными словами: где-то есть среда, с относительно стабильной средней температурой, от которой, как кажется, практически «безубыточно» можно отобрать пару-тройку градусов Цельсия (Фаренгейта, Кельвина) на «собственные нужды» цивилизации, так вот тепловой насос и предназначается для трансформации большого количества тепла в несколько единиц градусов в гораздо меньшее количество энергии, тепло которой измеряется уже в десятках градусов.
Современная технологическая база для осуществления подобного вида трансформации энергии не позволяет произвести это одноступенчато и, в связи с этим, в каждом действующем тепловом насосе осуществляется несколько циклов теплообмена между различными хладагентами, хладоносителями и теплоносителями, которые и доставляют добытую тепловую энергию к конечному потребителю.
Если проследить путь добычи низкопотенциального тепла от «сердца» теплового насоса – компрессора хладагента – то, как это ни странно, изначально приходится тратить энергию (электрическую) на сжатие первичного газообразного хладагента мотор-компрессором, при котором и происходит его разогрев, что позволяет в телообменнике с теплоносителем произвести отбор этого тепла и доставить его к потребителю, но… отдав избыточное тепло сжатый до давления конденсации хладагент на выходе из теплообменника становится жидкостью. Жидкость – субстанция практически не сжимаемая, и хладагент в жидком состоянии не может быть доставлен обратно в компрессор. Для осуществления возможности повторного использования (создание рабочего цикла) жидкий хладагент требуется преобразовать опять в газообразное состояние, т.е. испарить.
Процесс испарения хладагента сопровождается одним широко известным явлением: испарение осуществляется с большим поглощением энергии из близлежащей среды, т.е. охлаждением того, что находится рядом с испаряемой субстанцией. Таким образом, сжиженному хладагенту необходима энергия извне для смены своего агрегатного состояния.
Для преобразования сжиженного хладагента обратно в парообразное состояние, в случае теплового насоса, как раз и требуются внешние низкопотенциальные источники тепла и ещё один, вторичный, теплообменный контур для передачи этого внешнего тепла к испарителю хладагента.
Район поисков внешних «дармовых» источников низкопотенциального тепла ограничивается технологическими возможностями 2-го теплообменного контура для промежуточного хладоносителя, ведь закона сохранения энергии никому отменить не удалось и естественные энергопотери при переносе тепла из одного места в другое неизбежны.
Источником тепла может быть близлежащий незамерзающий водоём (идеальный случай: с проточной водой), незамёрзшая вода подо льдом в водоёме, где даже в самый трескучий мороз показания термометра не опускаются ниже +4°С, или просто земляной грунт, который ниже (глубже) уровня промерзания так же имеет положительный уровень температур…Примечание: переохлаждённый хладагент параллельно может решать ещё некоторые задачи по обеспечению холодом потребителя, например: создавать холод (отбирать тепло) в холодильниках и морозильниках для хранения продуктов или трудиться в кондиционерах, но энергетических объёмов таких «холодильных» задач, как правило, не хватает для полноценного обеспечения потребителя тепловой энергией.
Итак:
- перегретый сжатием газообразный первичный хладагент отдаёт тепло в основном теплообменнике теплоносителю, для доставки к потребителю, и сжижается;
- отдав тепло «потребителю», сжиженный хладагент отбирает тепло у какого-то вторичного хладоносителя в очередном теплообменнике, чтобы испариться для возможности последующего сжатия и разогрева в компрессоре хладагента…
- переохлаждённый хладагентом вторичный хладоноситель, перемещаясь по своему контуру, отбирает тепло у теплообменника с «внешним источником» и, в более менее разогретом состоянии поступает в испаритель первичного хладагента, чтобы вновь охладиться, испарив первичный хладагент…
Имеем три «рабочих тела»: теплоноситель, хладагент и хладоноситель.
Имеем три рабочих контура, для каждого из «рабочих тел», оснащённых компрессором (контур хладагента) и насосами (контуры теплоносителя и хладоносителя) для перемещения «рабочих тел» от теплообменника к теплообменнику;
Имеем три теплообменника (не считая оконечных теплообменных устройств потребителя тепла), в которых происходит постоянный обмен энергиями между «рабочими телами» — вот и получена теоретическая структурная схема теплового насоса.
главный инженер Новиков В.В., академический советник Международной Академии Холода