Посібник з читання
Теплові насоси-це все лють в наші дні, особливо в Європі, де деякі країни працюють над забороною встановлення печей та котлів викопного палива на користь більш екологічних варіантів, включаючи енергоефективні теплові насоси.(Печі нагрівають повітря і розповсюджують його через труби по всьому будинку, в той час як котли нагрівають воду, щоб забезпечити гарячу воду або опалення пари.) Цього року уряд США почав пропонувати податкові пільги для встановлення теплових насосів, які, як правило, коштують дорожче, ніж традиційні печі але набагато ефективніші в довгостроковій перспективі.
У полі нових енергетичних транспортних засобів, оскільки ємність акумулятора обмежена, вона також спонукала промисловість звернутися до теплових насосів.Тож, можливо, настав час швидко дізнатися, що означають теплові насоси і що вони роблять.
Який найпоширеніший тип теплового насоса?
З огляду на недавнє кайф, ви можете здивуватися, дізнавшись, що ви вже використовуєтетепловий насос- У вас, мабуть, у вашому домі більше одного і більше одного у вашій машині.Ви просто не називаєте їх тепловими насосами: ви використовуєте терміни "холодильник" або "кондиціонер".
Насправді ці машини - це теплові насоси, а це означає, що вони переміщують тепло з відносно холодного місця до відносно гарячого місця.Тепло тече спонтанно від гарячого до холоду.Але якщо ви хочете перетворити його з холодного до гарячого, вам потрібно "накачати" його.Найкраща аналогія тут - це вода, яка протікає по пагорбі самостійно, але її потрібно накачати на пагорб.
Коли ви перекачуєте тепло, що міститься в якомусь холодному сховищі (повітря, вода тощо) до гарячого зберігання, холодне зберігання стає холоднішим, а гаряче зберігання стає гарячішим.Це насправді те, про що йдеться у вашому холодильнику або кондиціонер - він переміщує тепло з того місця, де його не потрібно десь, і вам байдуже, якщо ви витрачаєте трохи зайвого тепла.
Як зробити практичний чиллер з тепловим насосом?
Ключове розуміння, яке далоТеплові насоси Приїхав на початку 19 століття, коли ряд винахідників, включаючи Якова Перкінса, зрозумів, що вони можуть щось охолонути таким чином, не витрачаючи мінливі рідини, які випаровуються для досягнення охолодження.Замість того, щоб випускати ці парси в атмосферу, вони стверджували, що краще зібрати їх, конденсувати в рідину і повторно використовувати цю рідину як теплоносій.
Ось для чого призначені холодильники та кондиціонери.Вони випаровують рідкі холодоагенти і використовують холодну пару для поглинання тепла з внутрішньої сторони холодильника або автомобіля.Потім вони стискають газ, який конденсується назад у рідку форму.Ця рідина зараз гарячіша, ніж коли вона розпочалася, тому частина тепла, яку вона тримає, може легко (можливо, за допомогою вентилятора) втікати в навколишнє середовище - будь то на відкритому повітрі чи деінде на кухні.
Це сказало: Ви дуже знайомі з тепловими насосами;Просто ви продовжуєте посилатися на них як кондиціонери та холодильники.
Тепер давайте зробимо ще один експеримент з думкою.Якщо у вас є кондиціонер вікон, ви навіть можете зробити це як справжній експеримент.Встановити назад.Зробіть це в прохолодну, суху погоду.Що буде?
Як і ви очікували, воно видуває холодне повітря у ваш задній двір і випускає тепло у ваш будинок.Тож він все ще транспортує тепло, роблячи ваш будинок більш комфортним, нагріваючи його.Звичайно, воно охолоджує повітря зовні, але цей ефект стає мінімальним, коли ви не відежте від вікон.
Тепер у вас є тепловий насос для нагрівання вашого будинку.Це може бути не найкращимтепловий насос, але це спрацює.Більше того, коли приходить літо, ви також можете перевернути його догори дном і використовувати його як кондиціонер.
Звичайно, насправді цього не робіть.Якщо ви спробуєте, він, безсумнівно, не вдасться вперше дощ, а вода потрапляє в контролер.Натомість ви можете придбати собі комерційний тепловий насос "джерела повітря", який використовує той самий принцип для нагрівання вашого будинку.
