Тепло без топлива – есть такая технология.

Чтобы получить тепло -  необходимо сжечь топливо. Это известно всем. Именно это мы и делаем, чтобы обогреть свое жилище. Сжигаем газ, электричество, уголь, дрова, жидкое топливо. И все это дорожает и дорожает из года в год. Это потому, что запасы его не безграничны. Приходится разрабатывать новые месторождения и доставать уголь, нефть и газ из более глубоких скважин и шахт. Вот хорошо бы научиться получать тепло без топлива! Оказывается, технология такая есть. И она вполне реальна. Более того, с ней мы каждый день встречаемся в своем доме. И знаете где? В знакомом всем холодильнике! Вот он и является  самым наглядным примером  теплового насоса – устройства, которое производит тепло без топлива. И хоть с холодильником знаком каждый, далеко не все знают, что он кроме холода вырабатывает еще и тепло. Мы загружаем в холодильник продукты, чтобы охладить их до определенной температуры. А продукты во время их загрузки имеют температуру намного выше температуры внутри холодильника. Куда же девается тепло этих продуктов после их охлаждения? Давайте попробуем его поискать. А вот и оно – на задней стенке решетка теплая. И надо заметить – значительно теплее, чем любой из продуктов, который мы положили в холодильник. Это значит, что рассеянное тепло продуктов сконцентрировалось и перешло в трубчатый радиатор, а затем в воздушное пространство кухни. Точно, таким образом, работает тепловой насос. Только вместо продуктов источником рассеянного тепла может служить, например, земля, температура которой на определенной глубине всегда постоянная и составляет 7–80С. Или подземные воды. Или вода наземных водоемов. И даже воздух. Все имеет свою определенную температуру. Эти источники называют источниками низкого уровня температур. Назначение теплового насоса – превращение теплоты источников низкого уровня  температур в теплоту высокого уровня (70 – 750С).

Немного  истории.

Впервые процесс, используемый в тепловом насосе, теоретически описал в  1824 году ученый француз Карно. Этот процесс  получил название «цикл Карно». Позднее, в 1852  году,   на основе этой теории британцем Уильямом Томсоном был разработан сам тепловой насос известный, как «умножитель тепла».  Спроектировал и испытал первый тепловой насос в 1855 году инженер из Австрии Петер Риттер фон Риттингер.

Работа теплового насоса.

Чтобы понять принцип работы теплового насоса необходимо усвоить то, что при испарении жидкостей поглощается тепло, а при конденсации газообразных веществ – выделяется. Испарение же наиболее интенсивное при температурах близких к температуре кипения. Вода закипает в нормальных условиях при 1000С. А есть вещества, которые закипают при температуре гораздо ниже комнатной. Например, фреон, температура кипения которого +30С. Это значит, что при этой температуре он переходит из жидкого состояния в газообразное. А газ, в отличие от жидкостей, легко поддается  сжатию. И если его сжимать, то температура  может подниматься  до высоких показателей (+750С). Именно это важное свойство и является основным в работе теплового насоса. В землю на той глубине, на которой  температура ее всегда постоянная (+80С), укладываются коллекторы из труб, по которым циркулирует незамерзающая жидкость. Эта жидкость принимает температуру земли и через теплообменник отдает фреону, который циркулирует в контуре теплового насоса. Естественно, что при температуре +80С фреон перейдет в газообразное состояние. Компрессор сжимает этот газ,  от чего  тот нагревается  вплоть до температуры 750С. Это тепло через еще один теплообменник  он отдает в систему отопления. Затем, имея уже более низкую температуру, но все еще под тем, же высоким давлением он проходит через дроссель, после которого давление резко уменьшается. А, следовательно, резко падает и температура. Фреон снова становится жидкостью и отправляется в теплообменник, чтобы, получив тепло земли, стать газом и снова повторить прежний цикл.

Типы тепловых насосов.

Как было уже сказано выше, источниками тепла низкого уровня могут быть: земля, подземные воды, вода различных наземных водоемов и воздух. В зависимости от  этого, а также от вида  теплоносителя, который передает тепло теплового насоса  отапливаемому помещению, определяют тип теплового насоса. Если, например, источником тепла низкого уровня является земля, а теплоноситель – вода в системе водяного отопления, то тип теплового насоса определяется, как «грунт-вода». Аналогичным образом определяются типы насосов «грунт-воздух», «вода-вода», «вода-воздух», «воздух-вода» и «воздух-воздух». Тепловые насосы, используемые тепло земли еще называют геотермальными.  А те, которые используют в качестве низкотемпературного источника тепла воздух – воздушными насосами.

Преимущества и недостатки тепловых насосов.

Самым главным преимуществом тепловых насосов является то, что они не требуют никакого топлива.  А то количество электроэнергии, которое необходимо для работы компрессора, по стоимости в 5-6 раз меньше по сравнению со стоимостью отопления газом или электрической энергией. Применение тепловых насосов возможно там, где нет газовых сетей. Это экологически чистая технология производства тепла. Она  не пожароопасная  и не взрывоопасная. Для работы теплового насоса не нужна вентиляция. Возможно длительное использование тепловых насосов без капитальных ремонтов (до 25 лет).

К недостаткам тепловых насосов следует отнести пока еще высокую, по сравнению с другими видами отопления, стоимость оборудования, а также необходимость выполнения сложных  расчетов в каждом индивидуальном случае. Тепловые насосы невозможно также применить в отдельно взятой квартире многоквартирного жилого дома.

Цена вопроса.

Что и говорить, цена  тепловых насосов на сегодняшний день самый главный сдерживающий фактор широкого их применения. Она складывается из многих составляющих и может быть различной в каждом отдельном случае. Для того, чтобы отопление было эффективным, необходимо проводить тщательный  расчет теплового насоса. Также необходимо проводить исследование источников тепла низкого уровня. А это тоже немалые затраты. К тому же закладка в землю на большую глубину коллекторов или бурение скважин значительно увеличивают стоимость монтажа тепловых насосов. Поэтому самые дешевые тепловые насосы – воздушные, для которых эти работы производить не надо. В среднем же стоимость применения тепловых насосов для отопления  по данным различных компаний составляет от 600 до 1200 евро на 1 киловатт требуемой для отопления мощности. Стоимость же тепловых насосов различных производителей тоже находится в довольно широком ценовом диапазоне. Здесь все зависит от применяемых материалов,  конструкции, автоматизации процессов и многих других факторов.

Перспективы применения тепловых насосов.

Несомненно, что применение тепловых насосов имеет большое будущее. Это подтверждает мировая практика. Количество ежегодно устанавливаемых тепловых насосов непрерывно растет. Высокая  пока еще стоимость тепловых насосов все же окупается в течение нескольких лет работы. А затем они становятся источником  очень дешевой тепловой энергии на целые десятилетия. На сегодняшний день треть всей тепловой энергии в странах Скандинавии вырабатывается тепловыми насосами. В США   проектируют и устанавливают тепловые насосы в большинстве новых домов. В Германии государством  выделяются  даже дотации на их установку. В России внедрение тепловых насосов сдерживается широким использованием доступного и относительно недорогого газа. Но тенденция к увеличению количества устанавливаемых тепловых насосов все, же наблюдается. Ведь возобновляемые источники энергии – это тот потенциал, к которому человечество все равно когда-то обязательно придет.