Холодильная машина как тепловой насос

Тепловой насос – это источник энергии для системы
отопления и горячего водоснабжения, а также
одновременно может служить источником для системы
кондиционирования. Основное отличие теплового насоса
от других генераторов тепловой энергии (электрических,
газовых и дизельных) заключается в том, что при
производстве тепла до 80 процентов энергии извлекается
из окружающей среды. Тепловой насос «выкачивает»
солнечную энергию из грунта, скальной породы или озера,
накопленную за теплое время года.
Концепция тепловых насосов была разработана
еще в 1852 году выдающимся британским физиком
и инженером Уильямом Томсоном (Лордом
Кельвином) .
В дальнейшем
усовершенствована и
детализирована австрийским
инженером. Петероа
Риттера фон Риттингера
считают изобретателем
теплового насоса, ведь
именно он спроектировал и
установил первый известный
тепловой насос в 1855 году.
Генрих Золи (Heinrich Zoelly) (1862–1937) известный
исследователь в области паровых машин и
газотурбинных установок, он получил патент на
технологию геотермальных тепловых насосов, т.е.
на идею извлечения тепла из грунта.
Среди теоретических работ
российских ученых видное
место занимал геофизик и
метеоролог профессор
Михельсон В.А.(1860 -1927),
который в 1920 году
разработал подобный проект
парокомпрессионной
установки с
аккумулированием
солнечного тепла в грунте.
Первую теплонасосную установку (ТНУ) для
отопления своего дома построил в 1927 году в
Шотландии английский инженер Д. Холдейн.
В истории чаще упоминается другая теплонасосная
установка смонтированная в Англии на набережной
Темзы в Лондоне, в концертном зале "Ройял
фестивал холл".
Реализатором идеи грунтовых (земляных)
геотермальных тепловых насосов, которые
получили в дальнейшем реальное практическое
применение особенно для северных стран,
считается изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер
(Robert C. Webber) (1824— 1896).
Типы тепловых насосов
Схема компрессионного теплового насоса.
1) конденсатор, 2) дроссель, 3) испаритель, 4) компрессор.
В зависимости от источника отбора тепла тепловые насосы
подразделяются на:
Геотермальные (используют тепло земли, наземных либо
подземных грунтовых вод)
а) замкнутого типа
б) открытого типа
Воздушные (источником отбора тепла является воздух).
По виду теплоносителя во
входном и выходном
контурах насосы делят на
шесть типов: «грунт—
вода», «вода—вода»,
«воздух—вода», «грунт—
воздух», «вода—воздух»,
«воздух—воздух».
Эффективность теплового насоса
Если говорить об эффективности такого альтернативного решения как
тепловой насос, следует выяснить его коэффициент полезности. В
Интернете случаются статьи, в которых автор утверждает, что тепловой
насос имеет КПД больше чем 100%, а именно 300-400%, то есть, тепловой
насос - вечный двигатель. Но, как известно из школьного курса физики,
это невозможно. Во-первых, потому что тепловой насос не берет энергию
из ниоткуда, он берет ее с объекта, масса и размеры которого намного
больше, чем отапливаемый объект. Во-вторых, для целой системы,
которой является тепловой насос, правильным будет использовать
понятие коэффициент передачи тепла (КПТ), а не КПД. Действительно,
потратив определенное количество электроэнергии из сети на личные
нужды, насос в виде тепла принесет в 3-6 раз больше с внешнего
источника (почва, вода, воздух), но эта энергия взята из объекта, который
находится в одной системе с отапливаемым объектом, что не позволяет
такое отношение назвать КПД.
Преимущества и недостатки
Преимуществам тепловых насосов:
экономичность,
возможность переключения с режима отопления зимой на
режим кондиционирования летом, надежен(его работой
управляет автоматика), особенностью системы является ее
сугубо индивидуальный характер для каждого потребителя,
теплонасос компактен и практически бесшумен.
К недостаткам тепловых насосов, используемых для
отопления, следует отнести большую стоимость
установленного оборудования.
Основными ограничительными факторами распространения тепловых
насосов в России являются:
1 приоритетная газификация во всех отраслях народного хозяйства и
низкая стоимость для потребителя природного газа;
2 практическое отсутствие современных научнотехнических разработок и
специализированного производства тепловых насосов на мировом
уровне;
3 отсутствие стимулирующих льгот со стороны государства;
4 недостаточная потребительская надежность и безопасность созданных
на базе холодильной техники и работающих в настоящее время тепловых
насосов, связанные с отсутствием сертифицирования производителей,
монтажных и пусконаладочных организаций, отсутствие страховки и
гарантий как части общего пакета услуг.