Тепловой насос
Тепловой насос — устройство, которое с затратой работы переносит теплоту от тела с более низкой температурой к телу с более высокой температурой. Так отапливают помещения, используя энергию воздуха, грунта или воды.
Основные части установки — компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель. Хладагент испаряется в холодном источнике и поглощает теплоту, затем компрессор сжимает его, повышая давление и температуру. В конденсаторе хладагент отдаёт теплоту отопительной системе, после чего проходит через клапан и снова охлаждается. Подробная последовательность процессов разобрана на странице принципа действия холодильной машины.
Тепловой насос и холодильная машина используют один и тот же цикл. Различие состоит в полезном результате: холодильник охлаждает внутреннюю камеру, а тепловой насос нагревает помещение или воду. Это сравнение приведено на странице сравнения холодильной машины и теплового насоса. Перед изучением темы полезно повторить, как связаны нагреватель и холодильник в тепловой машине.
Здесь \(Q_г\) — теплота, переданная горячему телу, \(Q_х\) — теплота, полученная от холодного источника, а \(A\) — работа компрессора. Эффективность теплового насоса характеризуют отопительным коэффициентом: \(\varepsilon=\frac{Q_г}{A}\). Он может быть больше единицы: это не означает, что энергия создаётся, поскольку часть теплоты переносится из окружающей среды.
Если насос получил от воздуха \(Q_х=3\,\text{кДж}\) и затратил работу \(A=1\,\text{кДж}\), то в помещение он передал \(Q_г=3+1=4\,\text{кДж}\). Отопительный коэффициент равен \(\varepsilon=4\).
Тепловой насос не является вечным двигателем и не нарушает второй закон термодинамики. Для переноса теплоты от холодного источника к горячему обязательно требуется работа компрессора.
Почему отопительный коэффициент теплового насоса может быть больше единицы?
Главное
- Тепловой насос переносит теплоту от холодного источника к горячему за счёт работы компрессора.
- Для него выполняется баланс \(Q_г=Q_х+A\).
- Отопительный коэффициент \(\varepsilon=Q_г/A\) может быть больше единицы, потому что учитывает также перенесённую теплоту.