Тепловой насос по сути своей — улучшенный(более сложный) кондиционер, и он как и кондиционер не производит, не вырабатывает, не синтезирует и не генерирует ни тепла ни холода. Тут используется Фундаментальный закон сохранения энергии и его проявления, описывающие виды энергии и их превращения в различных областях (механике, термодинамике и т.д.). Второе начало термодинамики гласит: «Теплота самопроизвольно переходит от тел более нагретых к телам менее нагретым». Как альтернатива системам прямого преобразования электрической энергии в тепловую, кондиционер умеет только переносить её, так как является насосом. Тепловым насосом:
Можно сказать, что работа компрессора в Тепловом насосе (кондиционере), идет не столько на «производство» теплоты, сколько на ее перемещение. Поэтому, затрачивая всего 1 кВт электрической мощности на привод компрессора, можно получить теплопроизводительность конденсатора около 5 кВт. Тепловой насос несложно заставить работать в обратном направлении, то есть использовать его для охлаждения воздуха в помещении летом.
Итак, тепловой насос умеет переносить тепловую энергию в направлении, на первый взгляд просто невозможном – от менее теплого к более теплому. И никакого противоречия со вторым началом термодинамики тут нет. Спасибо надо сказать работам Сади Карно(сформулировал первое и второе начала термодинамики) и, Уллису Кэрриеру(разработал основы теории кондиционирования воздуха, контроля температуры и влажности, создал первый кондиционер), применившему обратный цикл Карно в своей машине по обработке воздуха в 1902 г.. Для такого переноса используется хладагент (фреон) и его весьма необычные свойства (низкотемпературное кипение, конденсация при различных давлениях и температурах, фазовые переходы и т.д.), а обмен между хладагентом и окружающим воздухом происходит через воздушные теплообменники.
Очень схематично работа кондиционера выглядит примерно так. Фреон в виде газа поступает на вход компрессора, который его сжимает. При этом его давление и температура увеличиваются. В таком горячем виде он подается в теплообменник (конденсатор, это тот, что на улице). Там он интенсивно обдувается наружным воздухом с более низкой температурой посредством вентилятора, то есть происходит передача тепла, что в итоге приводит к его охлаждению и даже конденсации до жидкого состояния. При этом высокое давление (давление конденсации) продолжает сохраняться. Далее жидкий хладагент направляется к устройству, назовем его расширительный вентиль (РВ), пройдя через которое, его давление резко падает. В качестве такого вентиля в бытовых кондиционерах служит капиллярная трубка (КП), хотя есть устройства и посложнее (ТРВ, ЭРВ). Падение давления также сопровождается снижением температуры жидкого хладагента и даже испарением некоторой его части с переходом в газообразное состояние (фазовый переход). После этого вся эта смесь направляется в теплообменник (испаритель) внутреннего блока (в помещении), где полностью выкипает при давлении и температуре испарения, превращаясь в газ с поглощением тепла воздуха, которым его обдувает вентилятор внутреннего блока.
Другими словами — тепло воздуха из помещения через теплообменник поглощается хладагентом, далее хладагент перекачивается в другой теплообменник, где, аккумулированное им тепло через другой теплообменник, сбрасывается на улицу. Поэтому и называют его тепловым насосом.
Различие между вариантами работы кондиционера заключается лишь в том, откуда и куда сбрасывается тепло. Летом это тепло поглощается из воздуха помещения и сбрасывается на улицу, зимой с точностью до наоборот – тепло поглощается из холодного (что сложнее) воздуха улицы и сбрасывается в помещение. Происходит это все, как вы уже знаете, посредством воздушных теплообменников, которые при работе „на тепло” как бы меняются местами. После сжатия в компрессоре, хладагент через 4-х ходовой клапан направляется не в теплообменник наружного блока (конденсатор по умолчанию), а во внутренний (испаритель по умолчанию). Таким образом, наружный блок становится испарителем, где происходит испарение хладагента с поглощением тепла с улицы, а внутренний — конденсатором, посредством которого происходит сброс тепла внутрь помещения.