Руководство по чтению
Тепловые насосы сейчас в моде, особенно в Европе, где некоторые страны работают над запретом установки печей и котлов, работающих на ископаемом топливе, в пользу более экологически чистых вариантов, включая энергоэффективные тепловые насосы.(Печи нагревают воздух и распределяют его по трубам по всему дому, а котлы нагревают воду для горячего водоснабжения или парового отопления.) В этом году правительство США начало предлагать налоговые льготы для установки тепловых насосов, которые, как правило, стоят дороже, чем традиционные печи. но они гораздо более эффективны в долгосрочной перспективе.
В области транспортных средств на новой энергии, поскольку емкость аккумуляторов ограничена, это также побудило промышленность обратиться к тепловым насосам.Так что, возможно, пришло время быстро узнать, что такое тепловые насосы и что они делают.
Какой тип теплового насоса наиболее распространен?
Учитывая недавнюю шумиху, вы можете быть удивлены, узнав, что вы уже используетеТепловой насос- Вероятно, у вас их больше одного дома и больше одного в вашей машине.Вы просто не называете их тепловыми насосами: вы используете термины «холодильник» или «кондиционер».
Фактически, эти машины представляют собой тепловые насосы, а это означает, что они перемещают тепло из относительно холодного места в относительно горячее.Тепло самопроизвольно перетекает от горячего к холодному.Но если вы хотите превратить его из холодного в горячий, его нужно «прокачать».Лучшая аналогия здесь — вода, которая сама стекает с холма, но ее нужно перекачивать наверх.
Когда вы перекачиваете тепло, содержащееся в каком-либо холодном хранилище (воздухе, воде и т. д.), в горячее хранилище, холодное хранилище становится холоднее, а горячее хранилище становится горячее.На самом деле в этом вся суть вашего холодильника или кондиционера — он перемещает тепло оттуда, где оно не нужно, в другое место, и вас не волнует, потратите ли вы немного лишнего тепла.
Как сделать практичный чиллер с тепловым насосом?
Ключевое понимание, которое привелотепловые насосы появился в начале 19-го века, когда ряд изобретателей, в том числе Джейкоб Перкинс, поняли, что можно охладить что-то таким образом, не тратя впустую летучие жидкости, которые испарялись для достижения охлаждения.Они утверждали, что вместо того, чтобы выбрасывать эти пары в атмосферу, было бы лучше собрать их, конденсировать в жидкость и повторно использовать эту жидкость в качестве охлаждающей жидкости.
Для этого существуют холодильники и кондиционеры.Они испаряют жидкие хладагенты и используют холодный пар для поглощения тепла изнутри холодильника или автомобиля.Затем они сжимают газ, который снова конденсируется в жидкую форму.Эта жидкость теперь горячее, чем когда она была запущена, поэтому часть удерживаемого ею тепла может легко (возможно, с помощью вентилятора) перетечь в окружающую среду — на улицу или в другое место на кухне.
Тем не менее: вы хорошо знакомы с тепловыми насосами;Просто вы продолжаете называть их кондиционерами и холодильниками.
Теперь давайте проведем еще один мысленный эксперимент.Если у вас есть оконный кондиционер, вы даже можете проделать это в качестве настоящего эксперимента.Установите задом наперед.То есть установить его элементы управления за окном.Делайте это в прохладную и сухую погоду.Что должно случиться?
Как и следовало ожидать, он нагнетает холодный воздух на ваш задний двор и выделяет тепло в ваш дом.Таким образом, он по-прежнему передает тепло, делая ваш дом более комфортным за счет обогрева.Конечно, он охлаждает воздух снаружи, но этот эффект становится минимальным, когда вы находитесь вдали от Windows.
Теперь у вас есть тепловой насос для обогрева вашего дома.Возможно, это не лучший вариантТепловой насос, но это сработает.Более того, когда наступит лето, вы также сможете перевернуть его и использовать в качестве кондиционера.
