Реферат на тему:
Теплові насоси
Поняття холодильної машини та теплового насоса, класифікація і область застосування
Зазвичай холодильна машина переносить тіло від джерела, температура якого нижче навколишнього середовища, до джерела, що має температуру навколишнього середовища, - воді або повітрю; в цьому випадку машина служить для охолодження або підтримки низьких температур в певному обсязі - холодильній камері.
При допомозі холодильної машини тепло можна перенести і до джерела, температура якого значно вище навколишнього середовища. Це тепло можна корисно використовувати, наприклад, для опалення. У цьому випадку холодильну машину прийнято називати тепловим насосом.
По виду затрачуваної енергії холодильні машини поділяють на компресійні, теплоізолюючі та термоелектричні. Компресійні машини споживають механічну енергію, теплоізолюючі - теплову енергію джерел тепла з температурою вище навколишнього середовища, термоелектричні машини використовують безпосередньо електричну енергію.
У машинах перших двох типів перенесення тепла досягається в результаті вчиненого робочим тілом в машині зворотного кругового процесу (зворотний цикл). В термоелектричної машині перенесення тепла відбувається при впливі потоку електронів на атоми.
В залежності від властивостей і агрегатного стану робочих тіл, за допомогою яких здійснюються процеси, холодильні машини діляться на парові і газові. В парових холодильних машинах робочі тіла при здійсненні процесів змінюють своє агрегатний стан. У газових холодильних машинах агрегатний стан робочого тіла не змінюється.
У холодильній машині зворотний круговий процес, що чиниться за рахунок механічної енергії, отриманої в прямому циклі, може здійснюватися в різних умовах.
Машина працює по холодильному циклу, якщо тепло від джерела низької температури переноситься до навколишнього середовища. У цьому випадку вона служить для охолодження або підтримання постійних низьких температур. При перенесенні тепла від навколишнього середовища до джерела з більш високою температурою холодильна машина працює як тепловий насос і використовується для теплопостачання. Якщо тепло переноситься від джерела низької температури до джерела з температурою вище навколишнього середовища, машина працює по теплофикационному циклу і служить як для охолодження, так і для теплопостачання.
Тепловий насос - термодинамічна установка, в якій теплота від низькопотенційного джерела передається споживачеві при більш високій температурі. При цьому затрачається механічна енергія.
Велику перспективу представляє використання теплових насосів в системах гарячого водопостачання (ГВП) будівель. Відомо, що в річному циклі на ГВП витрачається приблизно стільки ж тепла, як і на опалення будівель. Прикладом будівлі, в якому теплові насоси використані для ГВП, є багатоповерховий житловий будинок, побудований в Москві в Нікуліно-2. У цій будівлі в якості джерела низькопотенційної теплової енергії використовується тепло землі і тепло видаленого вентиляційного повітря. Детально ця система буде розглянута нижче.
Джерелом низькопотенційної теплової енергії може бути тепло як природного, так і штучного походження. В якості природних джерел низькопотенційного тепла можуть бути використані:
• тепло землі (Тепло грунту);
• підземні води (грунтові, артезіанські, термальні);
• зовнішній повітря.
В якості штучних джерел низькопотенційного тепла можуть виступати:
• видаляється вентиляційне повітря;
• каналізаційні стоки (стічні води);
• промислові скиди;
• тепло технологічних процесів;
• побутові тепловиділення.
Таким чином, існують великі потенційні можливості використання енергії навколо нас, і тепловий насос представляється найбільш вдалим шляхом реалізації цього потенціалу.
Раніше тепловий насос використовувався в першу чергу для кондиціонування (Охолодження) повітря. Система була здатна також забезпечити певну опалювальну потужність, в більшій чи меншій мірі задовольняє потреби в теплі в зимовий період. Однак характеристики цього обладнання стрімко змінюються: зараз у багатьох країнах Європи теплові насоси використовуються в опаленні та ГВП. Таке положення пов'язане з пошуком екологічних рішень: замість традиційного спалювання викопного палива - використання альтернативних джерел енергії, наприклад, сонячної. Для масового споживача одним з найбільш бажаних варіантів використання нетрадиційних джерел енергії є використання низькопотенційного тепла за допомогою теплових насосів.
Існують різні варіанти класифікації теплових насосів. Обмежимося поділом систем по їх оперативним функцій на дві основні категорії:
• теплові насоси тільки для опалення та/або гарячого водопостачання, що застосовуються для забезпечення комфортної температури в приміщенні і/або приготування гарячої санітарної води;
• інтегровані системи на основі теплових насосів, що забезпечують опалення приміщень, охолодження, приготування гарячої санітарної води та іноді утилізацію відводиться повітря. Підігрів води може здійснюватися або відбором тепла перегріву що подається газу з компресора, або комбінацією відбору тепла перегріву і використання регенерованого тепла конденсатора.
Теплові насоси, призначені виключно для приготування гарячої санітарної води, найчастіше в якості джерела тепла використовують повітря середовища, але рівним чином можуть використовувати і відводиться повітря.
Слід відзначити, що поступово збільшується пропозиція теплових насосів класу реверсивні "повітря-вода", найчастіше поставляються в комплекті з розширювальним баком і насосним агрегатом. За окремим замовленням поставляється накопичувальний резервуар. Такі насоси можна врізати безпосередньо в існуючі водопровідні системи.
У Німеччині та інших країнах Північної Європи поширені теплові насоси, які використовують тепло, що міститься в грунті. Діапазон теплової потужності розроблених моделей найширший - від 5 до 70 кВт.
За даними на 1997 з 90 млн. теплових насосів, встановлених в світі, тільки близько 5%, або 4,28 млн. апаратів, змонтовано в Європі. Зовсім небагато в порівнянні з 57 млн. систем, наявних в Японії, де таке обладнання є основним у забезпеченні опалення житлового фонду. У Сполучених Штатах налічується 13,5 млн. встановлених агрегатів, а ще тільки розвивається китайський ринок досяг рівня 10 млн. систем. Подібне неприхильність Європи має свої причини, проте останнім часом ставлення до теплових насосів змінюється. Приблизна оцінка числа теплових насосів, встановлених у головних країнах Співтовариства в житловому фонді, торговельно-адміністративних і промислових спорудах, наводиться в табл. 1. Основну частку становлять країни Південної Європи: Іспанія, Італія та Греція.
Цикл теплового насоса
Теплообмін між робочим тілом і джерелом високої температури протікає при кінцевій різниці температур необоротно. В результаті такого теплообміну збільшується ентропія:
(Sd - Sc) - (S2 - S3) = delta S
Площа під процесом 4 - 1, що характеризує кількість підведеного тепла до робочого тіла, дорівнює площі е - 4 '- 5 - до, ...
