Чукотский холодильник: технологии сегодняшнего дня
- Аппаратура современных тепловых насосов не требует отдельных помещений, поскольку не применяет горючее, не имеет выброса и трудится практически очень тихо. Сам насос, и накопительный бак для подогрева воды смогут размещаться на кухне либо в коридоре, не портя вид жилища
Жажда тепла В случае если для нашей страны тепловые насосы все еще остаются экзотикой, то в развитых государствах Европы, Азии и Америки они уже заняли собственный заметное место в национальных энергетических совокупностях.
- К примеру, в Японии приблизительно 90% домохозяйств оборудованы тепловыми насосами. В Швеции желающие поставить тепловой насос приобретают субсидию от страны, в следствии чего в стране действует уже около полумиллиона аналогичных устройств, каковые отапливают как конторы, так и жилые помещения.
- Принятый сейчас шведский строительный кодекс предписывает оснащать все новые строения идеальной теплоизоляцией, а в совокупности вентиляции встраивать тепловые насосы для отбора тепла из воздушных выбросов.
Тепло из воздуха В тепловых насосах совокупности «воздух-вода» внешний контур включает в себя вот такую заборную колонку. Всасываясь в нее, воздушное пространство отправляется на встречу с теплообменником
- Взор в будущее Необходимость понижения уровня вредных выбросов в воздух требует внедрения и создания целого комплекса энергопроизводящих и энергосберегающих разработок, и теплонасосы являются только одним из его элементов. Так как все добытое тепло нужно сохранить и весьма рационально применять. Для данной цели идеально подходят новейшие технологии теплоизоляции, и низкотемпературные совокупности отопления.
- В совершенстве дом будущего сможет стать полностью энергетически независимым, приобретая энергию из возобновляемых источников (геотермальное тепло, солнечное излучение, ветер).
В известном смешном рассказе обитатель Крайнего Севера берёт себе холодильник, чтобы залезать в него и греться, — так как на улице неизменно трескучий холод, а в холодильной камеры «плюс пять, но!». Шутки шутками, но применять холодильник для отопления — не такая уж несусветная глупость.
Достаточно только отвлечься от житейских стереотипов и осознать, что холодильник по сути собственной — это не столько устройство по «созданию холода», какое количество машина для переноса тепла из одного места в второе. В холодильника помещен испаритель (камера расширения), в котором хладагент — жидкость с низкой температурой кипения — переходит в газообразное состояние, забирая наряду с этим тепло из окружающего пространства.
Компрессором газ перекачивается в конденсатор (он размещен снаружи холодильника) и в том месте сжимается. При сжатии хладагент снова переходит в жидкое состояние, отдавая, выбрасывая наружу тепло, отобранное в холодильника. После этого цикл повторяется.
Из всего этого направляться, что устройство, созданное на принципе холодильника, в полной мере может забрать для нас тепло в том месте, где оно никому не требуется, и переместить его в том направлении, где оно необходимо всем. Другими словами сыграть роль отопителя. Таковой отопитель именуется тепловым насосом, и, не смотря на то, что великий британский физик лорд Кельвин изобрел его еще в первой половине 50-ых годов девятнадцатого века, только сейчас это уникальное устройство начало рассматриваться в качестве высокоэкологичного и фактически неисчерпаемого поставщика энергии.
Необычная изюминка теплового насоса в том, что он может играть роль «умножителя», другими словами применять для обогрева помещений источники низкопотенциального тепла. Иными словами, насос забирает тепло в таких средах, каковые в отечественном представлении никак с большой температурой не ассоциируются. Источниками низкопотенциального тепла могут служить грунт, грунтовые воды, вода рек и озёр (а также покрытых льдом), и воздушное пространство.
Копать и бурить
Поясним принцип действия теплового насоса на примере одного из самых распространенных его типов: «грунт-вода». Масса, у которой насос заберет низкопотенциальное тепло, должна быть намного больше массы, которая в следствии будет обогрета. Исходя из этого в случае если источником энергии для нас станет грунт, то нужно будет начать достаточно масштабные землеройные либо кроме того бурильные работы.
