Принцип работы теплового насоса SintSaver
Тепловые насосы SintSaver, производимые компанией «Синтэк», предназначены для использования в качестве элементов нагрева и охлаждения в системах отопления и кондиционирования зданий. В термодинамическом цикле, тепловой насос осуществляет преобразование тепловой энергии окружающей среды (воздуха, грунта, воды, сбросного тепла и аналогичных источников) в тепловую или холодильную энергию с требуемой температурой. Для осуществления данного преобразования, производимые нами тепловые насосы, потребляют незначительное количество электрической энергии. Если разделить вырабатываемую ими тепловую энергию на 4 части, то около 3-х частей этой энергии берётся из окружающей среды.
Условная схема работы парокомпрессионного теплового насоса
Работа парокомпрессионного теплового насоса основана на законах термодинамики и использовании так называемого «теплонасосного» цикла.
Для оценки эффективности работы реального теплового насоса, в заданном интервале температур, его параметры сравнивают с параметрами идеального «теплонасосного» цикла Карно. Одним из таких параметров, с помощью которого можно проводить сравнение, является коэффициент преобразования, общепринятое обозначение которого COP (coefficient of preformance). Значение COP определяется отношением мощности нагрева к мощности электрической потребляемой энергии. Таким образом, описание COP = 4 означает, что тепловой насос вырабатывает в 4 раза больше тепловой энергии, чем потребляет электроэнергии.
Используя законы термодинамики, COP для «теплонасосного» цикла Карно можно представить в следующем виде:
COPкарно = Tк / ( Tк - Ти ) = Тк / ΔТ
где Тк – температура теплоносителя используемого в климатической системе здания, в градусах К;
Ти – температура источника энергии окружающей среды, в градусах К;
ΔТ – разность между температурой теплоносителя в климатической системе здания и температурой источника энергии.
Схематичное изображение теплонасосного цикла Карно на T-S диаграмме
Ниже приведены два примера, которые показывают как может существенно измениться COP идеального теплового насоса, в зависимости от температур Тк и Ти. Реальный тепловой насос имеет потери, и его СОР уменьшается в зависимости от их значений. Как показывает практика, СОР современных тепловых насосов приблизительно в два раза меньше СОРкарно и значительно зависит от разности температур ΔТ.
Пример 1: температурная разница 50К (упрощенно)
Ти = 0 оС = 273 К
Тк = 50 оС = 323 К
COP = Тк / ( Тк - Ти ) = 323 / ( 323 - 273 ) = 6,46
Пример 2: температурная разница 30К (упрощенно)
Ти = 0 оС = 273 К
Тк = 30 оС = 303 К
COP = Тк / ( Тк - Ти ) = 303 / ( 303 - 273 ) = 10,1
Зависимость COPкарно от ΔТ
Также значение СОР реального теплового насоса зависит от множества других факторов, влияние которых описывается в специальной литературе. В связи с этим, сравнивать различные модели тепловых насосов необходимо при одинаковых условиях. Для упрощения процесса сравнения, нормативными документами регламентируется указание в технической документации оборудования значений СОР и тепловой мощности при нескольких температурах источника тепловой энергии.
Для оценки эффективности работы климатической системы здания на базе теплового насоса, используют параметры сезонной эффективности, SPF (seasonal performance factor) и тепловой сезонной эффективности, HSPF (heating seasonal performance factor). Введение дополнительных показателей связанно с тем, что характеристики теплонасосной системы зависят от годовых, сезонных и суточных изменений окружающей среды, а также от колебаний параметров теплопотребления самого здания. Подробнее узнать о теплонасосных системах их характеристиках и параметрах вы можете, перейдя по ссылке теплонасосные системы.
Всё описанное выше свидетельствует о том, что для создания эффективных теплонасосных систем, их необходимо оптимизировать под конкретные условия работы.