Кпд теплового насоса


КПД Теплового Насоса Для Отопления – Реальные Цифры (КПД>1000%)

Главный фактор при выборе того или иного типа – КПД теплового насоса для отопления и ГВС. Он зависит от типа теплового насоса, условий работы, температуры подогрева и других факторов.

Важно знать продуктивность работы климатического оборудования. Ведь вам не хочется потратить круглую сумму на покупку, установку и подключение теплового насоса, а потом обнаружить что придется догреваться с помощью котла или конвекторов.

Виды тепловых насосов

Принцип работы тепловых насосов одинаковый, но они отличаются по двум параметрам – откуда берут тепло и куда отдают. По отбору тепла они делятся на три типа:

  1. Грунтовые (геотермальные);
  2. Водяные;
  3. Воздушные.

Нагревают они воздух или воду. Поэтому есть такие виды тепловых насосов:

  • Воздух-воздух;
  • Воздух-вода;
  • Вода-воздух;
  • Вода-вода;
  • Грунт-воздух;
  • Грунт-вода.

Цикл теплового насоса простыми словами

Упрощенная схема принципа работы теплового насоса

Тепловой насос не производит тепло как конвектор или котел. Он переносит его из одной среды в другую. Поэтому КПД теплового насоса для отопления и ГВС выше 100%. Это значит, что на 1 кВт электроэнергии он выдаст больше 1 кВт тепла.

Это не нарушает принцип сохранения энергии, так как тепловой насос – не замкнутая система. Он потребляет один вид энергии и переносит другой.

По строению тепловые насосы бывают разными, каждый производитель использует свои ноу-хау, у каждой их марки есть свои плюсы и минусы. Поэтому подробнее про рабочий цикл агрегата можно прочитать в статье про принцип работы теплового насоса.

Зависимость КПД от температуры нагрева

По общепринятым стандартам для отопления дома с помощью радиаторов и горячего водоснабжения нужна вода температурой 50-55 градусов. А вот для отопления теплыми полами – с температурой 30-35 градусов.

Обычно вода в дом поступает с температурой до +5 градусов, поэтому для ее подогрева до разных температур нужен разный объем тепловой энергии. И от этой разницы зависит КПД теплового насоса.

В статье указаны коэффициенты для нагрева воды на 50 градусов. Если нужно просчитать этот уровень для подогрева воды на 30 градусов, КПД теплового насоса стоит умножить на 1,5.

Для теплого пола входящую в дом воду достаточно нагреть на 30 градусов, чтобы обеспечить мягкое отопление.

КПД теплового насоса грунт-вода и грунт-воздух

Реальный КПД грунтового теплонасоса лежит в пределах 400-800%, но бывают и редкие исключения. Высоких показателей эффективности можно достичь если почва получает тепло от солнечного света и в ней уложено геотермальное поле, а не пробурены скважины.

В случае со скважинным тепловым насосом, чем больше расстояние между ними, тем выше КПД. Разница в этом случае составит 50-100% от номинального значения.

Особенностью геотермальных тепловых насосов есть то, что они находятся в неподвижной среде. Если неправильно рассчитана мощность теплового насоса, количество скважин или площадь и глубина геотермального поля, произойдет следующее. Земля начнет промерзать и не успевать получать тепло, из-за чего КПД грунтового теплонасоса будет неуклонно падать и со временем опустится ниже 100%.

Так как магистраль находится в земле неподвижно, грунтовый тепловой насос может выморозить почву

КПД теплового насоса вода-вода и вода-воздух

Средний КПД тепловых насосов вода-вода и вода-воздух равен 400%, но он зависит от того, насколько прогрета вода. В водоемах ее температура может меняться от +1 зимой до +20 и выше летом. Поэтому минимальный КПД таких тепловых насосов может опускаться до 200%, а максимальный подниматься до 1000%.

Стоит учитывать, что летом тепловой насос практически не нужен, поэтому работать с КПД 1000% он не будет, это число используют формально.

Еще одна особенность водяных тепловых насосов в том, что водоемы медленно прогреваются и отдают тепло. Поэтому весной, когда вода не прогрета, у него будет низкий КПД, а осенью, когда она сохранила тепло – высокий КПД.

Водоемы медленно отдают тепло весной, а КПД водяного теплового насоса зависит от температуры воды.

КПД теплового насоса воздух-воздух и воздух-вода

КПД этого типа тепловых насосов сильно зависит от того, какова температура воздуха снаружи. К тому же, есть модели рассчитанные на работу при экстремально низких температурах. Например, низкотемпературный воздушный теплонасос, рассчитанный на отопление бассейна, дает КПД 230% при температуре -15 градусов Цельсия. Самые дешевые варианты будут иметь такой же КПД только при +5 — +10 градусов тепла.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух не очень отличается от устройства типа воздух-вода. Поэтому приведенные ниже значения можно использовать для обоих типов. КПД теплового насоса воздух-воздух среднего класса можно увидеть по этому графику:

На графике видна зависимость КПД теплового насоса воздух-вода в зависимости от температуры наружного воздуха и температуры нагрева воды

КПД теплового насоса в морозы

Есть мнение, что КПД теплового насоса в морозы снижается, но это не совсем так. Дело в том, что напрямую эффективность теплонасоса зависит от его типа и среды:

  • Грунтовые тепловые насосы не меняют свой КПД так как температура почвы на глубине не изменяется.
  • Водяные теряют КПД ближе к весне, так как вода в водоеме постепенно остывает.
  • Воздушные тепловые насосы напрямую зависят от температуры воздуха, их КПД зависит от текущих условий.

Реальные значения КПД

В большинстве своем производители и дилеры тепловых насосов завышают показатели. КПД теплового насоса для отопления дома может отличаться в полтора раза (хотя такая разница и редкость). При выборе стоит учитывать, насколько проверенный перед вами производитель и тщательно изучать документацию.

Хоть принцип работы тепловых насосов примерно один и тот же, внутренне строение у них разное. Теплонасос может быть двухконтурным или одноконтурным, с разными типами компрессоров, использовать разный теплоноситель и т.д.

Мощность теплового насоса обычно определяет количество тепла, которое он может выдавать за определенный промежуток времени. Но у самых мощных моделей часто КПД выше, чем у аналогов. Разница не слишком велика, но иногда она важна.

Например, мощный воздушный тепловой насос сможет давать тепло с КПД 200% при -20 градусов, а аналогичный по строению, но менее мощный, при такой температуре даст только КПД 150%.

В этой статье мы рассказали, каковы ральный КПД и эффективность теплового насоса в зависимости от его типа. Вопросы, мнения, нарекания вы можете оставить в комментариях. Мы стараемся реагировать на них оперативно Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Работаю в сфере климатической техники с 2001 года. Начинал с монтажника, на данный момент тружусь главным инженером, хоть и не имею профильного образования. Всему обучался на практике.

В свободное от работы время пишу статьи. По возможности оказываю консультации и отвечаю на вопросы в комментариях.

vteple.xyz

Правда и мифы о КПД теплового насоса

Преимуществом альтернативных источников энергии является их доступность и дешевизна. Тепловые насосы (тн) используют преобразованную энергию воздуха, воды или грунта, которые являются бесплатными в отличие от газа или угля. Но следует учитывать, что при установке тепловых насосов большие капитальные вложения, которые требуют времени, чтобы окупиться.

Расчет КПД теплового насоса может привести к абсурдным значениям, когда он будет больше 100%. Стандартная формула вычисления КПД некорректна и ошибкой обычно является неучтенный источник энергии (воздух, вода или грунт). У тепловых насосов 2 источника энергии — это электричество и внешний источник тепла (энергия воды, грунта, воздуха), а обычные формулы учитывают только электроэнергию, поэтому получаются значения больше 100%.

Некорректный расчет КПД тн:

Исходные данные:

  • потребление электричества 2 КВт;
  • отдает в систему 5 Квт;
  • из внешнего источника 6 Квт.

Расчет:

Pпотр./Pсети = 5/2 = 2,5

Такой расчет неправильный, так как здесь нет данных второго источника энергии.

Корректный расчет КПД тн:

Pпотр. /(Pсети + Pист.) = 5 /(2 + 6) = 0,63

Узнать количество низкопотенциальной энергии довольно затруднительно, что и приводит к ошибке.

