Схема и цикл теплового насоса.

Непосредственное использование электроэнергии в нагревательных устройствах вследствие полной необратимости этого процесса с энерге­тической точки зрения крайне невыгодно. Более целесообразно в этом случае для получения тепла при некоторой температуре t₂ применить тепловой насос, который позволяет теоретически получить от каждого килоджоуля электроэнергии кдж тепла.

Идея теплового насоса была выдвинута в 1852г. К. Томсоном. Идея теплового насоса заключается в том, что рассеянное в окружающую среду тепло забирается с помощью затраченной извне работой и при более высокой температуре отдается внешнему потребителю. По существу, это – тот же холодильник, только он охлаждает не холодильную камеру, а окружающую среду.

Чтобы приблизить термический КПД цикла теплового насоса к КПД цикла Карно, можно использовать в качестве рабочего тела влажный пар какого-либо вещества. В этом случае цикл теплового на­соса совпадает с обращенным циклом паросиловой установки, работаю­щей с влажным паром. От цикла парокомпрессионной холодильной ма­шины он отличается только диапазоном температур.

Наряду с использованием электроэнергии для привода компрессора в случае теплового насоса большой интерес представляет получение тепла для нужд отопления по схеме с повышающим трансформатором. И значительно больший эффект дает применение в качестве повышающего термотрансформатора обращенной аб­сорбционной холодильной машины, схема которой изображена на (рис. 1)

Принцип действия ее состоит в сле­дующем.

Образующийся в генераторе 7 за счет подвода тепла при температуре t₁ пар низкого давления p₁ посту­пает в охладитель 2, в котором он конденсируется, отдавая тепло q₀ окружающей среде при температуре t₀. Получившийся конден­сат сжимается насосом 3 до давления р₂. При этом давлении за счет подвода тепла при температуре t₁ жидкость испаря­ется в испарителе 4. Концентрированный пар высокого давления посту­пает в смеситель — абсорбер 5, где он смешивается с жидкостью, имеющей примерно ту же температуру, что и пар. Вы­деляющееся за счет абсорбции тепло вызывает нагрев смеси до темпе­ратуры t₂. Получающийся в абсорбере пар, имеющий температуру t₂, поступает в теплообменник 6, где отдает тепло конденсации q_k сетевой воде, нагревая ее до температуры примерно 100° С; нагретая вода в последующем может быть использо­вана для нужд отопления. Конденсат из конденсатора проходит через дроссельный вентиль 7 и при давлении p₁ вновь поступает в генератор 1. Жидкость, обедняющаяся в генераторе за счет выделения концентриро­ванного пара, подается насосом 8 в смеситель.

Применение обращенной абсорбционной машины в этих условиях является весьма целесообразным, так как при этом становится воз­можным использовать для нужд отопления тепло низкой температуры, которое в противном случае терялось бы бесполезно.

Следует отметить, что описанная установка имеет тем больший ко­эффициент преобразования, чем ниже температура окружающей среды, т. е. произведет тем больше тепла для нужд отопления, чем ниже эта температура.

Цикл теплового насоса отображен на Т-S-диаграмме (рис. 2.):

1-2 – адиабатное сжатие пара;

2-3 – конденсация пара в конденсаторе;

3-4 – процесс дросселирования в дроссельном вентиле;

4-1 – испарение агента.

Эффективность теплового насоса оценивается коэффициентом теплоиспользования, который представляет собой отношение отданного внешним потребителям количества теплоты к затраченной на это удельной работе: .