Вся правда о тепловых насосах

1 кубический метр природного газа при сжигании в отопительном котле может дать до 10 квт.ч. тепловой энергии (8600 Ккал.). Этот же 1 м. куб. газа сожженный на хорошей электростанции даст почти 5 квт.ч. электроэнергии и плюс до 4 квт.ч. тепловой. Если этими 5 квт.ч. электроэнергии запитать тепловой насос (ТН) то можно реально выкачать из окружающей среды:

• 16 квт.ч. тепла из воздуха;
• 22 квт.ч. из грунта;
• 32 квт.ч. из водного источника.

Таким образом из 1 м. куб. газа вместо 10 квт.ч. тепла можно получить 20-36!
КПД ТН по сравнению с прямым электронагревом 320-720%.

История и факты применения тепловых насосов

Еще в середине XIX века известный физик лорд Кельвин продемонстрировал первое устройство, работающее по принципу теплового насоса (ТН) на эффекте изменения температуры воздуха при его сжатии и расширении. Он ещё тогда предупреждал, что невозобновляемые источники энергии когда либо закончатся, или значительно подорожают, что и происходит сейчас.

* в 1912 году в Швейцарии был выдан первый патент на технологию ТН;
* в 30-х годах появились первые действующие установки в Европе и США;
* массовое внедрение началось во времена энергетического кризиса 70-х годов;
* сейчас объем продаж ТН в мире около 125 млрд. долл. (в 3 раза больше рынка вооружений), в эксплуатации более 130 млн. установок;
* в США федеральным законодательством предписано обязательное использование тепловых насосов в системах отопления общественных зданий.

В Швеции 50% отопления — ТН. В Стокгольме суммарная мощность ТН, перекачивающих тепло из вод Балтийского моря (+8°С) — 320 Мвт.
По прогнозам Мирового энергетического комитета к 2020 году доля тепловых насосов в теплоснабжении в мире составит 75%. Понимая очевидность экономии ресурсов правительства развитых стран и даже Китая всемерно поощряют внедрение ТН предоставлением различных льгот и субсидий.
В России ТН достаточно широко применяют там, где нет газа. В Украине есть программа увеличения выработки тепла с помощью ТН к 2030 году в 100 раз.
В Беларуси почти полная тишина. Единичные случаи внедрения. Вместо льгот неопределенность с тарифами на электропитание ТН. В Госпрограммах осторожное «изучить возможность».

Принцип работы теплового насоса

Может кто-то удивится, но ТН есть почти в каждой квартире. Это бытовой холодильник. Его агрегат выкачивает тепло из объема холодильного шкафа в комнату. По такому же принципу работает и отопительный тепловой насос. Теория ТН изложена в описании термодинамического цикла Карно еще в 1824 году. Хладагент (фреон) перемещается компрессором по замкнутому контуру, состоящему из испарителя, конденсатора и клапана.
Сжатый компрессором в конденсаторе (горячая решетка на задней стенке простейшего холодильника) хладагент переходит из газообразного в жидкое состояние при высоком давлении и температуре. Далее через дросселирующий клапан он продавливается в испаритель (обмерзшая панель внутри холодильника), где тем же компрессором создается низкое давление. При резком падении давления после клапана хладагент активно кипит, переходя в газообразную фазу с резким уменьшением температуры (для ТН до -8°С и ниже). Таким образом производится перенос тепла из объема, в котором расположен испаритель, в объем, который занимает конденсатор.

В тепловых насосах эти объемы выполняются в виде теплообменников. В первый подается относительно теплый носитель от низкотемпературного источника тепла (НТИ), второй включается в контур системы отопления. Теоретически несложно в теплое время года, поменяв местами испаритель и конденсатор ТН, использовать его для охлаждения здания. В качестве НТИ может использоваться наружный воздух при условии что его температура превышает температуру кипения хладагента в испарителе; грунтовые, либо воды из незамерзающих водоемов; земля, тепло из которой переносится в теплообменник ТН раствором, циркулирующим по трубам, уложенным в земляной коллектор, либо опущенным в скважины-зонды; технологические сбросы предприятий в жидком или газообразном состоянии.
Главная характеристика эффективности ТН — коэффициент преобразования (СОР), или коэффициент мощности, равный отношению теплопроизводительности ТН, или тепловой мощности к мощности его компрессора (потребляемой).