Конечно, на самом деле не делайте этого.Если вы попробуете, он, несомненно, потерпит неудачу в первый раз, когда пойдет дождь и вода попадет в контроллер.Вместо этого вы можете купить себе коммерческий тепловой насос с воздушным источником, который использует тот же принцип для обогрева вашего дома.
Проблема, конечно, в том, что водка дорогая, и для охлаждения вина она быстро закончится.Даже если вы замените водку более дешевым медицинским спиртом, вы скоро будете жаловаться на расходы.
Некоторые из этих устройств имеют так называемые реверсивные клапаны, которые позволяют одному и тому же устройству выполнять двойную роль: они могут перекачивать тепло снаружи внутрь или изнутри наружу, обеспечивая как тепло, так и кондиционирование воздуха, как описано ниже.
Почему тепловые насосы более эффективны, чем электрические обогреватели?
Тепловые насосы более эффективны, чем электрические обогреватели, поскольку для выработки тепла им не требуется электричество.Электричество, используемоеТепловой насосдействительно генерирует некоторое количество тепла, но, что более важно, он перекачивает тепло снаружи в ваш дом.Отношение тепла, выделяемого в дом, к энергии, передаваемой электрическому компрессору, называется коэффициентом производительности или COP.
Простой электрический обогреватель, обеспечивающий все тепло, вырабатываемое электрическим нагревательным элементом, имеет КПД, равный 1. С другой стороны, КПД теплового насоса может быть на порядок выше.
Однако КПД теплового насоса не является фиксированной величиной.Она обратно пропорциональна разнице температур между двумя резервуарами, в которые перекачивается тепло.Тем не менее, если вы перекачиваете тепло из не слишком холодного резервуара в не слишком жаркое здание, коэффициент COP будет большим значением, а это означает, что ваш тепловой насос очень эффективно использует электроэнергию.Но если попытаться перекачать тепло из чрезвычайно холодного резервуара в уже теплое здание, значение COP снижается, а значит, страдает эффективность.
Результат — то, что вы интуитивно ожидаете: лучше всего использовать самую теплую вещь, которую вы можете найти, в качестве наружного резервуара для тепла.
Воздушные тепловые насосы, использующие наружный воздух в качестве резервуара тепла, являются худшим вариантом в этом отношении, поскольку в зимний отопительный сезон наружный воздух очень холодный.Еще лучше — геотермальные тепловые насосы (также известные как геотермальные тепловые насосы), потому что даже зимой земля на средних глубинах все еще достаточно теплая.
Какой источник тепла для тепловых насосов является лучшим?
Проблема с источником землитепловые насосызаключается в том, что вам нужен способ получить доступ к этому скрытому резервуару тепла.Если вокруг вашего дома достаточно места, вы можете выкопать канавы и закопать связку труб на разумной глубине, например, на несколько метров.Затем вы можете циркулировать по этим трубам жидкость (обычно смесь воды и антифриза) для поглощения тепла из земли.Как вариант, можно просверлить в земле глубокие ямы и установить в эти отверстия трубы вертикально.Однако все это будет стоить дорого.
Еще одна стратегия, доступная немногим счастливчикам, — это извлечь тепло из близлежащего водоема, погрузив трубу в воду на определенную глубину.Их называют водяными тепловыми насосами.Некоторые тепловые насосы используют более необычную стратегию извлечения тепла из воздуха, выходящего из здания, или из солнечной горячей воды.
В очень холодном климате имеет смысл по возможности установить геотермальный тепловой насос.Вероятно, именно поэтому большинство тепловых насосов в Швеции (где количество тепловых насосов одно из самых высоких на душу населения) относятся к этому типу.Но даже в Швеции имеется большой процент воздушных тепловых насосов, что противоречит распространенному утверждению (по крайней мере, в США), что тепловые насосы подходят только для отопления домов в мягком климате.
Поэтому, где бы вы ни находились, если вы можете позволить себе более высокие первоначальные затраты, в следующий раз, когда вам придется принять решение о том, как отопить свой дом, рассмотрите возможность использования теплового насоса вместо традиционной печи или котла.
Время публикации: 19 октября 2023 г.