Тепловые насосы

 В настоящее время в России словосочетание "тепловой насос" воспринимается с большой долей недоверия и непонимания. Как любое нововведение, этот альтернативный способ отопления внедряется с большим трудом. Однако, в нашей стране уже есть достаточно много счастливых обладателей данного чуда техники, от которых можно услышать восторженные отзывы. Попробуем разобраться, что же такое ТЕПЛОВОЙ НАСОС.

Новое - это хорошо забытое старое.

Как ни странно, тепловой насос - это не новинка, а хорошо известное и отработанное изделие. Ведь никого уже не удивляет домашний холодильник или кондиционер. А это, ведь, тоже тепловые насосы. Рассмотрим обычный холодильник как тепловой насос. У каждого холодильника есть морозильная камера. В эту камеру Вы кладете, скажем, курицу. У этой курицы температура, допустим, 15 град.С. Для того, чтобы охладить эту курицу до температуры -10град.С, нужно отобрать от нее определенное количество тепла. Это тепло не пропадет в никуда (закон сохранения энергии никто не отменял), а выделится на задней стенке холодильника. При этом, температура задней стенки поднимется до 50-60 град.С. Вот и получается, что холодильник переместил тепло от курицы к задней стенке (эта стенка называется "конденсатор"). При этом, на перемещение этого тепла затрачивалась некоторая дополнительная энергия (электроэнергия на работу компрессора). Количество тепла на задней стенке равно количеству тепла, перемещенного от курицы, плюс количество тепла, пропорциональное затраченной электроэнергии.
Но пойдем дальше. Допустим, мы откроем дверцу холодильника и будем поливать морозильную камеру (вернее "испаритель" - трубочки, по которым течет фреон) проточной водой. При достаточно большом потоке воды, она не будет успевать замерзать и будет просто вытекать из морозильной камеры. Но при этом, температура вытекающей воды будет ниже, чем температура подаваемой (естественно, ведь вода соприкасалась с холодными трубкам, заполненными фреоном).
Таким образом, холодильник будет отбирать от воды некоторое количество тепла. И куда же будет деваться это тепло? По аналогии с курицей мы знаем, что данное тепло будет выделяться на задней стенке холодильника.

Тепловой насос, как источник отопления.

Пойдем дальше. Если мы будем поливать заднюю стенку холодильника водой, то эта вода будет нагреваться. Соответственно, нагретую воду можно направить в систему отопления. Но как эту воду собрать?
Вот здесь нам приходит на помощь замечательное устройство - теплообменник. Представьте себе металлическую пластину, с одной стороны которой будет находится холодное вещество, а с другой стороны - горячее. Что будет происходить? Правильно - передача тепла от горячего вещества к холодному. Модернизируем немного конструкцию. Возьмем бак с двумя трубками, через которые будем прокачивать воду. В этот бак поместим спираль из медной трубки, которую подключим к нашему холодильнику вместо той конструкции, что расположена на задней стенке. Нагреваясь, эта спираль будет предавать тепло к воде, протекающей через бак. Вода будет нагреваться и, протекая через батареи, отапливать дом. Справедливости ради, надо сказать, что мощности компрессора холодильника не хватит для отопления даже маленького дома. Но для этой цели есть специальные компрессора, подобные тем, что устанавливаются в кондиционерах.
А что же делать с холодной водой для морозилки? - скажете вы. Естественно, построить такой же теплообменник. Вот мы и получили простейший тепловой насос.

Источники тепла для теплового насоса.

В нашем эксперименте мы не заостряли внимания, откуда брать холодную воду для морозилки и куда девать эту воду после охлаждения. Рассмотрим пути решения этой задачи

