3.3.2. Тепловые насосы (в т.ч. механическая рекомпрессия пара)

Общая характеристика

Основное назначение теплового насоса – преобразование низкопотенциального тепла (характеризующегося низкой температурой и низким содержанием эксергии) в высокопотенциальное. Тепловой насос способен «перекачивать» тепло от искусственных источников на предприятии (технологических процессов), а также искусственных или естественных источников в окружающей среде (воздуха, грунта, воды). Полученное таким образом тепло может использоваться в бытовых, коммерческих или промышленных целях. Однако наиболее распространенным применением принципа теплового насоса являются разнообразные системы охлаждения, холодильники и т.п. В таких системах тепло «перекачивается» в обратном направлении – от охлаждаемой среды в окружающую среду. В некоторых случаях отводимое при этом тепло может использоваться для удовлетворения какихлибо потребностей в тепловой энергии. Тепловые насосы используются в процессах когенерации и тригенерации (последняя подразумевает возможность производства как тепла, так и холода с учетом сезонных вариаций спроса) (см. разделы 3.4 и 3.4.2).

Функционирование теплового насоса – «перекачка» тепла от источника к потребителю – требует внешнего источника энергии. В качестве такого источника может выступать привод любого типа

– электродвигатель, двигатель внутреннего сгорания или турбина – или, в случае сорбционного теплового насоса, внешний источник тепла.

Компрессионный тепловой насос (замкнутого цикла)

Компрессионный тепловой насос, вероятно, является наиболее распространенным типом теплового насоса. Он применяется, например, в холодильниках, промышленных системах охлаждения, осушителях, а также системах отопления, использующих тепло окружающей среды – пород, грунта, воды или воздуха. Как правило, компрессионный тепловой насос приводится в действие электродвигателем, однако в крупных промышленных системах могут использоваться паровые турбины.

Компрессионный тепловой насос работает по принципу обратного цикла Карно, состоящего из четырех стадий – испарения, сжатия, конденсации и расширения – образующих замкнутый цикл.

Принцип действия компрессионного теплового насоса проиллюстрирован на рис.3.8. В испарителе циркулирующий жидкий рабочий агент (хладагент) испаряется при низком давлении и низкой температуре, отбирая тепло у источника (например, отходящее тепло какого-либо технологического процесса). Затем температура и давление рабочего агента повышаются в компрессоре, после чего агент конденсируется и охлаждается в конденсаторе, отдавая тепло