Чтобы избежать неправильных расчётов были введены специальные коэффициенты:

  • COP - определяет во сколько раз тепловая энергия, которую получил потребитель, превышает количество работы необходимой для переноса тепла от низкопотенциального источника;
  • степень термодинамического совершенства - оценивает насколько действительный тепловой цикл насоса приближен к идеальному.

В поисках теплонасоса можно наткнуться на рекламное объявление, содержащее неправильную характеристику устройства. Продавцов, распространяющих подобные данные, следует остерегаться. Ведь заявлять, что КПД теплового насоса составляет 300 – 1000% – не только безграмотно, но и некорректно по отношению к покупателям.

Сравнение КПД тепловых насосов: вода, грунт, воздух

Поскольку реально оценить количество энергии, извлекаемой из альтернативного источника, задача достаточно сложная, сделать сравнение КПД тепловых насосов вода, грунт, воздух так же затруднительно. Разумнее сопоставить расходы на эксплуатацию оборудования и эффективность обогрева объекта.

Воздушный тепловой насос

Установка воздушного тн обходится дешевле, но он будет потреблять много электроэнергии. Его эффективность напрямую зависит от температуры окружающей среды. В сильные морозы — ниже -25°С — такое устройство обогрев помещения не обеспечит, есть модели до -40°С.

Водяной тепловой насос

Водяные тн начнут терять эффективность в сильные морозы, внешней энергии будет недостаточно и потребуется дополнительный источник тепла.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тн работают стабильно круглый год. Температура земли на глубине является неизменной, поэтому эффективность таких устройств от поры года не зависит. Однако, для бурения скважин и обустройства коллектора необходимо вложение крупных сумм денег, поэтому установка геотермального теплового оборудования оправдана только в расчете на долгосрочную перспективу.

Расчет COP теплового насоса

СОР рассчитывают на основании показателей температуры источника (Т1) и воды в системе обогрева (Т2), по формуле: СОР = Т2/(Т2 – Т1). Следует учитывать, что tº в этом случае измеряется в Кельвинах. К принятому у нас показателю в Цельсиях добавляют число 273 и производят дальнейшие расчеты.

Для примера: если tº земли составляет 5 градусов Цельсия, а в отопительном контуре она держится на уровне 55, сперва следует преобразовать данные в другую систему измерения: 5+273 = 278 К, 55+273 = 328 К. СОР = 328 / (328 – 278) = 6,56.

Производя расчет COP теплового насоса, необходимо помнить, что он предполагает работу оборудования без учета потерь (при идеальных условиях). На практике значение COP будет гораздо ниже.

Температуру источника изменить невозможно, поэтому для повышения эффективности следует позаботиться о низкотемпературной системе отопления.

ecosmaga.ru

Кпд теплового насоса - Автономный дом

Устройство теплового насоса отопления. Принцип работы. Экономия энергии, определение энергетической эффективности. (10+)

Тепловой насос. Принцип действия. Отзыв. Опыт отопления

По мере подорожания энергоносителей и обострения проблемы загрязнения окружающей среды, в обиход входят энергосберегающие технологии. Повсеместное распространение получили светодиодные осветительные приборы и гибридные автомобили. Тепловой насос — еще одна из таких энергоэффективных технологий. Мне показалось заманчивым получить значительную экономию на отоплении и одновременно внести свой вклад в защиту окружающей среды. Так что решил для отопления одного объекта опробовать тепловой насос. Прежде всего нужно было детально разобраться (чтобы не попасть впросак), найти и расспросить людей, которые уже установили у себя это устройство, понять, что он дает в реальных, а не теоретических условиях. Результатами исследования и последующего личного опыта делюсь в этом материале.

Энергетическая эффективность (энергоэффективность) (далее иногда будем употреблять сокращение ‘ЭЭ’) теплового насоса — это отношение затрачиваемой энергии на его работу к энергии, которую он отдает в отапливаемое помещение. Если энергоэффективность составляет 6, то КПД теплового насоса — 600%, на каждый киловатт затраченной энергии в помещение закачается 6 киловатт тепла.

Принцип действия

Вашему вниманию подборка материалов:

Все, что нужно знать об отоплении и климат-контроле Особенности выбора и обслуживания котлов и горелок. Сравнение топлива (газ, дизель, масло, уголь, дрова, электричество). Печи своими руками. Теплоноситель, радиаторы, трубы, теплый пол, циркуляцинные насосы. Чистка дымоходов. Кондиционирование

Принцип работы теплового насоса основан на том физическом явлении, что жидкость в условиях разного давлении кипит при разной температуре. То есть для определенной, специально подобранной жидкости (хладагента) можно создать условия, когда она будет кипеть при относительно низкой температуре окружающей среды, но после сжатия пары будут конденсироваться при уже значительно больших температурах, необходимых для обогрева (непосредственно воздуха или теплоносителя в системе отопления). Процесс испарения отбирает энергию. При конденсации энергия выделяется. Таким образом происходит перенос тепла от более холодной среды к более теплой. При этом расход энергии на создание разницы давлений получается намного меньше, чем поток энергии, отдаваемый на отопление. Дополнительная энергия отбирается из окружающей среды, где она накапливается от Солнца. Так что нарушения закона сохранения энергии нет, просто мы имеем еще один способ использования солнечного тепла. Упрощенная схема теплового насоса приведена на рисунке.

A1 — холодный теплообменник. Он связан с окружающей средой и отбирает тепло из нее. В нем содержится некоторое количество хладагента, который при работе устройства интенсивно испаряется. A2 — горячий теплообменник. В нем хладагент конденсируется, отдавая тепло в помещение, и накапливается. F1 — компрессор. Он создает нужную разницу давлений и перекачивает пары хладагента из холодного обменника в горячий. S1 — перепускной клапан. Этот клапан служит для возврата хладагента из теплого обменника в холодный, чтобы процесс был непрерывным. Обычно этот клапан открывается, когда уровень жидкости в горячем обменнике превышает определенное значение, и закрывается после перетока жидкости в холодный обменник. Его делают обычно механическим поплавковым или с электронным управлением. Переток хладагента происходит под действием давления, которое больше в горячем обменнике.

Бытовые холодильники и кондиционеры устроены похожим образом, только в них происходит отвод тепла в окружающую среду, то есть холодный теплообменник связан с охлаждаемыми средами, а горячий выведен на улицу.

Из схемы хорошо видно, что эффективность теплового насоса непосредственно зависит от разницы температур между горячим и холодным теплообменниками. Чем больше эта разница, тем пропорционально больше нужна разница давлений, чтобы обеспечить испарение хладагента в холодной камере и конденсацию в горячей. Чем больше разница давлений, тем пропорционально больше нужно потратить энергии для перекачки одного килограмма пара хладагента из камеры с низким давлением в камеру с высоким, а один килограмм хладагента переносит фиксированное количество энергии.

Таким образом мы получаем первое полезное наблюдение. Дело в том, что производители тепловых насосов указывают его энергетическую эффективность при определенных параметрах холодной и горячей сред. Типовым является указание эффективности при температурах +10 градусов Цельсия и +40 градусов Цельсия соответственно для холодной (воздух улицы, грунт или вода из скважины) и горячей (воздух помещения или теплоноситель системы отопления) сред. Типовым значением энергоэффективности в таком режиме является 6. Рассчитаем ЭЭ для реальных условий эксплуатации.

[ЭЭ в реальных условиях] = [ЭЭ из инструкции] * ([Температура горячей среды из инструкции] — [Температура холодной среды из инструкции]) / ([Температура реальной горячей среды] — [Температура реальной холодной среды])

Пусть наш насос имеет ЭЭ равное 6 при температуре холодной среды: 10 гр, горячей: 40 гр (данные из инструкции). Мы хотим его эксплуатировать для нагрева воды в системе отопления до 65 гр, при температуре на улице -15 гр. Тогда энергетическая эффективность теплового насоса в наших условиях составит 2.2, а КПД, соответственно, 220%.

Замечу, что по мере роста разницы температур и, соответственно, давления, растут нагрузка на компрессор и его износ.

Тепловой насос (отопительный) Устройство теплового насоса отопления. Принцип работы. Экономия энергии, определение энергетической эффективности.

Источник: hw4.ru

Физика термодинамического цикла Теплового насоса

Когда в статьях говорится о коэффициентом полезного действия (КПД) Теплового Насоса (ТН) большем 100%, то первая мысль которая посещает нормального человека, ещё не забывшего общего курса физики, что речь идёт об обмане – вечном двигателе.

