Тепловий насос може генерувати більше теплової енергії, ніж витрачає електричної, завдяки унікальному фізичному принципу перенесення енергії. Цей пристрій використовує навколишнє середовище – повітря, воду або ґрунт – як безкоштовне джерело тепла, роблячи його одним із найефективніших способів для опалення. Щоб краще зрозуміти, як це працює, заглибимося в деталі, використовуючи конкретні приклади, цікаві факти і корисні терміни.
Вам також буде цікаво дізнатись: чи потрібне буріння свердловин для геотермального теплового насоса
Як працює тепловий насос: основи термодинаміки
Основою роботи теплового насоса є другий закон термодинаміки, згідно з яким тепло може переміщатися від холоднішого тіла до гарячішого, якщо до нього докладено зовнішню енергію. У тепловому насосі цю роль виконує компресор, який стискає холодоагент* і підвищує його температуру. Потім холодоагент віддає тепло системі опалення через конденсатор.
*Холодоагент – це речовина, що характеризується низькою температурою кипіння, яка циркулює в системі, випаровується під час поглинання тепла і конденсується під час його віддачі. Сучасні холодоагенти, такі як R410A або R32, забезпечують ефективну роботу навіть в умовах низьких зовнішніх температур.
Весь процес складається з чотирьох етапів:
- Випаровування: Холодоагент забирає тепло із зовнішнього середовища (наприклад, із повітря або ґрунту) і переходить у газоподібний стан.
- Стиснення: Компресор стискає газоподібний холодоагент, збільшуючи його температуру і тиск.
- Конденсація: Гарячий холодоагент віддає тепло в систему опалення, повертаючись у рідкий стан.
- Розширення: Тиск холодоагенту знижується, і він знову готовий витягувати тепло з навколишнього середовища.
Чому тепловий насос вважають ефективнішим за інші системи опалення
Основна перевага теплового насоса – це його високий коефіцієнт перетворення енергії (COP). Цей показник відображає співвідношення виробленого тепла до витраченої електроенергії. Наприклад, якщо COP дорівнює 4, то на кожен спожитий 1 кВт-год електроенергії пристрій генерує 4 кВт-год теплової енергії.
Також варто згадати термін «ентальпія», який позначає кількість теплової енергії, що переноситься холодоагентом на кожному етапі циклу. Що вища ентальпія, то більше тепла можна передати за мінімальних витрат енергії.
Типи теплових насосів: різноманітність рішень
Залежно від джерела тепла виділяють три основні типи теплових насосів:
- Повітряні: переносять тепло з навколишнього повітря. Ці системи простіші та дешевші в установці, але їхня ефективність знижується за низької зовнішньої температури.
- Геотермальні: Використовують тепло ґрунту, температура якого залишається стабільною 365 днів на рік (близько +10 C на глибині 1,5-2 м). Такі системи вимагають буріння або укладання контурів у ґрунті.
- Водяні: Забирають тепло з водойм або ґрунтових вод, забезпечуючи високу ефективність за наявності відповідних умов.
Чому тепловий насос дає більше, ніж споживає
Тепловий насос не «створює» тепло, а переносить його з одного місця в інше, використовуючи електроенергію тільки для роботи компресора і циркуляційного насоса. Це робить його принципово відмінним від стандартних електричних обігрівачів.
Існує такий термін як ексергія – це показник, який оцінює, скільки енергії може бути ефективно використано в процесі. У теплового насоса ексергетична ефективність вища, ніж у традиційних систем опалення.
На пальцях: Уявіть, що ви переносите воду відром з річки в будинок. Ваше відро (електрика) – це зусилля, необхідне для перенесення тепла. У річці (навколишнє середовище) завжди є величезна кількість води (теплової енергії), яку ви можете перенести. Чим більше відро (ефективність насоса), тим менше вам потрібно бігати.
Читайте також який ККД у теплового насоса
Переваги та обмеження теплових насосів
Переваги:
- Економічність: За рахунок використання безкоштовного тепла з навколишнього середовища опалення обходиться дешевше.
- Екологічність: Скорочення викидів CO2 на 50-70% порівняно з газовими котлами.
- Довговічність: Середній термін служби/експлуатації теплового насоса – приблизно 20 років.
Обмеження:
- Залежність від клімату: Повітряні насоси менш ефективні в регіонах з дуже низькими температурами.
- Висока початкова вартість: Встановлення теплового насоса вимагає значних інвестицій, які окупляться за 5-7 років.
Читайте також: скільки коштує тепловий насос під ключ
Майбутнє теплових насосів: розвиток технологій
Сучасні теплові насоси стають дедалі досконалішими. Наприклад, використання інверторних компресорів дає змогу адаптувати потужність насоса до поточного навантаження, знижуючи споживання електроенергії. Також розробляються екологічно чисті холодоагенти, які безпечні для атмосфери і мають поліпшені теплофізичні властивості.
