18.6. Тепловой насос
По обратному циклу могут работать не только холодильные машины, задачей которых является поддержание температуры охлаждаемого помещения на заданном уровне, но и так называемые тепловые насосы, с помощью которых теплота низкого потенциала, забираемая от окружающей среды с помощью затраченной извне работы, при более высокой температуре отдается внешнему потребителю.
Характеристикой
совершенства работы теплового насоса
является отношение отданного внешнему
потребителю удельного количества
теплоты к затраченной на это удельной
работе:
.
Коэффициент
называется или отопительным
коэффициентом,
или коэффициентом
теплоиспользования,
или коэффициентом
преобразования теплового насоса.
Р
абота
теплового насоса в принципе не отличается
от работы холодильной установки. Тепловой
насос для нужд отопления применяют в
тех случаях, когда имеется источник
теплоты с низкой температурой (например,
вода в различных водоемах; вода, получаемая
после охлаждения гидрогенераторов, и
др.), а также источник дешевой работы.
Использование теплоты источников с
низкой температурой может иметь
определенное значение в районах, где
будет производиться огромное количество
дешевой электрической энергии на
гидроэлектростанциях. Применение
теплового насоса для целей отопления
и коммунального теплоснабжения с
использованием электроэнергии от
обычных конденсационных электростанций
экономически нецелесообразно.
Работа
теплового насоса состоит в следующем.
За счет теплоты источника с низкой
температурой в испарителе 1
происходит процесс парообразования
рабочего тела с низкой температурой
кипения (аммиак, фреон) (рис. 112).
Полученный пар направляется в компрессор
2,
в котором температура рабочего тела
повышается от
до
.
Пар с температурой
поступает
в конденсатор 3,
где при конденсации отдает свою теплоту
жидкости, циркулирующей в отопительной
системе. Образовавшийся конденсат
рабочего тела направляется
в дроссельный вентиль 4.
Там он дросселируется с понижением
давления от
до
После дроссельного вентиля жидкое
рабочее тело снова поступает в испаритель
1.
Идеальный
цикл теплового насоса аналогичен циклу
паровой компрессорной холодильной
установки (см. рис. 106). Если обозначить
удельное количество теплоты, получаемое
фреоном в испарителе, через
а удельное количество теплоты, отданное
в отопительную систему, – через
и
затраченную удельную работу в компрессоре
– через
то
Из
рассмотрения цикла следует, что
,
.
Удельная энтальпия
рабочего тела в результате дросселирования
не изменяется, поэтому
,
а
,
откуда
.
Например,
при отоплении здания зимой температура
речной воды
,
а температура рабочего тела в отопительной
системе
,
при этих условиях
.
Эта величина показывает, что тепловой
насос передает количество теплоты в
отопительную систему в пять раз больше,
чем затрачивается работы.
В ряде случаев благоприятные условия применения теплового насоса получаются, если осуществить привод компрессора непосредственно от поршневого двигателя внутреннего сгорания. В таких установках в качестве источника теплоты с низкой температурой используют воду, охлаждающую цилиндры двигателей, а теплоту отходящих газов используют в котлах-утилизаторах отопительной системы.