Тепловой насос — это устройство, которое использует работу для передачи тепла из холодного помещения в теплое помещение путем передачи тепловой энергии с использованием цикла охлаждения , охлаждения холодного помещения и нагревания теплого помещения. В холодную погоду тепловой насос может переносить тепло с прохладной улицы на обогрев дома; Насос также может быть предназначен для перемещения тепла из дома на более теплый воздух в теплую погоду. Поскольку они передают тепло, а не генерируют тепло, они более энергоэффективны, чем другие способы обогрева дома. [1]
Газообразный хладагент сжимается , поэтому его температура повышается. При работе в качестве обогревателя в холодную погоду нагретый газ поступает в теплообменник в помещении, где часть его тепловой энергии передается в это помещение, вызывая конденсацию газа до жидкого состояния. Сжиженный хладагент поступает в теплообменник на открытом воздухе, где давление падает, жидкость испаряется и температура газа падает. Сейчас температура ниже, чем температура наружного пространства, используемого в качестве источника тепла. Он может снова забрать энергию у источника тепла, сжаться и повторить цикл.
Воздушные тепловые насосы являются наиболее распространенными моделями, в то время как другие типы включают геотермальные тепловые насосы , тепловые насосы с водным источником и тепловые насосы с вытяжным воздухом . Крупногабаритные тепловые насосы также используются в системах централизованного теплоснабжения . [2]
Эффективность теплового насоса выражается коэффициентом производительности (COP) или сезонным коэффициентом производительности (SCOP). Чем выше число, тем эффективнее тепловой насос. При использовании для отопления помещений тепловые насосы обычно гораздо более энергоэффективны, чем электрические сопротивления и другие обогреватели. Благодаря своей высокой эффективности и растущей доле источников энергии, не содержащих ископаемого топлива, в электрических сетях тепловые насосы могут сыграть ключевую роль в смягчении последствий изменения климата . [3] [4] Потребляя 1 кВтч электроэнергии, они могут передать в здание от 3 до 6 кВтч тепловой энергии. [5] Углеродный след тепловых насосов зависит от способа производства электроэнергии , но они обычно сокращают выбросы в мягком климате. [6] Тепловые насосы могли бы удовлетворить более 80% мировых потребностей в отоплении помещений и воды с меньшим выбросом углекислого газа, чем газовые конденсационные котлы : однако в 2021 году они удовлетворяли только 10%. [7]
Тепло будет самопроизвольно перетекать из области с более высокой температурой в область с более низкой температурой. Тепло не будет самопроизвольно перетекать от более низкой температуры к более высокой, но его можно заставить течь в этом направлении, если совершить работу . Работа, необходимая для передачи данного количества тепла, обычно намного меньше количества тепла; это является мотивацией для использования тепловых насосов в таких приложениях, как нагрев воды и внутренних помещений зданий. [8]
Объем работы, необходимой для передачи количества тепла Q из резервуара с более низкой температурой, например окружающего воздуха, в резервуар с более высокой температурой, например, внутри здания, равен: