Что такое тепловой насос?

• Что такое тепловой насос? Как он работает?
• Эксперименты.

Каково КПД теплового насоса? (Эксперимент 1)

Какова специфическая теплоемкость воды?  (Эксперимент 2)

Что такое тепловой насос? Как он работает?

Почти в каждом доме есть прибор, работающий по принципу теплового насоса: холодильник.  Менее известно, что тепловой насос можно использовать для отопления здания. Тепловой насос забирает необходимую тепловую энергию из воздуха или окружающей среды и накапливает ее в изолированном гидроаккумуляторе (двойной накопитель, смотри рисунок 2).

Теплая вода может быть использована для отопления дома, для работы душа или, например, стиральной машины. Назначение теплового насоса состоит в том, чтобы из окружающей среды температурой Т1 получить количество тепла Q и передать его другой среде, повысив температуру до Т2. Для этого требуется работа W, которую вырабатывает компрессор. Большим преимуществом теплового насоса в сравнении с традиционной системой отопления является высокий КПД: тепловой насос производит больше тепла, чем ему требуется для этого электричества.

Высокая первоначальная стоимость не позволила тепловому насосу занять лидирующую позицию в сфере систем отопления. Также  его недостатком является то, что насос, начиная с определенной температуры воздуха и земли, работает недостаточно эффективно и, по меньшей мере, рабочее вещество (например, фреон), которое использовалось ранее, было сомнительно экологически чистым.

Тепловой насос состоит из четырех базовых элементов: испарителя, компрессора, конденсатора и дроссельного вентиля. Эти элементы соединены друг с другом закрытой системой трубопроводов.

В трубопроводе циркулирует рабочее вещество (чаще всего фреон или аммиак), которое понижает давление в дроссельном вентиле и таким образом распространяется. Поэтому дроссельный вентиль называют еще и расширительным клапаном. При этом расширении рабочее вещество охлаждается и поступает в испаритель. Там оно получает из окружающей среды (в нашем случае из водяной ванны) количество тепла Q, причем оно по большей части испаряется.  Газ поступает в компрессор, где он сильно сжимается, что ведет к повышению температуры. В конденсаторе рабочее вещество передает полученное до этого количество тепла  окружающей среде. (В нашем случае второй водной ванне). При этом температура падает, и газ снова конденсируется. Жидкое рабочее вещество поступает к дроссельному вентилю, и круговорот возобновляется. 

2. Эксперименты.

2.1  Каков КПД теплового насоса? (Эксперимент 1) Описание построения и проведения:

• В ведро наливается три литра воды;
• Тепловой насос подключается к измерительному трансформатору;
• К измерительному трансформатору подключаются вольтметр и амперметр;
• Температура измеряется до начала эксплуатации теплового насоса и через десять минут после начала. 

Напряжение и сила тока измеряются при помощи измерительного трансформатора. При этом  следует обратить внимание на то, чтобы замещающая для силы тока замерялась пропорционально напряжению – измерительный прибор работает как вольтметр!