	Водоем. Если поблизости есть непромерзающий водоем (например, река), то можно закачивать воду со дна (ее температура будет зимой примерно +4град.С), охлаждать ее (например, до температуры +2град.С) и сбрасывать ниже по течению. А если у Вас поблизости есть сброс теплых стоков ТЭЦ, то считайте Вам повезло. Температура забираемой воды может быть даже выше +10 град.С. В этом случае эффективность работы теплового насоса будет очень высокой.
	Скважина. Скважина зимой не промерзает и может выдавать воду температурой 5-10град.С. Естественно, все зависит от геологической обстановки и конструкции скважины. Сбрасывать охлажденную воду можно либо в близлежащий водоем, либо в такую же скважину, расположенную на некотором расстоянии (обычно метров 15-20) от заборной.
	Грунт. Как ни странно, грунт тоже может быть источником тепла. За летние месяцы земля достаточно сильно прогревается. К тому же, грунтовые воды питаются теплыми дождями и талой водой. Если в земле (ниже глубины промерзания) закопать систему труб и пустить по ним воду (на практике, для этой цели используют низкозамерзающую жидкость), то проходя по трубам эта жидкость будет нагреваться и давать достаточное количества тепла для нашего теплового насоса.
	Воздух. Воздух тоже может служить источником тепа для теплового насоса. Давайте вспомним про бытовую сплит систему. В режиме кондиционирования, отбирается тепло от воздуха в комнате и передается в уличный блок. В режиме обогрева, тепло от уличного воздуха передается в комнату. Справедливости ради, надо сказать, что воздух можно использовать в качестве источника тепла теплового насоса при достаточно высоких температурах. При температурах ниже -5град.С эффективность такой системы начинает резко падать. Однако, есть современные наработки и в этом направлении.

Экономическая целесообразность теплового насоса.

А какой во всем этом смысл?- спросите Вы. Не проще ли использовать обычный электрический нагреватель? Давайте посчитаем.
Допустим, у Вас есть небольшой домик, для отопления которого в зимний период необходимо 10кВт тепла в час. Если Вы будете использовать для этой цели электрический котел, то потратите те же самые 10кВт электроэнергии. Допустим, 1 киловатт электроэнергии стоит 2 рубля 40 копеек. Тогда один час отопления Вам будет обходиться в 24 рубля. Еще, следует обратить внимание на цифру 10кВт. Далеко не в каждый дом имеется возможность подвести такую электрическую мощность.
Возьмем тепловой насос с КПД (для тепловых насосов этот параметр называется COP), равным 4. Это значит, что на один киловатт потраченной электроэнергии, этот насос добудет из воды (земли или воздуха) еще 3 киловатта тепла. Таким образом, затратив 1 кВт электроэнергии, Вы получите тепла в 4 раза больше. Соответственно, себестоимость отопления одного часа будет не 24 рубля а только 6. И мощность, которую необходимо подвести к дому, составит менее 2 кВт.
А зачем мне все это,- скажите Вы. Буду топиться дровами или углем. Возможно, это и выход. Дровами, вообще получится бесплатно, если их нарубить в ближайшем лесу. Но давайте правильно считать деньги? Сколько стоит Ваш рабочий день? Сколько дней надо потратить на заготовку дров на зиму? Сколько времени надо потратить на обслуживание котла (закладка дров, чистка золы и т.д.). К этому добавьте безопасность (все-таки, огонь) и невозможность надолго отъехать от дома (кто-то топить то должен). Уже подсчитано, если покупать дрова или уголь, то себестоимость такого способа отопления (без учета зарплаты истопника) составляет от 7 до 10 рублей за 10 киловатт тепла.
Ну ладно, а как же газ? Магистральный газ - это хорошо. До поры до времени. На сегодняшний момент, себестоимость отопления магистральным газом в Москве составляет, примерно 40 копеек за киловатт тепла (или 4 рубля за наши 10 киловатт). Однако, скажем в Риге, эта цифра уже более 30 рублей за 10кВт. Как Вы считаете, заставят ли нас в Москве экономить газ? Себестоимость же отопления баллонным газом приближается к себестоимости отопления электричеством (с учетом того, что эти баллоны надо таскать).
А солярка? Солярка тоже недешевый (и, к тому же, вонючий) вид топлива. Примерная себестоимость 10 кВт тепла при отоплении соляркой составляет 20 рублей.

Как видите, отопление тепловым насосом является достаточно выгодным решением. А добавьте к этому возможность двухтарифного счетчика. Ведь основное время работы теплового насоса - это ночью. В этом ключе, себестоимость отопления тепловым насосом приближается к себестоимости отопления магистральным газом, а возможно и опережает газ.