Тепловий насос — це система, яка здатна перенести тепло від менш нагрітого тіла до більш нагрітого, підвищуючи його температуру.

Для забезпечення роботи теплового насоса потрібна витрата енергії, яка не повинна перевищувати об'єм виробленої енергії. Робота теплового насоса ґрунтується на оборотному циклі Карно (французький фізик, 1796-1832), який є оборотним круговим процесом, що складається з двох ізотермічних процесів і двох адіабатичних процесів (рис. 13.35).

У зворотному циклі Карно довколишнє середовище є джерелом низькокондиційного тепла. Нагрітий у трубах теплоносій, наприклад, соляний розчин, за допомогою циркуляційного насоса спрямовують у випаровувач (теплообмінник) (рис. 13.36).

У випаровувачі теплового насоса є холодоагент, який перебуває у стані рідини під низьким тиском. Процес випаровування потрібен для того, щоб холодоагент поглинув тепло із теплообмінника.

Рис. 13.36. Схема роботи теплового насоса: 1 — випаровувач;

2 — компресор; 3 — конденсатор; 4 — переохолоджувач; 5 — дросель (розширювальний клапан)

Згідно з другим законом термодинаміки, тепло передається від тіла з високою температурою до тіла з низькою температурою. Саме на цьому етапі роботи теплового насоса холодоагент з низькою температурою, проходячи по теплообміннику (випаровувачу), відбирає тепло від теплоносія (соляного розчину), який піднявся по трубах зі свердловини, де відібрав низькоконди-ційне тепло гірських порід (випадок з використанням ґрунтового теплового насоса). У зоні постійних температур у будь-який час року температура гірських порід становить 9-11 °С. У свердловину опускають труби, у яких циркулює соляний розчин (теплоносій) під дією циркуляційного насоса. У процесі циркуляції теплоносій нагрівається до максимально можливої температури. Після відбору тепла з гірських порід теплоносій надходить у випаровувач, в який по найтонших капілярах під високим тиском потрапляє спеціальний холодоагент, подібний до фреону. Оскільки у випаровувачі тиск значно менший, відбувається швидке випаровування холодоагенту і активний відбір тепла від теплоносія.

Зазначмо: поглинання тепла можливе під час випаровування речовини, а віддача тепла відбувається під час конденсації. Під час нагріву холодоагенте від теплоносія він змінює стан, переходячи із рідкого у газоподібний через закипання і випарування. Отже, зі стану рідини холодоагент перейшов у газ, який відібрав тепло у теплоносія.

На наступному етапі холодоагент у газоподібному стані потрапляє у компресор, який стискує холодоагент (фреон), через що різко підвищується його температура (до 80-120 °С). Далі холодоагент з високою температурою надходить у конденсатор, який теж є теплообмінником. У конденсаторі під час конденсації відбувається віддача тепла від холодоагента до теплоносія опалювального контуру (у систему «теплої підлоги» або в радіатори водяного опалення). У конденсаторі холодоагент із газової фази знову переходить у рідкий стан з виділенням тепла, яке використовується для системи опалення і гарячого водопостачання.

Холодоагент, який частково втратив тепло, надходить до переохолоджувана, де він втрачає тепло, нагріваючи воду в системі гарячого водопостачання. Далі відбувається зниження тиску холодоагента та його розширення, тобто холодоагент готується до повернення робочого циклу. Для цього його пропускають через дросель (вузький отвір терморегулювального вентиля — розширювального клапана). У результаті холодоагент розширюється, через що падає його температура і тиск, при якому він знову готовий закипати і поглинати тепло.

Цикл повторюється доти, поки система опалення і гарячого водопостачання не отримає від теплового насоса необхідний об'єм тепла.

Це матеріал з підручника "Будівництво малоповерхових швидкоспоруджуваних, енергозберігаючих житлових будинків із СІП-панелей" Ципріанович 2021