Тепловые насосы существуют с 1850-х годов и имеют более высокую эффективность, чем другие традиционные источники отопления, за счет отвода тепла в окружающую среду и из нее. Они используют электричество для выработки тепла более эффективно, чем другие виды отопления, такие как газовые, жидкотопливные и газовые котлы. Модернизация жилых и коммерческих зданий тепловыми насосами снижает потребление энергии и выбросы углерода и помогает достичь нулевого уровня выбросов.
Тепловые насосы становятся все более популярными в мире, который должен быстро сокращать выбросы углерода при одновременном снижении затрат на энергию. В зданиях они заменяют отопление помещений и подогрев воды, а в качестве бонуса обеспечивают охлаждение.
Существуют некоторые проблемы при популяризации тепловых насосов:
- Недостаток осведомленности. Немногие знают, что такое воздушные тепловые насосы, и многие имеют неправильное представление о том, как они работают и используются. Это необходимо будет преодолеть, чтобы увеличить количество установок.
- Фрагментированная цепочка поставок — нехватка квалифицированных и обученных монтажников тепловых насосов, но они жизненно важны для обеспечения быстрого развертывания тепловых насосов по всей стране.
- Высокие первоначальные инвестиции — по сравнению с газовыми котлами тепловые насосы стоят дороже, их установка занимает больше времени и часто требуется предварительная значительная модернизация.
- Перегрузка сети — доля электроэнергии, вырабатываемой из переменных, прерывистых возобновляемых источников энергии, значительно возрастает, а спрос на энергию и мощность сети увеличивается из-за развития таких технологий, как электромобили и тепловые насосы. Это приводит к проблемам балансировки и перегрузки в сети.
Гибкие тепловые насосы — это тепловые насосы в сочетании с накопителями тепловой энергии, которые можно использовать для обеспечения гибкости на стороне спроса.
Они позволяют снизить потребление электроэнергии тепловым насосом и сместить его, чтобы сбалансировать спрос и предложение. Таким образом, гибкие тепловые насосы могут использоваться для интеграции прерывистого производства электроэнергии из возобновляемых источников в сеть и решения проблем балансировки перегрузок, особенно зимой, и управления ежедневными пиковыми нагрузками.
Тепловые насосы также хороши для климата. Типичный тепловой насос, использующий электричество из сети, сократит выбросы примерно на четверть по сравнению с газом и на три четверти по сравнению с электрическим вентилятором или панельным обогревателем. Если высокоэффективный тепловой насос заменит неэффективное газовое отопление или будет работать в основном на солнечной энергии, сокращение может быть намного больше. Разрыв увеличивается по мере того, как возобновляемая электроэнергия с нулевым уровнем выбросов заменяет уголь и газ, а тепловые насосы становятся еще более эффективными.
Как работают тепловые насосы?
Имеющиеся сегодня тепловые насосы достигают КПД 300–600 %, то есть на каждую единицу потребляемой электроэнергии они производят от трех до шести единиц тепла. Тепловые насосы могут работать и в условиях замерзания.
Как это возможно, когда максимальный КПД традиционных электрических и газовых обогревателей составляет 100 %, а холодный воздух холодный?
Это не магия. Подумайте о своем холодильнике, который представляет собой небольшой тепловой насос. Внутри холодильника находится холодная панель, называемая испарителем. Он поглощает тепло от теплой пищи и других источников, потому что тепло естественным образом переходит от более теплого объекта к более холодному. Электродвигатель под холодильником приводит в действие компрессор, который концентрирует тепло до более высокой температуры, которое затем выбрасывается на вашу кухню. При этом стенки и задняя часть типичного холодильника нагреваются. Таким образом, ваш холодильник охлаждает еду, немного нагревая кухню.
Тепловой насос подчиняется законам термодинамики, которые теоретически позволяют ему работать с эффективностью от 200 % до более 1000 %. Но чем больше разница температур, тем менее эффективен тепловой насос.
Если тепловому насосу необходимо извлекать тепло из окружающей среды, как он может работать в холодную погоду? Помните, что ваш холодильник сохраняет холод в морозильной камере, одновременно отдавая тепло вашей кухне. Законы физики действуют. То, что мы воспринимаем как холодную температуру, на самом деле довольно жарко: все относительно.
В космическом пространстве температура близка к -273 ℃. Таким образом, температура 0 ℃ (при которой вода замерзает) или даже рекомендуемая температура морозильной камеры -18 ℃ на самом деле довольно высокая по сравнению с космическим пространством.
Основная проблема теплового насоса в «холодную» погоду заключается в том, что на его теплообменнике может образовываться лед, так как водяной пар в воздухе охлаждается и конденсируется, а затем замерзает. Этот лед блокирует воздушный поток, который обычно подает «горячий» воздух к тепловому насосу. Тепловые насосы могут быть спроектированы таким образом, чтобы свести к минимуму эту проблему.
Главными достоинствами тепловых насосов является то, что они экономичны в работе и могут работать в трех режимах — обогрева помещений, обеспечения горячего водоснабжения и кондиционирования, а также легки в эксплуатации и обслуживании.
Подводя итоги, хотелось бы отметить, что тепловые насосы в России востребованы широким кругом потребителей. Они могут использоваться крупными, средними, малыми предприятиями, а также частными лицами для отопления домов в качестве альтернативы газовым котлам или электрическим агрегатам. Это объясняется их надежностью и эффективностью при минимальных расходах на эксплуатацию.
Литература:
- Филенков В. М., Козина Л. Н. Бухонов Д. О. О перспективах использования тепловых насосов в регионах России. Вестник НГИЭИ. 2014. № 12 (43). С. 94–97.
- Давыдчев Р. А., Марков Ю. В., Козина Л. Н. В сб. Градостроительство, реконструкция и инженерное обеспечение устойчивого развития городов Поволжья, г. Тольятти, ТГУ, 2012 С. 191
- Поляков В. В., Скворцов Л. С. Насосы и вентиляторы: Учебник для вузов. М.: Стройиз-дат., 1990.
- Конов А. Ф. Обоснование принципа работы теплового насоса с максимальным отопительным коэффициентом. [Электронный ресурс]. URL: http://naukarus.com/obosnovanie-printsipa-raboty-teplovogo-nasosa-s-maksimalnymotopitelnym-koeffitsientom
- Гешкович, В. Ф. От централизованного теплоснабжения — к тепловым насосам. [Электронный ресурс]. URL: http://www.rosteplo.ru/Tech_stat/stat_ shablon.php?id=2811