Давайте попробуем разобраться.

В термодинамике существует чёткое определение КПД:

Отношение количества теплоты, превращенной в положительную работу за один цикл, ко всей теплоте, подведенной к рабочему телу, называется термическим коэффициентом полезного действия (КПД) прямого цикла:

Тх — это температура холодильника,

Тн – температура нагревателя.

В быту же пользуются более общим понятием КПД, полагая его как отношение полезной работы (тепла) к затраченной. В этом и кроется подвох, а что считать полезной работой (теплом)?

Если речь идёт о Тепловом Насосе , то надо понимать что Тепловой Насос не производит тепла!

Он переносит его из одного места в другое, и при этом на перенос затрачивается электрическая энергия, которая в конечном итоге вся так же переходит в тепло.

Тепловой Насос может переносить до 5кВтч тепла, потребляя всего 1кВтч электричества.

И эти 5кВт тепла для нас полезны, потому что используются в качестве отопления.

Вот чудо, скажите Вы, если эти 5кВт потратить на производство электричества, то вот он Вечный Двигатель! С КПД = 500% . На самом деле всё не так.

Давайте рассмотрим весь цикл производства электроэнергии из тепла и посмотрим, что за «Вечный Двигатель» может получиться.

Современные Тепловые Электростанции имеют КПД до 40%. Если предположить, что на перенос 5кВт тепла из грунта затрачивается 1кВт электроэнергии, а из 5кВт мы сможем получить 2кВт электричества, то чисто теоретически этого будет достаточно для работы теплового насоса и даже 1кВт останется для внешних потребителей.

Но это чисто теоретически. Потому, что Тепловой насос производит низкотепературное тепло, а для эффективной работы ТЭС нужно высокотемпературное +150С и выше.

То что мы получили ни есть вечный двигатель, потому что мы просто преобразовали низкотемпературное тепло от грунта в электроэнергию. В нашем примере из 4-х кВт тепла из грунта, получили теоретически 1кВт электричества для внешних потребителей.

По этому во избежании путаницы в Теплотехнике в качестве основного показателя эффективности теплового насоса применяется коэффициент преобразования или отопительный коэффициент СОР (coefficient of performance), равный отношению теплопроизводительности теплового насоса к мощности, потребляемой компрессором. В режиме охлаждения для оценки эффективности применяется холодильный коэффициент EER (energy efficiency ratio), равный отношению холодопроизводительности теплового насоса к мощности, потребляемой компрессором.

СОР = QR/N = (QC + N)/N = EER + 1 = T0/(TK — T0) + 1;

где QR — энергия, отдаваемая нагревателем;

QC — тепловая энергия, отбираемая у холодильника;

N — затраченная электроэнергия;

TK и T0 — температуры конденсации и кипения в тепловом насосе.

Солнечные и Геотермальные отопительные системы - Физика термодинамического цикла Теплового насоса Солнечные и Геотермальные отопительные системы Физика термодинамического цикла Теплового насоса Когда в статьях говорится о коэффициентом полезного действия (КПД) Теплового

Источник: teplodarom.com

На написание данного опуса меня сподвигла статья Вот такой имеет право быть «зеленая энергетика»: абсорбционный холодильник Энштейна-Сцилларда, а ещё более – комментарии к ней. Вернее сказать, данная статья стала последним толчком давно назревавшему порыву.

Спекуляции на тему тепловых насосов – это один из самых старых и распространённых фейков интернета в целом, и рунета в частности. Люди, зацикленные на поисках халявных источников энергии и построении вечных двигателей, мигрируют с ресурса на ресурс, и взахлёб рассказывают о стремящемся к бесконечности КПД оного девайса, уменьшении энтропии, и прочих богомерзких противоречащих фундаментальным физическим законам вещах.

Этих людей можно условно поделить на три группы:

1. Технически неграмотные люди.

2. Технически грамотные, но в силу каких-то причин не понимающие «физику» работы тепловых насосов.

3. Фанаты «альтернативной энергетики» и прочие упоротые личности, для которых это вопрос веры.

Людей из третьей группы я сразу прошу воздержаться от написания комментариев к данной статье, ибо предупреждаю: фанатиков не люблю, поэтому троллить буду жёстко, а самых неадекватных буду банить. Поэтому не нужно рассказывать про атмосферное электричество и прочие трансформаторы Теслы – пишите свои статьи на данные темы, и полемизируйте там в камментах на здоровье. У меня вам будет максимально некомфортно.

Для людей-же из первых двух групп статья будет разбита на две части: в первой я буду всё объяснять «на пальцах», с различными упрощениями и приближениями, за что заранее прошу прощения у людей из второй группы, для которых во второй части статьи будут даны формулы и научные термИны.

Как я выше уже сказал, при обсуждении тепловых насосов обычно постулируется утверждение, что КПД тепловых насосов выше единицы (100%), причём в разы, потому что при работе теплового насоса, на киловатт потраченной электроэнергии «вырабатывается» несколько киловатт тепловой энергии.

В реальности суть работы любой холодильной машины заключается в том, что она переносит тепловую энергию из одного места в другое. Для этого используется хладагент, который выполняет роль аккумулятора тепловой энергии. А насос лишь перекачивает хладагент, накопивший в себе тепловую энергию внешней среды.

Наиболее уместной аналогией в данной ситуации будет сравнение работы теплового насоса с нефтяным или газовым трубопроводом. Нефть – это жидкий аккумулятор энергии, которую лишь перекачивают с помощью насосов с одного места в другое. При этом на 1 кВт электроэнергии, потраченной на работу насоса, переносятся несколько киловатт (или даже десятков киловатт) энергии, заключённой в углеводородах.

Более грубой, но тоже верной будет аналогия с бензовозом: автомобиль в состоянии перевозить на сотни километров десятки тонн горючего, сам при этом расходуя максимум несколько сотен литров топлива. Однако никто в здравом уме не будет говорить о КПД автомобиля, равном 1000%.

На самом деле отношение потребляемой энергии холодильной машины к переносимой ею тепловой энергии, это вовсе не её КПД, а тепловой коэффициент. Если опять упростить ситуацию, и провести аналогию с более понятными читателям АШ терминами, то тепловой коэффициент по своей сути, это аналог EROEI . И если воспринимать его именно как EROEI , то коэффициент, колеблющийся в пределах 3,5-4,5 (а это нормальные значения теплового коэффициента для современных холодильных машин) вовсе не кажутся запредельными, а являются, как известно, нижним приемлемым значением для безубыточной добычи энергии. Что, в свою очередь, позволяет нам говорить о том, что холодильная машина Энштейна-Сциларда, в теории, в состоянии работать практически без использования внешних источников энергии, а на практике-же можно добиться от неё минимального энергопотребления. И если современный бытовой кондиционер потребляет в районе 1 – 2 кВт/ч электроэнергии, то для машины Энштейна-Сциларда вполне возможно уменьшить эту цифру на порядок. Понятно, что у машины Энштейна-Сциларда есть свои недостатки: меньшее КПД, чем у традиционных тепловых насосов (что выражается в бОльших геометрических размерах машины, чем у традиционных установок сопоставимой производительности), и более высокая себестоимость их производства. Поэтому лично мне наиболее целесообразным видится использование таких машин в качестве промышленных, в минимальном форм-факторе установок центрального кондиционирования, по типу тех, что за границей монтируют в многоквартирных домах.

Рассмотрим устройство холодильной машины на примере бытового компрессионного холодильника. Он состоит из замкнутого трубопровода, в который последовательно включены компрессор, радиатор, дроссель и морозильная камера (рис. 1).

Рис. 1.Главные части электрического холодильника.

Действие холодильников механического или газового типа основано на том, что при сжижении газа выделяется теплота, а при превращении жидкости в пар теплота отнимается от соприкасающихся с жидкостью тел и передается более нагретому телу. Этим более нагретым телом является воздух внешней среды, который в результате работы холодильника нагревается до еще более высокой температуры.

Используя рисунок 2, рассмотрим последовательность работы холодильной машины (в том числе бытового холодильника).

Рабочим телом к домашнем компрессионном холодильнике служит газ фреон (дифтордихлор-метан CF 2 C 12).

