Тепловые насосы — технология, которая «обманула» законы физики

ryrxx3sccd8xr1jr87k7

Издревле люди использовали для обогрева энергию, которая выделялась из отопительного оборудования при сгорании топлива или выработке тепла электрическими генераторами. Долгое время они не могли улучшить производительность в приборах, предназначенных для повышения температуры. При всех усилиях невозможно добиться производства энергии, которое было бы больше затраченной. Коэффициент полезного действия любой системы меньше 1. Это обусловлено законом сохранения энергии.

Всё изменилось, когда появились тепловые насосы. Они позволяют получить больше тепла, чем используют для работы. Их условный КПД превышает единицу. Но при этом тепловые насосы не нарушают основные законы физики: при затратах в 1 кВт энергии устройство отдаёт потребителю до 4 кВт тепла. Получается КПД больше единицы в несколько раз? Но этого не может быть. Поэтому и используется понятие «условный». На самом деле тепловые насосы не нарушают закон сохранения энергии. Всё дело в её источнике.

Принцип работы теплового насоса

Теплота — это передача энергии движения элементов вещества: молекул, атомов, частиц. В воздухе, земле, воде множество структурных компонентов, которые постоянно двигаются и являются источником низкопотенциального тепла. И вот однажды инженеры задумались. Что если придумать систему, которая могла бы отбирать тепло из окружающей среды и передавать её в отопительные приборы? Так же, как с помощью насосов, вода из естественных водоёмов передаётся в квартиры. Тепло берётся в одном месте и переносится в другое. При этом устройство потребляет только энергию, необходимую для переноса, остальное получает из окружающей среды. Машина затрачивает 1 кВт, отдаёт 4, но законы физики не нарушаются. Тепловой насос не производит тепло, он просто его переносит из внешней среды внутрь помещения.

История изобретения

Впервые тепловой насос был спроектирован и установлен ещё в 1855 году, но для использования в мировых масштабах он не подходил. Технология была сложной и дорогостоящей. Всё изменилось благодаря Роберту Веберу, который проводил эксперименты с морозильной камерой. Во время своих изысканий он прикоснулся к трубе на выходе и почувствовал жар, исходящий от неё. У людей уже была недорогая технология по переносу тепла, но её использовали для охлаждения воздуха в ограниченном пространстве.

Читайте также:  Котел, радиаторы и трубы – из чего состоит цена на автономное отопление?

Вебер решил передать избыток тепла от морозильной камеры в бак, чтобы нагревать воду. Затея удалась. В итоге изобретатель снабдил семью горячей водой. Впоследствии он усовершенствовал своё устройство и начал использовать его для обогрева помещений. Потом у него появилась идея, что можно отвязать его обогревающую установку от холодильника и выкачивать тепло прямо из окружающей среды — из грунта, температура, которого практически не меняется на протяжении года. Так появился первый тепловой насос.

Тепловые насосы в наши дни

Дальнейшая разработка технологии позволила получать тепло не только из земли, но и из воды и воздуха. Тепловые насосы обладают целым рядом преимуществ перед традиционными устройствами, использующимися для обогрева:

  • экономичность — никакой электронагреватель не даст больше 1 кВт тепла на один затраченный кВт. Топливо для печей имеет более низкий КПД, так как есть теплопотери через дымоход;
  • безопасность — теплонасосы не взрываются, не выделяют в помещение токсичных веществ;
  • надёжность — герметичный корпус даёт возможность использовать оборудование в течение десятков лет;
  • универсальность — с помощью теплового воздуха можно отапливать и охлаждать помещение, нагревать воду.

Единственный недостаток — это цена установок и стоимость их подключения, она пока выше, чем у отопительных и кондиционирующих систем других типов. Но производительность тепловых насосов позволяет довольно быстро компенсировать затраты на их установку.