В почву зарывают первый контур теплонасоса — он является замкнутую совокупность полиэтиленовых труб, в которых циркулирует теплоноситель — рассол. Рассолом в этом случае именуют смесь воды и антифриза (к примеру, этиленгликоля), так как для функционирования теплонасоса кроме того при низких температурах воздуха требуется, дабы точка замерзания теплоносителя была ниже нуля.
Первый контур теплонасоса совокупности «грунт-вода» может иметь вид как грунтового коллектора, так и грунтового зонда. Грунтовый коллектор требует громадного участка — для обогрева коттеджа может потребоваться площадь в пара сотен квадратных метров.
Грунтовый коллектор, имеющий вид змеевика, закапывается горизонтально на глубину приблизительно 1,5 м. Грунтовый зонд похож на очень сильно вытянутую латинскую букву «U» и погружается в намерено пробуренную скважину в большинстве случаев глубиной до 120 м. И коллектор, и зонд соединяются с аппаратом, что установлен в обогреваемого строения. В том месте находится внутренний контур теплового насоса, другими словами тот самый холодильник напротив.
Перегоняясь (циркуляционным насосом) в коллектора либо зонда, рассол нагревается от грунта на пара градусов, а после этого попадает в теплообменник, что есть частью внутреннего контура и является испарителем. Во внутреннем контуре циркулирует хладагент с низкой точкой кипения. Температура теплоносителя достаточна, дабы хладагент вскипел и, перейдя в газообразное состояние, забрал тепло у рассола, снова охладив его.
Теплоноситель снова устремляется в глубь почвы, дабы подогреться от грунта. А во внутреннем контуре компрессор закачивает газообразный хладагент в конденсатор, и тот, сжимаясь, отдает собранное тепло. Через совокупность теплообмена энергия передается отопительному контуру.
Нагретая в нем жидкость употребляется для отопления либо изготовление тёплой воды.
Кипяток не нужен
Главным для оценки эффективности насоса есть коэффициент преобразования энергии, именуемый кроме этого отопительным коэффициентом (время от времени его некорректно именуют КПД теплового насоса, не смотря на то, что это терминологически неверно). Данный коэффициент вычисляется как отношение отдаваемой тепловой мощности к потребляемой насосом электрической мощности.
Очевидно, тепло, поставляемое насосом, не безвозмездно, потому что устройство потребляет электричество для работы компрессора и двух циркуляционных насосов во внешнем и отопительном контурах. Фокус, но, в том, что энергия, израсходованная на работу насоса, многократно меньше энергии, доставленной насосом в отопительный контур в виде тепла. Но никакого нарушения законов термодинамики тут нет и в помине.
Отыщем в памяти, что тепловой насос не столько формирует тепло, сколько переносит его с места на место. Как раз исходя из этого отопительный коэффициент нельзя называть КПД, а тепловой насос — воплощением грезы о вечном двигателе. Не смотря на то, что в случае если учесть, что источник низкопотенциального тепла фактически неисчерпаем, то возможно заявить, что изобретение лорда Кельвина все же находится от данной несбыточной грезы где-то поблизости.
Отопительный коэффициент вычисляется раздельно для так называемых рабочих точек, обозначаемых по модели вида B0W35, где B — это рассол (от англ. brine), 0 — температура рассола 0 °C, W — вода в отопительном контуре (от англ. water) и 35 — температура данной воды в градусах Цельсия. Для таковой рабочей точки отопительный коэффициент настоящего теплового насоса будет равен приблизительно 4−5 — в противном случае говоря, мы возьмём в виде тепла энергии на 300−400% больше, чем затратим. Для рабочей точки B0W55 (рассол — 0 °C; вода, нагретая до +55°С) отопительный коэффициент окажется меньшим и составит порядка 2,5−3,1. (Теоретический отопительный коэффициент вычисляется как отношение температуры отопительного контура к отличию температур между отопительным и внешним контуром, настоящий неизменно немного меньше.)
Вода, температура которой ниже температуры людской тела, может показаться недостаточной для потребностей отопления, но в действительности во многих государствах мира, к примеру в Германии, принят как раз таковой стандарт для обогрева помещений, а тепловые насосы, подогревающие отопительный контур до +55°С, используются уже для изготовление тёплой воды.