Рис.2. Схема узлов холодильника

(1 — компрессор, 2 — радиатор, 3 — дроссель, 4 — морозильная камера);

Фреоном заполнена система конденсатора и испарителя. Компрессор 1, приводимый в действие электродвигателем, сжимает газообразный фреон приблизительно до 800 кПа. При быстром, почти адиабатическом сжатии газ нагревается. Охлаждение его до комнатной температуры и последующая конденсация производится в радиаторе (конденсаторе) 2, расположенном обычно на задней стенке холодильного шкафа. Охлажденный до комнатной температуры, фреон переходит в жидкое состояние. Из конденсатора образовавшаяся жидкость поступает в дроссель 3— переходит от очень узкого сечения трубопровода в широкое. Происходит адиабатическое расширение приблизительно до 200 кПа. Жидкость при этом испаряется, что приводит к понижению температуры. Далее охлажденный газ через трубку поступает в испаритель (морозильную камеру) 4 и охлаждает находящиеся там объекты. При этом он нагревается. Нагретый фреон вновь поступает в компрессор. Цикл повторяется вновь. Таким образом, одни и тот же газ служит передатчиком теплоты от внутренней камеры холодильника наружу.

Самая низкая температура, которая может быть получена в испарителе (морозильной камере), определяется значением давления паров фреона, так как температура кипения фреона, как и любой другой жидкости, понижайся с понижением давления. При постоянной скорости поступления жидкого фреона из конденсатора в испаритель через капиллярную трубку давление паров фреона в испарителе будет тем ниже, чем дольше работает компрессор. Если нет нужды добиваться понижения температуры в испарителе до предельно достижимого значения, то работа компрессора периодически останавливается путем выключения электромотора, приводящего его в действие. Компрессор выключается автоматом, следящими за поддержанием в холодильном шкафу заданной температуры.

При работе холодильной машины за цикл у холодного тела, находящегося в холодильной камере, рабочим телом (газом) при расширении отнимается количество теплоты Q 2.(рис.3) При этом внешние силы совершают механическую работу А. Нагревателю (более горячему телу) за цикл работы холодильной машины передаётся количество теплоты Q 1= Q + А.

В реальных холодильных установках (холодильниках) нагревателем является окружающая среда. Работа А совершается, как правило, за счёт электрической энергии.

Рис. 3.Энергетическая схема холодильной машины.

Работа холодильника не опровергает второй закон термодинамики, а протекает в полном соответствии с ним. Холодильник и воздух комнаты не составляют замкнутой системы. Холодильник необходимо подключить к электрической сети. Электрическая энергия с помощью электродвигателя превращается в механическую энергию, затем механическая энергия в результате работы компрессора холодильника превращается, в конечном счете, в энергию теплового движения молекул деталей холодильника и окружающих его тел. Следовательно, переход тепла от холодного тела к горячему не является единственным результатом работы холодильника, так как этот процесс сопровождается превращением энергии электрического тока в энергию теплового движения

КПД холодильной машины находиться из выражения

В случае, если холодильная машина является идеальным обратимым тепловым двигателем, ее КПД рассчитывается по формуле

Важнейшей характеристикой холодильной машины является холодильный коэффициент, равный:

Холодильный коэффициент показывает, какое количество теплоты отнимается от охлаждаемого тела при совершении единицы работы.

Другая важная характеристика холодильной машины — хладопроизводительность, показывающая какое количество теплоты способна отнимать машина от тела в единицу времени:

Устройство, работающее по холодильному циклу, может иметь двоякое предназначение. Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла Q2 от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником.

Если полезным эффектом является передача некоторого количества тепла Q1 нагреваемым телам (например, воздуху в помещении), то такое устройство называется тепловым насосом.

Определение КПД холодильника.

В данном случае будем считать холодильник идеальной обратимой тепловой машиной.

Отсюда Q1-Q2=nQ1; Q2=Q1-nQ1=(1-n)Q2

где Cv — удельная теплоемкость воздуха; dT — искомая разность конечной и начальной температур воздуха в комнате; m – масса воздуха.

Вся правда о тепловых насосах На написание данного опуса меня сподвигла статья Вот такой имеет право быть «зеленая энергетика»: абсорбционный холодильник Энштейна-Сцилларда, а ещё более – комментарии к ней. Вернее сказать, данная статья стала последним толчком давно назревавшему порыву.

Источник: aftershock.news

«Мы все учились понемногу

Чему-нибудь и как-нибудь…»

А.С. Пушкин. «Евгений Онегин».

Когда по каналу «РОССИЯ24» в цикле программ «Город будущего» вышел фильм «Безопасное тепло и эффект кавитации» было заявлено, что тепловые гидродинамические насосы (кавитационные теплогенераторы) имеют КПД больше единицы, разгорелась бурная дискуссия о реальности такой эффективности. Хотя о том, что КПД тепловых насосов, которые успешно продаются в Европе с 40-х годов, более 300%, никто не спорит. Все мы учились в школе, все «проходили» физику и ее раздел «Термодинамику». Со временем многое забылось, но большинство людей все-таки помнят, что существует такое понятие – коэффициент полезного действия (КПД), который не может быть больше единицы. Некоторые помнят еще и то, что есть «Второе начало термодинамики», которое, как нас учили, нельзя нарушать. Время стирает из памяти мелкие подробности, а, как известно, «дьявол» в деталях. Для попытки объяснения процессов происходящих в кавитационных теплогенераторах и других устройствах и чтобы не переписывать учебники, РАН ввела термин коэффициент преобразования энергии (КПЭ). Мы против такого подхода не возражаем и тоже взяли его на вооружение. Итак, коэффициент преобразования энергии тепловых гидродинамических насосов гораздо больше единицы! Поэтому, прежде чем начинать дискуссию нужно выяснить, кто — что понимает под конкретными терминами.

В 1824 году французский инженер С. Карно рассмотрел круговой процесс, состоящий из двух изотерм и двух адиабат. Этот круговой процесс, сыгравший важную роль в развитии учения о тепловых процессах, называется циклом Карно (рис. 1).

Рисунок 1. Цикл Карно.

Этот цикл Карно совершает газ, находящийся в цилиндре под поршнем. Карно выразил коэффициент полезного действия цикла через температуры нагревателя T1 и холодильника T2:

Цикл Карно исключает теплообмен при конечной разности температур рабочего тела и окружающей среды (термостатов), когда тепло может передаваться без совершения работы. Поэтому цикл Карно – наиболее эффективный круговой процесс из всех возможных при заданных температурах нагревателя и холодильника:

Это та часть информации, которую возможно еще помнит о КПД большинство людей. Практически никто не помнит продолжения. Любой участок цикла Карно и весь цикл в целом может быть пройден в обоих направлениях. Обход цикла по часовой стрелке соответствует тепловому двигателю, когда полученное рабочим телом тепло частично превращается в полезную работу. Обход против часовой стрелки соответствует холодильной машине, когда некоторое количество теплоты отбирается от холодного резервуара и передается горячему резервуару за счет совершения внешней работы. Поэтому идеальное устройство, работающее по циклу Карно, называют обратимой тепловой машиной. Возможно, формула Карно великолепно работает для идеальных тепловых машин – только никто это не проверял, потому что таких машин нет и быть не может. (А задачки, которые решают про циклы Карно – теоретические абстракции). А вот для реальных тепловых машин, на основе этой формулы получаются конкретно бредовые предсказания. Впрочем, при всех недостатках формулы Карно, у неё есть бесспорное достоинство: феноменальное научное долголетие. Короче, эта формула, хотя и украсила собой учебники, не помогла прояснить проблему, ради которой она сочинялась. Люди, далёкие от высокой науки, так и не могли взять в толк – отчего КПД паровых машин, который, согласно первому началу термодинамики, должен быть почти 100%, в реальности составлял менее 10%.

Устройство, работающее по холодильному циклу, может иметь двоякое предназначение. Если полезным эффектом является отбор некоторого количества тепла |Q2| от охлаждаемых тел (например, от продуктов в камере холодильника), то такое устройство является обычным холодильником. Если полезным эффектом является передача некоторого количества тепла |Q1| нагреваемым телам (например, воздуху в помещении), то такое устройство называется тепловым насосом. Коэффициент преобразования энергии (КПЭ) теплового насоса βТ может быть определен как отношение

т. е. количеством теплоты, передаваемым более теплым телам на 1 джоуль затраченной работы. Из первого закона термодинамики следует:

следовательно, βТ всегда больше единицы. Для обращенного цикла Карно

Такой процесс более выгоден, чем непосредственное превращение электрической, механической или химической энергии в теплоту.

