КПД 300% у теплового насоса - миф или реальность?

Тепловой насос представляет собой устройство, осуществляющее перенос тепловой энергии от ее источника к потребителю с более высокой температурой. По законам термодинамики принцип функционирования агрегата аналогичен холодильной установке. Но, если холодильное устройство производит холод из тепловой энергии, то тепловой насос переводит холод в теплоту. В этом устройстве конденсатор является теплообменником, который утилизирует теплоту низкого потенциала.

Условный КПД

Коэффициент полезного действия (КПД) теплового насоса при принципиальном расчете оказывается больше 100%. Его можно назвать «черным ящиком», так как агрегат производит больше энергии, чем расходует. При этом, его функционирование происходит по закону сохранения энергии.

Но такие расчеты производительности устройства неправильны, так как не учитывают никакой другой источник энергии, кроме электрической. Но следует принимать во внимание теплый воздух, нагреваемый солнцем, и другие ресурсы. Можно сделать вывод, что в работе насоса участвуют 2 источника: электроэнергия и источник низкопотенциального тепла. И, следовательно, при расчете КПД нужно учитывать оба ресурса. Только так можно получить адекватный результат оценки производительности устройства.

Для расчета эффективности были приняты 2 коэффициента:

  • СОР теплового насоса. Этот показатель введен для определения того, во сколько раз переданная пользователю энергия выше объема работы, которая требуется для перевода энергии от источника с низким потенциалом.

  • Степень термодинамического совершенства. Коэффициент свидетельствует о степени приближения реального цикла работы к идеальному.

Устройство и принцип работы насосов

Тепловой насос благодаря теплообменникам осуществляет сбор энергии из грунта, воздуха, воды. Для его функционирования примерно 70% ресурсов представляют собой посторонние энергоисточники и только 30% — электричество. Поэтому при функционировании этих устройств пользователь экономит ¾ средств по сравнению с использованием традиционных отопительных систем на газу, дизельном топливе и пр.

Тепловой насос состоит из:

  • Конденсатора. Этот элемент предназначен для теплообмена и конденсации паров фреона.

  • Компрессора. Выполняет функцию сжатия и перекачки пара.

  • Испарителя. Этот элемент осуществляет теплообмен и превращает фреон в пар.

  • Дросселя. Призван уменьшать рабочее давление.

  • Хладагента. Вещество, способное сжимать тепло и отдавать его в окружающую среду с низкой температурой.

Фреон, попадая в испаритель, превращается в пар. Это происходит благодаря низкому давлению. В это время хладагент забирает тепло с поверхности испарителя. После этого фреон поступает в компрессор и сжимается, при этом его температура возрастает. Далее фреон движется в конденсатор, где передает тепло контуру и переходит в состояние жидкости. Такой цикл повторяется постоянно.

При достижении необходимой температуры в помещении, устройство прекращает работу. При падении температуры в отопительном контуре, тепловой насос запускается.

Расчет коэффициента полезного действия устройства

КПД теплового насоса, рассчитываемый по формуле Мощность (потребителя)/Мощность (сети), неверный, так как не учитывает энергию, поступающую из низкопотенциального источника.

Правильная формула выглядит так:

Мощность (потребителя)Мощность (сети)+Мощность (источника)

Как было замечено выше, отношение энергии от электросети к энергии нихзкопотенциального источника находится в районе 30:70.

Расчет COP теплового насоса:

Соотношение производимой и расходуемой энергии выражается безразмерным коэффициентом СОР. Рассчитать его можно по формуле:

СОР=Qпотреб.A=Qн.и.kA

где Qпотреб.— теплота, полученная пользователем;

Qн.и.— энергия, полученная из низкотемпературного источника;

А — работа, совершаемая устройством;

k — КПД.

Показатель А свидетельствует о необходимой работе, которую нужно совершить устройству для перевода энергии. Она зависит от температур воздуха в конденсаторе и испарителе.

Если СОР теплового насоса равен 3, то это указывает на выработку тепла в 3 раза больше, чем объем энергии, затраченной на работу.

SСОР — это сезонный коэффициент трансформации. Он рассчитывается для определенных климатических условий, что позволяет более точно оценить эффективность устройства в разные периоды. Для оценки этого показателя выделено 3 климатические области. Оценка этого показателя проводится теоритическим путем.

От чего зависит эффективность насоса

Уровень производительности тепловых насосов зависит от множества факторов, среди которых:

  • система регуляции;

  • габариты устройства, которые должны соответствовать потребностям в тепле и параметрам работы агрегата;

  • наличие вспомогательных пользователей энергии;

  • температуры теплового источника и теплоносителя;

  • особенности климата.

КПД теплового насоса позволяет эффективно и экономно использовать его для  отопления помещений и горячего водоснабжения.

Хочешь получить бесплатную консультацию специалиста?