Проблема, звичайно, полягає в тому, що горілка дорога, і ви швидко закінчитесь, щоб охолонути вино.Навіть якщо ви заміните горілку дешевшим втиранням спирту, ви незабаром будете скаржитися на витрати.
Деякі з цих пристроїв мають те, що називаються зворотними клапанами, які дозволяють одному пристрою виконувати подвійну роль: вони можуть перекачувати тепло ззовні всередині або зсередини, забезпечуючи як тепло, так і кондиціонер, як описано нижче.
Чому теплові насоси ефективніші, ніж електричні обігрівачі?
Теплові насоси є більш ефективними, ніж електричні нагрівачі, оскільки їм не потрібна електроенергія для отримання тепла.Електрика, яка використовуєтьсятепловий насосГенерує трохи тепла, але що ще важливіше, він накачує тепло ззовні у ваш будинок.Співвідношення тепла, що виділяється в будинок до енергії, що надсилається до електричного компресора, називається коефіцієнтом продуктивності або поліцейським.
Простий нагрівач електричного простору, який забезпечує все тепло, що утворюється електричним нагрівальним елементом, має поліцейський 1. З іншого боку, поліцейський теплового насоса може бути на порядок вище.
Однак поліцейський теплового насоса не є фіксованим значенням.Він обернено пропорційний різниці температур між двома резервуарами, в яких нагрівається тепло.Це означає, що якщо ви перекачуєте тепло з не надто холодного резервуару до не надто гарячої будівлі, поліцейський буде великим значенням, а це означає, що ваш тепловий насос дуже ефективний при використанні електроенергії.Але якщо ви намагаєтесь перекачувати тепло з надзвичайно холодного резервуару на вже теплу будівлю, значення поліцейського знижується, що означає, що ефективність страждає.
Результат полягає в тому, що ви інтуїтивно очікуєте: найкраще використовувати найтеплішу річ, яку ви можете знайти як резервуар на відкритому повітрі.
Теплові насоси джерела повітря, які використовують зовнішнє повітря як тепловий резервуар, є найгіршим варіантом у цьому плані, оскільки повітря на відкритому повітрі дуже холодно в зимовий сезон опалення.Ще кращими є теплові насоси ґрунтових джерел (також відомі як геотермальні теплові насоси), адже навіть взимку земля на середніх глибинах все ще досить тепла.
Яке найкраще джерело тепла для теплових насосів?
Проблема з джерелом земліТеплові насосиполягає в тому, що вам потрібен спосіб отримати доступ до цього похованого резервуару тепла.Якщо у вас є достатньо місця навколо вашого будинку, ви можете копати канави і поховати купу труб на розумній глибині, наприклад, на кілька метрів.Потім можна циркулювати рідину (як правило, суміш води та антифриз) через ці труби, щоб поглинати тепло з землі.Крім того, ви можете просвердлити глибокі отвори в землі і встановити труби вертикально в ці отвори.Все це стане дорогим.
Ще одна стратегія, доступна для кількох щасливчиків, - це витягнути тепло з сусіднього водойми, зануривши трубу у воду на певній глибині.Вони називаються тепловими насосами джерела води.Деякі теплові насоси використовують більш незвичну стратегію видобутку тепла з повітря, що залишає будівлю або з сонячної гарячої води.
У дуже холодному кліматі є сенс встановити тепловий насос наземного джерела, якщо це можливо.Це, мабуть, тому більшість теплових насосів у Швеції (яка має один з найвищих кількості теплових насосів на душу населення) цього типу.Але навіть у Швеції є великий відсоток теплових насосів повітряного джерела, що відповідає загальній претензії (принаймні, у Сполучених Штатах), що теплові насоси підходять лише для опалення будинків у м'якому кліматі.
Тож де б ви не були, якщо ви можете дозволити собі більші витрати наперед, наступного разу, коли ви зіткнетесь із рішенням про те, як нагріти свій будинок, подумайте про використання теплового насоса замість традиційної плитки або котла.
Час публікації: 19 жовтня 2023 р