Ситуация, при которой КПЭ больше единицы, возникает, если его определять отношением Wпол/Wзатр, где Wпол — энергия, получаемая на «выходе» системы, Wзатр — не вся энергия, поступающая в систему, а лишь та её часть, для получения которой производятся реальные затраты. Затрата электроэнергии в тепловых насосах меньше количества выделяемой теплоты. При этом, рассмотренный КПЭ h = Wпол/Wзатр может оказаться больше единицы.

Что можно добавить по такому случаю? Да есть некоторые соображения. Начнём с «Первого начала термодинамики», сформулированного ещё в середине 18-го века. Согласно ему любая замкнутая система может изменить свою температуру только, если в неё извне вкачать энергию или совершить над ней работу. Все эти выводы, тогда делались на основе опытов с калориметрами и наблюдением за поведением пара в паровых машинах. Закон поспешили объявить «всемирным», но что мы теперь по этому случаю имеем? Первое. Все химические реакции (и экзотермические, и эндотермические) прекрасно протекают в термоизолированной обстановке. При этом зона реакции либо нагревается, либо охлаждается! Первое нарушение «Первого начала», причём абсолютно всеми химическими реакциями! Второе. Электрическая цепь из аккумулятора и резистора греется без подвода извне тела и без совершения на ней работы! Второе нарушение! Далее. При распаде радиоактивных элементов образец греется опять в нарушение «Первого»! Получается, что «всемирное» «Первое начало» уже три раза подкачало. И на основе этих средневековых представлений о теплоте в лице Первого и Второго начал и цикла Карно пытаются делать выводы, что теоретически может быть, а что нет. Похоже, что все эти «начала» просмотрели следующий момент в термодинамике. Подобно рычагу в механике, когда мы прилагаем усилие в пятьдесят килограмм, а поднимаем груз в пятьсот килограмм, в теплотехнике тоже возможно нечто подобное. В тех же тепловых гидродинамических насосах (кавитационных теплогенераторах) электрическая энергия тратится не на прямой нагрев воды, а на создание вихря в кавитационном модуле (Wзатр), а лопающиеся кавитационные пузырьки дают после своей релаксации значительное увеличение температуры, которое интерпретируют, как полученную тепловую энергию (Wпол). При этом КПЭ >1!

Схема теплового насоса показана на рис. 2.

1 — контур подачи низкотемпературного тепла;

5 — контур подачи высокотемпературного тепла;

6 — дроссельный клапан

В реальном тепловом насосе источником тепла может быть скалистая порода, земля, вода или, например, воздух. Охлажденный теплоноситель, проходя по трубопроводу 1, уложенному в землю (озеро) нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем 2, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.

Внутренний контур теплового насоса заполнен хладогеном. Хладоген подбирается такой, чтобы мог закипать даже при минусовой температуре. Поэтому, даже когда совсем холодную воду прогоняют насосом через каналы испарителя 2, жидкий хладоген все равно испаряется. Далее пар втягивается в компрессор 3, где сжимается. При этом его температура сильно увеличивается (до 90-100°С). Затем горячий и сжатый хладоген направляется в теплообменник конденсатора 4, охлаждаемый водой или воздухом. На холодных поверхностях пар конденсируется, превращаясь в жидкость, а его тепло передается охлаждающей среде. Воду используют в системе отопления или горячего водоснабжения, а хладоген, теперь снова жидкий, направляется на дросселирующий вентиль, проходя через который он теряет давление и температуру, а затем опять возвращается в испаритель. Цикл завершился, и будет автоматически повторяться, пока работает компрессор.

Условия развития энергетики, заключающиеся в совместной выработке теплоты и электроэнергии, ограничивают использование тепловых насосов, которые применяются только в тех случаях, когда другие виды теплоснабжения затруднены (например, при удалённости объекта от ТЭЦ). Иногда тепловые насосы применяются для отопления в районах с жарким климатом, так как в летний период эта же установка охлаждает подаваемый в здание воздух. Тепловые насосы имеют высокую эффективность при температуре наружного воздуха – 10 оС. А при понижении температуры включается обычный электрический котел, чьи потребительские качества далеки от совершенства. Под такие характеристики окружающей среды подпадает вся Европа и лишь пару южных областей РФ так что для большинства регионов России это просто очень дорогая игрушка.

При проектировании водогрейных котлов трактовка КПД отличается от чисто теоретической. В пункте 14 ГОСТ 21563-93 «КОТЛЫ ВОДОГРЕЙНЫЕ Основные параметры и технические требования» указывается, что при расчете КПД используется так называемая «низшая теплота сгорания топлива».

В теплофизике различают высшую и низшую теплоту сгорания. Высшая теплота сгорания соответствует условию доведения всех водяных паров, содержащихся в продуктах сгорания топлива до жидкого состояния (их полной конденсации). Т.е. это понятие учитывает, кроме энергии, выделяющейся при сгорании топлива и охлаждения продуктов сгорания, также энергию конденсации водяных паров. Низшая теплота сгорания не учитывает теплоту (энергию) выделяющуюся при конденсации. Таким образом, высшая теплота сгорания по абсолютному значению больше чем низшая. Но в практических тепловых расчетах при определении КПД теплового агрегата принято пользоваться именно низшей теплотой сгорания, так как при сжигании топлива в котлах традиционной конструкции никогда не происходит конденсации водяных паров из продуктов сгорания.

Такой подход не случаен. Ведь образующийся водный конденсат, за счет растворения в нем СО2, вызывает коррозию стали и чугуна. Поэтому конструкторы котлов далекого, да и недалекого прошлого исключали саму возможность конденсации водных паров в газоходах и, естественно, не учитывали теплоту конденсации в своих расчетах.

Ситуация изменилась, когда появилась возможность использования при конструировании котлов коррозионно-стойких легких сплавов и нержавеющих сталей. На рынке теплотехники появились новые котлы, конструкция которых предусматривает получение дополнительного тепла от уходящих продуктов сгорания, за счет конденсации водяных паров, образующихся при сжигании топлива. Таким образом, можно получить дополнительное количество тепла – до 10,7 % при сжигании газа и до 5,95 % при сжигании солярки. Следствием этого и являются значения КПД, превышающие 100%. Котлы, действующие по указанному принципу, получили название «конденсатных» или «конденсаторных». В паспорте на данные изделия производитель так и пишет «КПД котла 109%», но как возможно при сжигании топлива получить такой КПД – никто толком не поясняет и покупатель не возмущается.

На самом деле КПД конденсационного котла меньше 100 %, но поскольку во всем мире до сих пор КПД рассчитывается по низшей теплоте сгорания, то для правильного сравнения традиционных и конденсационных котлов КПД последних принимается равным 108-109 %. (Более подробную информацию см. C.O.K. N 4 / 2002 г.).

Теперь рассмотрим, как обстоят дела с КПЭ у теплового гидродинамического насоса. В настоящее время нет единого и обоснованного теоретического описания процесса выделения энергии в тепловом гидродинамическом насосе, научные исследования сводятся лишь к фиксации результатов работы существующих тепловых установок не давая методики оптимизации, но выдвигая свои гипотезы. Ясно лишь одно, что тепловой гидродинамический насос работает не по циклу Карно.

На заводах-изготовителях каждый тепловой гидродинамический насос перед отгрузкой потребителю проходит проверочные испытания. Схема испытательного стенда показана на рис. 3, а его общий вид на фото 1.

Рис.3. Принципиальная схема испытательного стенда.

Фото 1. Фото испытательного стенда.

Испытания проводятся по следующей методике:

Через воронку В1 воду массой 400 кг в заливают бак, используя мерный сосуд и товарные весы с погрешностью + 0,1 кг.

В напорном водопроводе устанавливают давление равное 0,3 МПа.

По достижении температуры воды в центре ее массы 30+2 оС, включают секундомер и измеряют интервал времени Т, необходимый для нагрева воды в гидравлической системе испытательного стенда до температуры 80+2 оС.

При температуре воды 80+2 оС отключают электродвигатель. Горячую воду из бака через дренажную трубку и воронку В2 сливают в канализацию.