Секрет в том, что качественного отопления помещения посредством теплового насоса возможно добиться, только всецело переоборудовав совокупность отопления с учетом самых современных энергосберегающих разработок.
Во-первых, нужна отличная теплоизоляция помещения, исключающая мельчайшие утечки тепла. Во-вторых, температуры +35°C в отопительной совокупности окажется достаточно, в случае если использовать так именуемое лучистое, либо инфракрасное, отопление. К таким совокупностям относятся утепленные полы, и излучающие тепло стенные и потолочные панели.
Из всего сообщённого направляться, что «вод» и дешёвая энергия недр обходится пока не столь дешево. установка и Покупка теплового насоса для обогрева дома стоит сейчас 30−50 тысяч. Действительно, производители утверждают, что через 5−8 лет эксплуатации тепловой насос будет удачнее дизельного либо газового котла за счет несравнимо меньших эксплуатационных затрат.
К тому же продавцы и производители верят, что с ростом заказов на тепловые насосы цена на установку и оборудование будет быстро падать. Быть может, и государство со временем сможет предложить некие льготы тем, кто решился перейти на более экологичные виды получения энергии. на данный момент подобная практика существует в ряде европейских.
Мы благодарим представителя компании Zehnder GmbH Ольгу Третьякову за помощь при подготовке данного материала
Тепловые насосы
- Зонд против коллектора
Совокупность «вода-вода»
Совокупность «воздух-вода»
Спору нет, бурильные работы сложнее простых землеройных, требуют разрешений и специального оборудования. Но у зондов перед коллекторами имеется два серьёзных преимущества. Во-первых, уже на глубине около двадцати метров возможно отбирать тепло, которое приходит из центра Почвы, тогда как ближе к поверхности доступна только энергия, полученная от прогрева земли лучами солнца. Ну а во-вторых, не следует забывать, что тепловой насос — это все-таки холодильник напротив.
Появление на глубине всего 1,5 м сильного источника охлаждения может нанести вред растительности на участке рядом с домом. Особенно это относится растений с глубокой корневой совокупностью. Считается, что зарытое в почву геотермальное оборудование может служить многим поколениям — срок его эксплуатации оценивается производителями в 100−150 лет.
Очевидно, внутренний контур теплового насоса не столь долговечен — его компрессор потребует замены через четверть века.
Тепловой насос совокупности «грунт-вода» вернее было бы именовать «рассол-вода». Дело в том, что коллектор из полиэтиленовых труб в принципе возможно погружать не только в почву, но и, к примеру, в водоем, дабы тем же самым методом отбирать тепло у воды. А вот тепловой насос совокупности «вода-вода» трудится пара в противном случае: он не имеет замкнутого внешнего контура.
Такое устройство может, к примеру, откачивать грунтовую воду из одной скважины и сбрасывать ее в другую. Еще один вариант — забирать воду выше по течению реки, а сбрасывать ниже по течению. Совокупность «вода-вода» предъявляет повышенные требования к качеству применяемой воды.
В случае если в воде большое количество ила либо минеральных примесей, тепловой насос может скоро засориться и выйти из строя.
Совокупность «воздух-вода» забирает тепло из воздуха, всасываемого с улицы, но в государствах с холодным климатом наподобие России теплонасосы для того чтобы вида не весьма действенны, за исключением южных районов страны, тогда как устройства совокупности «грунт-вода» способны обеспечить теплом кроме того жилища, расположенные в Сибири. Занимательная изюминка многих моделей теплонасосов — их свойство трудиться в реверсивном режиме.
Это значит, что в жаркую погоду насос сможет забирать тепло из дома и отдавать его грунту, воде либо воздуху. Теплонасосы пригодны не только для отопления жилых домов, но и для обогрева громадных производственных помещений. К примеру, в Петербурге существует склад предприятия по утилизации отходов (площадь 420 м2), что отапливается посредством девяти грунтовых зондов глубиной 124 м.
Статья размещена в издании «Популярная механика» (№70, август 2008).
<
h4>