20. Принципы работы теплового насоса.

Т епловым насосом называют холодильную установку, используемую обычно для подвода теплоты к нагреваемому объему. Такого рода установку называют тепловым насосом потому, что она как бы «перекачивает» теплоту из холодного источника в горячий; в горячий источник поступает теплота q1, равная сумме теплоты q2, отобранной от холодильного источника, и работы lц, подводимой извне для осуществления этого холодильного цикла. По существу тепловым насосом является всякая холодильная установка, однако этот термин обычно применяется для обозначения тех установок, главной задачей которых является нагрев теплоприемника. Эффективность теплового насоса оценивается так называемым отопительным коэффициентом, представляющим собой отношение количества теплоты q1, сообщенной нагреваемому объему, к работе lц, подведенной в цикле: Нетрудно установить связь отопительного коэффициента εотоп с холодильным коэффициентом ε той же установки; поскольку q1 = q2 + lц то получаем

И з этого соотношения следует, что чем выше холодильный коэффициент, тем выше и отопительный коэффициент цикла. На осуществление любого холодильного цикла (в том числе, разумеется, и цикла установки, используемой в качестве теплового насоса) расходуется подводимая от внешнего источника работа lц1). Эта работа затрачивается на привод компрессора или другого аппарата, осуществляющего сжатие хладагента. Разумеется, вся эта работа может быть полностью превращена в теплоту (например, в электронагревателе), которую можно будет использовать для нагрева помещения. Преимущество теплового насоса перед любыми другими отопительными устройствами состоит в том, что при затрате одного и того же количества энергии (lц) с помощью теплового насоса к нагреваемому помещению подводится всегда большее количество теплоты (lц + q2), чем то, которое подводится при любом другом способе отопления (так, при использовании электронагрева количество теплоты, подведенной к нагреваемому объему, равно lц). Это не должно вызывать удивления: если электронагреватель лишь превращает работу в теплоту, то тепловой насос с помощью того же количества работы превращает теплоту низкого температурного потенциала в теплоту более высокого температурного потенциала («перекачивает» тепло). Поскольку в тепловом насосе всегда q1 > lц, следовательно, всегда εотоп > 1;

Отопительные коэффициенты тепловых насосов, в которых используются циклы холодильных установок, менее совершенные, чем цикл Карно, имеют меньшее значение. Уменьшение εотоп в реальных установках вызывается также неизбежными потерями вследствие необратимости процессов в различных элементах установки. Отопительный коэффициент реальных тепловых насосов может составлять 3, 4 и более.