Порядок испытаний прописан в Технических условиях разработанных нами еще в 2003 году и необходим для подтверждения работоспособности оборудования. Три поверенных теплосчетчика, смонтированные на выходе из теплового гидродинамического насоса, каждый день могут показывать различные данные выделяемой теплоты и их показания далеки от простой погрешности, предусмотренной производителем. Их показания могут отличаться на 50% от предыдущих, что гораздо больше указанной в паспорте на счетчик погрешности 1-2%. На наш письменный запрос заводчане ответили, что счетчики предусмотрены для измерения теплопроизводительности при использовании в качестве теплоносителя воды, а не водо-газо-воздушной кавитационной смеси.

При анализе результатов заводских испытаний мы обратили внимание на факт снижения номинального тока электродвигателя 55 кВт со 102,4 А до 96,0 А при нагреве воды с + 40 оС до 80 оС. То есть тепловые гидродинамические насосы типа «ТС1» более эффективно работают при более высоких температурах теплоносителя + 60 – 80 оС.

В период работы над первыми моделями тепловых гидродинамческих насосов с 1998 по 2004 годы наш офис и лаборатория находились в трехэтажном здании по адресу г.Москва, ул.Бауманская дом 6 корпус 3, а в подвале здания был смонтирован индивидуальный тепловой пункт с двумя электрокотлами марки «Руснит» по 100 кВт каждый и с КПД=98%. Каждой зимой с 1998 по 2001 годы люди в офисах здания чувствовали себя не комфортно – сотрудницы бухгалтерии надевали теплые вещи и включали в кабинетах дополнительно масляные обогреватели. После окончания работ над одной из моделей (фото.2) в 2001 году мы подключили собранное изделие для обкатки и испытания к отопительной системе здания параллельно с электрокотлами, которые отключили и оставили в качестве резерва. Когда же, после пары дней работы, мы осматривали здание, то стало очевидно, что тепла в здании стало гораздо больше, чем могут выработать два стокиловатных котла – окна в здании на третьем этаже были частично открыты, а сотрудницы бухгалтерии сняли теплые кофточки. А ведь мы испытывали тепловой гидроднамический насос ТС1-075 потребляющий электроэнергии из сети всего 69 кВт. Электронный счетчик тепла был смонтирован в системе отопления,

подключен к компьютеру и его показания походили на синусоиду, где ось Х соответствовала не нулю, а теплоте равной 69 кВт. Два других механических счетчика, установленных последовательно до и после электронного счетчика, показывали такие же абсурдные цифры. После этого мы убедились в высокой эффективности оборудования.

Фото 2. Первая модель установки.

В соответствии с техническим заданием Заказчика, в БМТП-55 для Буровой Компании «Евразия» (фото.3) первоначально был установлен воздушно-отопительный агрегат АО2-10 с производительностью по теплу 116 кВт. Все это указано в паспорте на изделие, в сертификате соответствия и подтверждается многочисленными заводскими испытаниями. То есть мощность воздушно-отопительного агрегата в два раза превосходила установленную мощность электродвигателя теплового гидродинамического насоса ТС1-055. Однако, во время проведения испытаний, при температуре наружного воздуха — 4 оС и градиенте температур воздуха на входе-выходе вентилятора + 62 оС, тепловой гидродинамический насос ТС1-055 нагрел жидкий теплоноситель до + 95 оС за 10 минут и выключился. В дальнейшем он включался-выключался с периодичностью в 10 минут. Фактически калорифер не справлялся с выделяемым теплом теплового гидродинамического насоса ТС1-055 и требовалось увеличить теплосъем. За время проведения испытаний теплосъем на калорифере составил 113 кВт, а потребляемая мощность ТС1-055 – 49 кВт. Комиссией был сделан вывод о необходимости увеличения мощности воздушно-отопительного агрегата. Агрегат АО2-10 был заменен на более мощный — АО2-20, с производительностью по теплу 220,4 кВт. После этого вся система стала работать в нормальном режиме. Сейчас он эксплуатируется в г.Ухта на буровой вышке.

Так как однозначно нельзя утверждать, что в БМТП на основе ТС1-075, ТС1-090 и ТС1-110 нужно устанавливать воздушно-отопительные агрегаты с четырехкратным превышением производительности по теплу, то необходимо провести экспериментальную отработку каждой модели, но наш опыт эксплуатации говорит в пользу данного предположения.

Фото 3. БК Евразия, БМТП-55 с одним ТС1-055.

Фото 4. Объект в Московской области где и проводились испытания оборудования

Фото 5. Акт «Спецстроя России».

Фото 6. Отчет по результатам испытаний.

Как показала пятнадцатилетняя практика применения тепловых гидродинамических насосов, КПЭ, получаемый в процессе эксплуатации, выше, чем полученный при первых минутах работы. После недели эксплуатации агрегаты тепловой установки «притираются», номинальные токи электродвигателя снижаются на 5-10 А. На эффективность работы большое влияние оказывает «завоздушенность» отопительной системы и ее правильный монтаж.

Кроме этого заводские испытания по ТУ и при вычислении КПЭ наших установок не учитывают фактора «последействия». По нашему заданию независимая компания ООО «НОТЕКА-С», имеющая сертифицированный испытательный стенд, провела испытания теплогенератора на основе «вихревой трубы» мощностью 5,5 кВт. Результаты испытаний приведены в Таблице. 1.

«Вихревые трубы» имеют КПЭ меньший, чем тепловые гидродинамические насосы. За время эксперимента (30 мин) было выработано 1386 ккал (1,62 кВт-час), потреблено электроэнергии 1,485 кВт-час, то есть КПЭ = 1,091. С учетом погрешности измерений можно сказать, что «вихревая труба» сравнима с обычным электрическим нагревателем, но менее надежна и гораздо дороже. В процессе работы сварные швы расходятся от постоянной вибрации и эффективность снижается, что требует постоянной настройки системы. Мы начинали работать с ней еще в 1999 году и поняв все это пошли в своих работах дальше. А С.Головко из ООО «НОТЭКА-С» или сейчас ООО «Климат контроль» до сих пор продолжает заниматься ее продажей. Но в данном эксперименте нам интересно другое: после 15 минуты установка была выключена, температура при этом была 84 оС, а на 30 минуте при неработающей установке температура достигла 92 оС. Это свидетельствует о том, что процесс выделения тепла происходит не только в самом теплогенераторе, а продолжается в трубах отопительной системы и даже после того, как перестала подаваться электроэнергия к двигателю установки. Косвенно, это подтверждается еще и тем, что когда некоторые потребители применили на выходной магистрали пластиковые трубы, то на первых 10 метрах они разрушались.

Высокая эффективность тепловых гидродинамических насосов позволяет при укрупненном подборе мощности применять норматив 1 кВт потребляемой мощности электродвигателя на 30-35 м2 площади стандартных жилых помещений (на объем 90 м3), в то время как у других видов тепловых установок (газовых, дизельных, дровяных, пилетных, угольных, электрических, индукционных и т.д.) применяется норматив 1 кВт тепловой энергии на 10-12 м2 этой же площади. Мы уже 10 лет пытаемся найти единомышленников среди энергетиков, экспертов и специалистов, пишущих СНИПы и ГОСТы. Ведь, если наше оборудование дает на объектах тепла в три раза больше, чем электрокотел с КПД=99%, то: 1. Либо нас обманывают производители электрокотлов и у них КПД=33%. Пора их привлекать за умышленный обман покупателей и тогда не понятно почему молчит общественность на всевозможных ток-шоу. Куда делись «инквизиторы» и «цепные псы» из комиссии при РАН? 2. Либо наше оборудование имеет КПД=300%. 3. Либо надо менять методику измерения эффективности теплового оборудования. Вот тогда уже по новой методике и провести испытания всех отопительных приборов. А может и ввести новую величину для обозначения эффективности Попробуйте позвонить на завод где выпускают котлы с КПД=99% или даже 109% и заказать им котел для обогрева 6000 куб.м офисных помещений и 38000 куб.м. склада, но чтобы он имел мощность 90 кВт. Я думаю, что никто из них не даст Вам такого официального предложения. А у нас установка с двигателем 90 кВт обогревает такой объект уже 10 лет!

Электродвигатель теплового гидродинамического насоса преобразует электрическую энергию в механическую энергию завихрения теплоносителя (воды). А далее энергия движения теплоносителя в условиях специально созданного градиента скоростей преобразуется в тепловую энергию. При этом запускаются механизмы выделения энергии, в том числе и кавитационные, которые приводят к тому, что тепловой энергии выделяется больше, чем затрачивается электрической энергии.

Более шестисот тепловых гидродинамических насосов «ТС1» эксплуатируются во многих регионах Российской Федерации, ближнем и дальнем зарубежье: в Москве и Московской области, Архангельске, Владимире, Выборге, Ейске, Екатеринбурге, Калининграде, Кингисеппе, Калуге, Краснодаре, Новороссийске, Нижнем Новгороде, Нягоне, Магадане, Магнитогорске, Мурманске, Омске, Оренбурге, Орле, Рязани, Санкт-Петербурге, Самаре, Сыктывкаре, Тольятти, Туле, Хабаровске, Чебоксарах и других городах, в Якутии, Татарстане, Башкирии, в Республике Крым, Ставропольском крае, в Белоруссии, Казахстане, Узбекистане, Украине, Литве, Венгрии, Нидерландах, Китае, Монголии, Японии и Южной Корее.

Может ли КПД теплового гидродинамического насоса быть больше единицы? ООО «Тепло XX1 века» «Мы все учились понемногу Чему-нибудь и как-нибудь…» А.

Источник: ratron.satom.ru

Регенеративная (возобновляемая) энергия — это тепло (энергия) Земли, энергия Солнца, биомассы, ветра рек и приливов, способная постоянно обновляться и восполняться в определенные периоды времени в требуемых объемах и потому, по человеческим меркам, считающаяся неис¬черпаемой.

Теплообменник — устройство, в котором осуществляется передача потенциальной энергии от одной среду к другой.

Конденсатор — теплообменник, в котором происходит конденсация (фазовый переход из газообразного состояния в жидкое состояние) хладагента с выделением цепла.

Испаритель — теплообменник, в котором происходит испарение (фазовый переход из жидкого состояния в газообразное состояние) хладагента с поглощением тепла.

Высокопотенциальный контур — контур системы отопления или горячего водоснабжения, источником тепла в котором является конденсатор.

Низкопотенциальный контур — контур системы отбора тепла из окружающей среды, потребителем которой является испаритель.

Теплонасосная установка (ТНУ) — устройство, состоящее из теплового на¬соса и оборудования для доступа к источнику тепла, которое для тепловых насосов типа «грунт-вода» и «вода-вода» прилагается отдельно. Напротив, для насосов типа «воздух-вода» внешние коммуникации для источника тепла уже встроены в агрегат.

Теплонасосная система теплоснабжения (ТСТ) — система теплоснабжения, источником энергии которой является ТНУ.

Коэффициент преобразования (коэффициент трансформации, кпд теплового насоса, множительный коэффициент, эффективность ТН) COP — безразмерный показатель эффективности ТН равный отношению полученного количества тепла, к затраченному количеству электрической энергии. Показатель может изменяться в течении года (дня). Для заданного ТН в заданный момент времени зависит от разности температур на испарителе и конденсаторе.

Величина годовой выработки (показатель годовой эффективности теплового насоса) — это количество тепла, полученное за год с помощью теплового насоса по отношению к затраченной электрической энергии. Если, к примеру, она равна 4,2 , это означает, что полученная тепловая энергия в 4,2 раза больше, чем затра¬ченная электрическая.

Хладагент (фреон, хладон) — рабочее вещество, циркулирующее в тепловом насосе. При этом его агрегатное состояние постоянно меняется между жидким и газообразным. Испарение вызывает поглощение энергии, а возвраще¬ние в жидкое состояние сопровождается выделением тепла.

Геотермальный насос (геотермальный ТН) — тепловой насос, использующий грунт или грунтовые воды в качестве источника низкопотенциального тепла.

Грунтовой насос (грунтовой ТН) — геотермальный тепловой насос, использующий земля (грунт) в качестве источника низкопотенциального тепла.

Геотермия — процесс извлечения низкопотенциального тепла из земных недр.

Непосредственное кипение фреона (непосредственный впрыск фреона) — устройство геотермальных насосов, при котором испаритель (медные трубы) непосредственно уложены в грунт и процесс испарения (кипения) хладагента (фреона) происходит в непосредственном контакте с грунтом.

Бойлер (он же накопитель, теплоаккумулятор, буферная емкость) — устройство для накопление и сохранения тепловой энергии. Используется в качестве стабилизирующего элемента ТСТ (теплонасосной системы теплоснабжения)

Моновалентный режим работы ТН — режим работы теплового насоса, который не предусматривает ис¬пользование других источников тепловой энер¬гии кроме самого ТН, с помощью которого отопительная система может самостоятельно обеспечить все потребности в тепле.

Бивалентный режим работы ТН — режим работы теплового насоса, который предусматривает на¬личие в отопительной системе другого (дополнительного источника тепла. Приумноженная электрическая энергия ТН дополняется другим генератором тепла, работающим на твердом, жидком или газообразном топливе, который поддерживает отопительную систему (обычно) при слишком низких температурах окружающей среды.

Моноэнергетический (бивалентный) режим работы ТН — особая фор¬ма бивалентного режима, в котором в качестве дополнительного теплогенератора выступает исключительно электронагре¬вательный прибор (ТЭН). Дополнительное электроотопление обеспечивает поддержку тепловому насосу в наиболее холодные период зимы.

Грунтовой теплообменник — система трубопроводов, расположенная в горизонтальной плоскости грунта (обычно ниже глубины промерзания), либо являющееся испарителем в системе ТСТ (для ТН с непосредственным впрыском) либо частью низкопотенциального теплообменного контура.

Геотермальные зонды — теплообменники низкопотенциального контура теплового насоса (ТН) размещаются в вертикальных столбообразных скважинах глубиной от 30 до 200 м, выполнены чаще всего из полимерных труб.

Подающая и поглощающая скважины — скважины для отбора и слива грунтовой воды , предназначе¬ны для получения тепла посредством теплового насоса типа «вода-вода». Из подающей скважины вода с помо¬щью водяного насоса направляется к теплообменнику низкопотенциального контура теплового насоса. После извлечения тепловой энергии грунтовая вода по поглощающей скважине возвращается в естественный кругооборот.

Пассивное охлаждение — процесс охлаждения помещений с помощью ТСТ, при котором не участвует первичный контур, компрессор ТНУ не работает. В этом режиме происходит сброс тепла в низкопотенциальный контур без участия парокомпрессионного цикла, с помощью простого теплообмена при циркуляция теплоносителя.

Активное охлаждение — процесс охлаждения помещений с помощью ТСТ, при котором ТНУ работает в обратном режиме, т. е. в режиме холодильника (кондиционера).

Рабочее тело (теплового насоса) — вещество, циркулирующее в тепловом насосе в рабочем цикле, поглощая тепло от тел с низкой температурой, для того чтобы передать его телам с более высокой температурой.

Теплоноситель — жидкость, используемая для отбора тепла от охлаждаемых предметов и для переноса этого тепла к хладагенту в испарителе.

Холод — термин, обозначающий удаленное или подлежащее удалению тепло.

Тепло — термин, обозначающий поглощенное или подлежащее поглощению тепло.

Абсорбционный тепловой насос — пароконденсационная машина, в которой пары хладагента абсорбируются твердым или жидким абсорбентом, из которого они испаряются впоследствии при нагреве, имея более высокое парциальное давление, служит.

Термоэлектрический тепловой насос — тепловой насос, использующий термоэлектрический эффект (эффект Пелыъе) различных материалов, в частности полупроводников.

Тепло производительность (теплопроизводительность) ТН — оличество произведенного с помощью теплового насоса тепла.

Теплонасосная станция — один или несколько тепловых насосов собранных в единую СТС.

Теплонасосная технология — методы разработки, изготовления, эксплуатация и применение тепловых насосов.

Теплонасосная установка каскадная — теплонасосная установка, содержащая несколько цепей, причем испаритель одной цепи охлаждает конденсатор следующей цепи.

Теплонасосная установка многоступенчатая — холодильная установка, в которой сжатие хладагента осуществляется в двух и более ступенях.

