5 .4.2. Типи теплових помп

Використовуються три основні типи теплових помп:

• парокомпресійні ТП;

• абсорбційні ТП;

• компресійно - резорбційні ТП.

Розглянемо будову і принципи роботи кожного типу ТП.

5.4.2.1. Парокомпресійні тп

Схематично основні елементи компресійної ТП показано на рис. 10. ТП складається з робочого тіла (холодоагент з низькою температурою кипіння), компресора, конденсатора, дросельного вентиля та випаровувача. Працює ТП так. Робоче тіло (рідина) при низькому тиску Р₂ випаровується у випаровувачі, забираючи одночасно від оточення тепло ∆Q₂. Компресором пара робочого тіла стискається до тиску Р₁>>Р₂. При цьому пара нагрівається і конденсується у конденсаторі, віддаючи тепло конденсації та тепло стиснення ΔQ₁ = ΔA + ΔQ₂. Охолоджена рідина дроселюється ( знижуючи тиск до Р₂) і знову подається у випаровувач, деталі див. [9,10 ]. Ефективність парокомпресійної ТП характеризується КПТ, див. (5.11), та КВП, див. (5.14).

5.4.2.2. Абсорбційні тп

Основна відмінність абсорбційної ТП від компресорної полягає у тому, що тут відсутній компресор – споживач високоякісної енергії. Замість нього використовується термокомпресор, який складається з рідинної помпи, дроселя і двох тепломасообмінних апаратів - абсорбера і генератора, див. рис. 11. В абсорбційній ТП використовується двокомпонентне робоче тіло: "холодоагент + абсорбент". Абсорбентом може бути будь - яка рідина, що ефективно поглинає холодоагент, наприклад, для аміаку (NH₃) вода.

Працює абсорбційна ТП так:В абсорбері поглинається аміак - холодоагент, при цьому виділяється тепло Q_абс. і утворюється насичений розчин, який запомповується у генератор. Тиск у генераторі Р_г > Р_абс.. В генераторі коштом теплоти зовнішнього джерела холодоагент (аміак) випаровується, поглинаючи тепло Q_г. Випарений аміак подається в конденсатор, а слабий розчин аміаку через дросель знову в абсорбер. В конденсаторі аміак скраплюється у рідину, виділяючи тепло ∆Q₁, і через дросель попадає у випаровувач, де випаровується при низьких температурах і тиску Р_абс. і подається в абсорбер. Цикл замкнувся. Тепловий баланс для абсорбційної ТП такий

, (5.18)

звідси визначаємо КПТ

. (5.19)

Розрахунки показують, що для однакового інтервалу температур ∆Т ефективність абсорбційної ТП нижча від компресійної, але її перевага в тому, що абсорбційна ТП використовує значно менше високоякісної енергії ніж компресійна, і тому стосовно КВП вони можуть бути еквівалентними, або ж абсорбційна ТП може бути ефективнішою.

5.4.2.3. Компресійно-резорбційні1 тп

Ця ТП є гібридом, що суміщає парокомпресійні і абсорбційні елементи, див. рис.12, [11]. Можна виділити такі переваги гібридної ТП:

• використання екологічно безпечних двокомпонентних робочих речовин;

• зменшений тиск у випаровувачі і конденсаторі;

• ш ирокий вибір робочих сумішей, що дозволяє отримати високі температури (150-160˚С);

• пара в компресорі не перегрівається, що зменшує втрати енергії;

• процеси випаровування і конденсації заміщені десорбцією і сорбцією, відповідно, що збільшує ефективність ТП.

Працює компресійно-резорбційна ТП (КРТП) так. У випаровувачі холодоагент, наприклад NH₃, при тиску Р₂ (низькому), поглинаючи тепло ΔQ₂ при низькій температурі Т₂, випаровується з абсорбенту, наприклад води. Пара холодоагенту компресором стискується до Р₁>>Р₂ і подається у резорбер при температурі Т₁. Слабий розчин NH₃ з випаровувача при температурі Т₃ подається рідинною помпою у резорбер через теплообмінник, підігріваючись до температури Т₄. В резорбері пара аміаку (з компресора) насичує воду, виділяючи при цьому тепло ΔQ₁ при високій температурі Т₁. Насичений розчин аміаку через дросель повертається до випаровувача.

Тепловий баланс КРТП дається рівнянням

, (5.20)

а КПТ набуває вигляду

. (5.21).

Якщо вважати, що КРТП працює за оборотним циклом Джоуля (дві ізобари + дві адіабати), то отримуємо, що

. (5.22).

Для парокомпресійної ТП, що працює за зворотним циклом Карно в інтервалі температур Т₂ ÷ Т₄, отримуємо, див. ( 5.11)

, (5.23)

комбінуючи (5.22) і (5.23), знаходимо відношення

. (5.24)

Оскільки Т₃ > Т₂ і Т₁ > Т₄, то знаходимо, що , тобто, що КПТ для КРТП більший, ніж у випадку класичної парокомпресійної ТП. КРТП з КПТ ≥ 3 можна використовувати для децентралізованого теплопостачання на Україні, особливо в регіонах, багатих на геотермальні води з температурою t = 30 – 60 ˚С , та в південних областях в комбінації з геліоустановками, або для утилізації тепла землі з глибини 1,5 – 2,5 м за умов прийнятної тепловіддачі ґрунту.