Тепловой насос — это «холодильник наоборот», отмечается на www. avante. com. ua. В обоих устройствах основными элементами явля­ются испаритель, компрессор, конденсатор и дроссель (регулятор потока), соединенные трубопроводом, в котором циркулирует поток хладагента.

Хладагенты — это вещества, способного кипеть при низкой тем­пературе и меняющее свое агрегатное состояние с газового в одной части цикла, на жидкое — в другой. Просто в холодильнике главная партия отводится испарителю и отбору тепла, а в тепловом насосе — конденсатору и передаче тепла.

Функция бытового холодильника сводится к охлаждению продук­тов, и его сердцем является теплоизолированная камера, откуда тепло «откачивается» (отбирается кипящим в теплообменнике-испарителе хладагентом) и через теплообменник-конденсатор «выбрасывается» в помещение (задняя стенка холодильника довольно теплая на ощупь).

В тепловом насосе главным становится теплообменник, с которого тепло «снимается» и используется для обогрева дома, а второстепен­ная «морозилка» размещается за пределами здания.

Схематично тепловой насос можно представить в виде системы из замкнутых контуров.

Внешний контур (коллектор) представляет собой уложенный в землю или в воду (например, полиэтиленовый) трубопровод, в кото­ром циркулирует незамерзающая жидкость — антифриз. Источником низкопотенциального тепла может служить грунт, скальная порода, озеро, река, море и даже выход теплого воздуха из системы вентиля­ции какого-либо промышленного предприятия.

Во второй контур, где циркулирует хладагент, как и в бытовом холодильнике, встроены теплообменники — испаритель и конденса­тор, а также устройства, которые меняют давление хладагента — рас­пыляющий его в жидкой фазе дроссель (узкое калиброванное отвер­стие) и сжимающий его уже в газообразном состоянии компрессор.

Рабочий цикл выглядит так (рис. 6.7). Жидкость хладагента про­давливается через дроссель, ее давление падает, и она поступает в испаритель, где вскипает, отбирая теплоту, поставляемую коллекто­ром из окружающей среды. Далее газ, в который превратился хла­дагент, всасывается в компрессор, сжимается и, нагретый, выталки­вается в конденсатор. Конденсатор является теплоотдающим узлом теплонасоса: здесь происходит процесс получение теплоты — теплота

Рис. 6.7. Схема работы теплового насоса

принимается водой в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и конденсируется, чтобы вновь подвергнуться разряже­нию в расширительном вентиле и вернуться в испаритель. После этого рабочий цикл начинается сначала.

Чтобы компрессор работал (поддерживал высокое давление и цир­куляцию), его надо подключить к электричеству. Но на каждый затра­ченный киловатт-час электроэнергии тепловой насос вырабатывает 2,5—6 киловатт-часов тепловой энергии. Соотношение вырабаты­ваемой тепловой энергии и потребляемой электрической называется коэффициентом трансформации (или коэффициентом преобразова­ния теплоты) и служит показателем эффективности теплового насоса. Эта величина зависит от разности уровня температур в испарителе и конденсаторе: чем больше разность, тем меньше эта величина.

По этой причине тепловой насос должен использовать по возмож­ности большее количество источника низкопотенциального тепла, не стремясь добиться его сильного охлаждения. В самом деле, при этом растет эффективность теплового насоса, поскольку при слабом охлаж­дении источника тепла не происходит значительного роста разницы температур.

По этой причине тепловые насосы делают так, чтобы масса низ­котемпературного источника тепла была значительно большей, чем нагреваемая масса. В этом состоит одно из важнейших отличий тепло­вого насоса от традиционных (топливных) источников тепла, в кото­рых вырабатываемая энергия зависит исключительно от теплотвор­ной способности топлива. По этой причине тепловой насос в каком-то смысле «привязан» к источнику низкопотенциального тепла, имею­щего большую массу.

Эта проблема может быть решена введением в тепловой насос системы массопереноса, например, системы прокачки воды. Так устроена система центрального отопления Стокгольма.