Теплонасосная установка промышленная — а) установка, холодильная производительность которой выше некоторого условного значения (обычно порядка десяти кВт); 6) холодильная установка, специально изготовленная для использования в промышленности.

Теплонаносный агрегат — основное понятие, обозначающее компрессорный агрегат, либо компрессорно-конденсаторный агрегат.

Цикл Карно — идеальный обратимый термодинамический цикл, образованный двумя изотермическими и двумя адиабатическими процессами. Он соответствует максимальному превращению тепла в механическую энергию.

Цикл Ренкина — теоретический термодинамический цикл паровой машины, состоящий из четырех основных операций: испарения жидкости при высоком давлении, расширения пара, конденсации пара, увеличения давления жидкости до начального значения.

Цикл Стирлинга — теоретический термодинамический цикл, образованный двумя изотермическими и двумя изохорными процессами

Цикл термодинамический — термодинамический процесс, в котором конечное состояние системы совпадает с начальным.

Эвтексия — явление, заключающееся в существовании эвтектических смесей.

Эвтектика — термин, применяющийся по отношению к смеси веществ, у которой в условиях термодинамического равновесия жидкая и выделяющаяся из нее твердая фазы имеют один и тот же состав. Такая смесь имеет самую низкую точку плавления из всех возможных при других концентрациях смешиваемых компонентов.

Эжектор — устройство, повышающее скорость потока одной среды в сужающемся сечении для создания там пониженного давления и тем самым вызывающее приток туда другой среды.

Эффект Джоуля-Тамсона — изменение температуры реального газа, расширяющегося без совершения полезной работы.

Эффект Зеебека — возникновение электродвижущей силы за счет разности температур двух спаев различных металлов для сплавов.

Эффект Пеяьтье — выделение или поглощение тепла, происходящее при протекании электрического тока через соединение двух металлов, сплавов или полупроводников.

Эффект Ранш-Хилыаа — охлаждение приосевой области закрученного потока газа, протекающего в трубе, причем газ поступает в нее тангенциально по отношению к поперечному сечению трубы.

Сайт о воздушных климат-системах

Источник: att.upec.ua

Читайте также:  Открытая система отопления с циркуляционным насосом Поделитесь статьей в соц. сетях:

avtonomny-dom.ru

Кпд теплового насоса

Главный фактор при выборе того или иного типа – КПД теплового насоса для отопления и ГВС. Он зависит от типа теплового насоса, условий работы, температуры подогрева и других факторов.

Важно знать продуктивность работы климатического оборудования. Ведь вам не хочется потратить круглую сумму на покупку, установку и подключение теплового насоса, а потом обнаружить что придется догреваться с помощью котла или конвекторов.

Виды тепловых насосов

Принцип работы тепловых насосов одинаковый, но они отличаются по двум параметрам – откуда берут тепло и куда отдают. По отбору тепла они делятся на три типа:

  1. Грунтовые (геотермальные);
  2. Водяные;
  3. Воздушные.

Нагревают они воздух или воду. Поэтому есть такие виды тепловых насосов:

  • Воздух-воздух;
  • Воздух-вода;
  • Вода-воздух;
  • Вода-вода;
  • Грунт-воздух;
  • Грунт-вода.

Цикл теплового насоса простыми словами

Тепловой насос не производит тепло как конвектор или котел. 1054;н переносит его из одной среды в другую. Поэтому КПД теплового насоса для отопления и ГВС выше 100%. Это значит, что на 1 кВт электроэнергии он выдаст больше 1 кВт тепла.

Это не нарушает принцип сохранения энергии, так как тепловой насос – не замкнутая система. Он потребляет один вид энергии и переносит другой.

По строению тепловые насосы бывают разными, каждый производитель использует свои ноу-хау, у каждой их марки есть свои плюсы и минусы. Поэтому подробнее про рабочий цикл агрегата можно прочитать в статье про принцип работы теплового насоса.

Зависимость КПД от температуры нагрева

По общепринятым стандартам для отопления дома с помощью радиаторов и горячего водоснабжения нужна вода температурой 50-55 градусов. А вот для отопления теплыми полами – с температурой 30-35 градусов.

Обычно вода в дом поступает с температурой до +5 градусов, поэтому для ее подогрева до разных температур нужен разный объем тепловой энергии. И от этой разницы зависит КПД теплового насоса.

В статье указаны коэффициенты для нагрева воды на 50 градусов. 1045;сли нужно просчитать этот уровень для подогрева воды на 30 градусов, КПД теплового насоса стоит умножить на 1,5.

КПД теплового насоса грунт-вода и грунт-воздух

Реальный КПД грунтового теплонасоса лежит в пределах 400-800%, но бывают и редкие исключения. 1042;ысоких показателей эффективности можно достичь если почва получает тепло от солнечного света и в ней уложено геотермальное поле, а не пробурены скважины.

В случае со скважинным тепловым насосом, чем больше расстояние между ними, тем выше КПД. 1056;азница в этом случае составит 50-100% от номинального значения.

Особенностью геотермальных тепловых насосов есть то, что они находятся в неподвижной среде. Если неправильно рассчитана мощность теплового насоса, количество скважин или площадь и глубина геотермального поля, произойдет следующее. Земля начнет промерзать и не успевать получать тепло, из-за чего КПД грунтового теплонасоса будет неуклонно падать и со временем опустится ниже 100%.

КПД теплового насоса вода-вода и вода-воздух

Средний КПД тепловых насосов вода-вода и вода-воздух равен 400%, но он зависит от того, насколько прогрета вода. В водоемах ее температура может меняться от +1 зимой до +20 и выше летом. Поэтому минимальный КПД таких тепловых насосов может опускаться до 200%, а максимальный подниматься до 1000%.

Стоит учитывать, что летом тепловой насос практически не нужен, поэтому работать с КПД 1000% он не будет, это число используют формально.

Еще одна особенность водяных тепловых насосов в том, что водоемы медленно прогреваются и отдают тепло. Поэтому весной, когда вода не прогрета, у него будет низкий КПД, а осенью, когда она сохранила тепло – высокий КПД.

КПД теплового насоса воздух-воздух и воздух-вода

КПД этого типа тепловых насосов сильно зависит от того, какова температура воздуха снаружи. К тому же, есть модели рассчитанные на работу при экстремально низких температурах. Например, низкотемпературный воздушный теплонасос, рассчитанный на отопление бассейна, дает КПД 230% при температуре -15 градусов Цельсия. Самые дешевые варианты будут иметь такой же КПД только при +5 – +10 градусов тепла.

Принцип работы теплового насоса воздух-воздух не очень отличается от устройства типа воздух-вода. Поэтому приведенные ниже значения можно использовать для обоих типов. КПД теплового насоса воздух-воздух среднего класса можно увидеть по этому графику:

КПД теплового насоса в морозы

Есть мнение, что КПД теплового насоса в морозы снижается, но это не совсем так. Дело в том, что напрямую эффективность теплонасоса зависит от его типа и среды:

  • Грунтовые тепловые насосы не меняют свой КПД так как температура почвы на глубине не изменяется.
  • Водяные теряют КПД ближе к весне, так как вода в водоеме постепенно остывает.
  • Воздушные тепловые насосы напрямую зависят от температуры воздуха, их КПД зависит от текущих условий.

Реальные значения КПД

В большинстве своем производители и дилеры тепловых насосов завышают показатели. КПД теплового насоса для отопления дома может отличаться в полтора раза (хотя такая разница и редкость). При выборе стоит учитывать, насколько проверенный перед вами производитель и тщательно изучать документацию.

Хоть принцип работы тепловых насосов примерно один и тот же, внутренне строение у них разное. Теплонасос может быть двухконтурным или одноконтурным, с разными типами компрессоров, использовать разный теплоноситель и т.д.

Мощность теплового насоса обычно определяет количество тепла, которое он может выдавать за определенный промежуток времени. Но у самых мощных моделей часто КПД выше, чем у аналогов. Разница не слишком велика, но иногда она важна.

Например, мощный воздушный тепловой насос сможет давать тепло с КПД 200% при -20 градусов, а аналогичный по строению, но менее мощный, при такой температуре даст только КПД 150%.

В этой статье мы рассказали, каковы ральный КПД и эффективность теплового насоса в зависимости от его типа. Вопросы, мнения, нарекания вы можете оставить в комментариях. Мы стараемся реагировать на них оперативно ? Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

otoplenie.site


Смотрите также