Тепловые насосы. 
Теплотехника. 
Том 2. Энергетическое использование теплоты

При работе холодильных установок отбираемая от охлаждаемых предметов теплота передается «верхнему», или «горячему», источнику теплоты, в качестве которого обычно используется окружающая среда — чаще всего либо вода, либо окружающий установку воздух. Если речь идет о некотором замкнутом помещении, то температура воздуха в нем за счет работы холодильной установки должна постепенно подниматься. Таким образом, при определенных затратах энергии теплота «перекачивается» установкой от охлаждаемых предметов в имеющую большую температуру окружающую среду. Следовательно, существует возможность использовать источники теплоты, имеющие относительно невысокие температуры, для отопления. Подобный способ отопления оказывается в итоге более выгодным, нежели непосредственное использование для этих целей тепловой энергии, выделяющейся при сгорании топлив.

Соответствующие установки, применяемые для повышения температуры в помещении за счет низкотемпературных источников энергии, называются тепловыми насосами и с каждым годом находят в мире все большее распространение. Эффективность теплового насоса определяется коэффициентом трансформации теплоты р (см. параграф 5.6).

Как и холодильный коэффициент г, коэффициент р возрастает при понижении температуры «верхнего» источника теплоты Г, и при повышении температуры «нижнего» источника теплоты Т₂. Следовательно, эффективность тепловых насосов возрастает в том случае, если для повышения температуры отапливаемого помещения используется источник теплоты с возможно более высокой температурой Т₂. В связи с этим дополнительным преимуществом реальных тепловых насосов является возможность при соответствующем переключении понижать температуру в помещении в летний период, т. е. использовать их для кондиционирования воздуха. В этом случае отводимая при кондиционировании воздуха энергия может аккумулироваться в некотором тепловом аккумуляторе, повышая его температуру. В зимний период этот тепловой аккумулятор в комбинации с тепловым насосом используется для отопления. В этом плане особые выгоды обещает совместное использование тепловых насосов и сезонных аккумуляторов теплоты (CAT). Последние представляют собой участки грунта или подземные резервуары, в летний период аккумулирующие солнечную энергию, а в зимний период отдающие ее для отопительных целей.

Одинаковый принцип работы холодильных машин и тепловых насосов позволяет в одном агрегате вырабатывать как холод, так и теплоту, обеспечивая одновременно теплои хладоснабжение потребителя. Обычно такое сочетание является экономически выгодным. Источником теплоты для теплового насоса, используемого для отопления, могут быть воздух, вода и грунт. Приемником теплоты является отапливаемое помещение. Если температура источника теплоты изменяется (например, суточное изменение температуры воздуха), то эффективность теплового насоса также изменяется.

Схема отопления помещения тепловым насосом показана на рис. 18.10.

I — наружный воздух; II — воздух из помещения; 1 — отапливаемое помещение; 2, 5 — вентиляторы; 3 — испаритель; 4 — дроссель; 6 — охладитель; 7 — вентиль для отогрева испарителя; 8 — компрессор; 9 — электродвигатель; 10 — отделитель жидкости; 11 — регулировочный вентиль;

12 — ресивер; 13 — конденсатор Наружный воздух I вентилятором 2 (или вода насосом) прокачивается через испаритель 3 и отдает теплоту Q_(l кипящему в испарителе 3 рабочему телу цикла. Пары из испарителя 3 отсасываются компрессором 8> сжимаются и поступают в охладитель 6 и конденсатор 13. Вентилятор 5 (или насос) прокачивает комнатный воздух II или воду из системы отопления через охладитель 6 и конденсатор 13, и в результате в помещение передается теплота <2 = <2″ + К-

В качестве примера приведем характеристики теплового насоса НТ 80. Он работает по простейшей схеме одноступенчатого сжатия с поршневым компрессором в двух режимах: теплоили хладоснабжения.

В испарителе теплового насоса теплота рабочему телу цикла (R12) может передаваться от водопроводной, артезианской или термальной воды. В режиме теплоснабжения теплопроизводителыюсть насоса достигает 130 кВт при температуре в испарителе не ниже 6 °C. Потребителю подается 7,2 м³/ч нагретой до 58 °C воды. В режиме хладоснабжения холодопроизводительность достигает 163 кВт при температуре в испарителе 5 °C и температуре конденсации 30 °C. Потребителю может подаваться до 20 м³/ч воды, охлажденной до 5 °C, или холодный теплоноситель (рассол) с температурой до минус 25 °C. Холодопроизводителыюсть при t_n = 25 °C не превышает 40 кВт. Общая потребляемая мощность составляет 43 кВт. Тепловой насос автоматизирован. Переключение с режима теплоснабжения на режим хладосиабжения осуществляется вручную.