Использование холодильных машин для систем отопления

Байкасымов А.Ж.

Казахская головная архитектурно-строительная академия, город Алматы, Республика Казахстан

В статье рассматриваются новые технологии по использованию холодильных машин для систем отопления.

Как известно, около 70% пространства земного шара занято водой. Природа дарит человеку колоссальные запасы тепловой энергии, нагревая водные источники до разных температур. Однако чаще всего люди не в состоянии использовать это дареное, «бросовое» тепло, потому что оно «холодное».

Источником тепла может быть воздух, скалистая порода, земля, вода и даже снег. Мало того, это постоянно происходит повсюду, где есть самый обыкновенный домашний холодильник. Ведь теплота, отнимаемая от охлаждаемых продуктов, теплота конденсации и теплота замерзания влаги, т. е. теплота образования снега и его охлаждения, выделяется из холодильника и обогревает комнату. В этом легко убедиться, приложив руку к задней стенке холодильника: она всегда теплая.

Холодильная машина может с успехом служить и для отопления. Вместо того, чтобы прямо расходовать электроэнергию на электрические печи, обогревающие дом, может лучше ее использовать для приведения в действие холодильного цикла и отапливать с ее помощью дом снегом? Докажем, что это вполне возможно.

Пусть температура снега на улице -3°С (предположим, что зима теплая, сущность вопроса это не изменит, а расчет упростит; можно снег заменить холодной водой из реки или хоть даже из Ледовитого океана - будет еще выгоднее). Температуру отопительных приборов в здании установим 27° С. Разность между обеими температурами равна 30° С. Абсолютная температура нагревателя 27 + 273 = 300 К. КПД тепловой машины, работающей между такими близкими температурными пределами, очень мал - всего только 0,1. (КПД=30/300=0,1). Это значит, что если мы захотим получать в такой машине работу, то из каждых 10 Дж тепла, полученных от нагревателя, в самом лучшем случае мы можем превратить в работу только 1 Дж.

Но если мы заставим ту же машину работать в обратном направлении, то, затратив работу, эквивалентную только 1 Дж, сможем передать нагревателю (печке) целых 10 Дж, из которых 9 Дж будут получены от холодильника (снега). Чем не подлинное отопление снегом?

Рассмотрим как же работает тепловой насос:

1. Теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному, например, в землю нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.

2. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом. Хладагент, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газ. Это происходит при низком давлении и низкой температуре.

3. Из испарителя газообразный хладагент попадает, в компрессор, где он сжимается, его температура повышается.

4. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник (конденсатор). В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.

5. При прохождении хладагента через редукционный клапан - давление понижается, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.

Тепловые насосы используются в холодное время года для отопления помещения, а в теплое время года их используют для охлаждения воздуха в доме. Принцип работы такого насоса при охлаждении помещения такой же, как и при отоплении. Только тепло в этом случае забирается из воздуха в помещении и отдается земле или водоему.

В данном случае принцип работы теплового насоса практически полностью совпадает с принципом работы холодильника.

Вообщем тепловой насос - это просто другое название холодильника, который представляет собой машину Карно, работающую в обратном направлении. Холодильник перекачивает тепло из охлаждаемого объема в окружающий воздух. Если поместить холодильник на улице, то, извлекая тепло из наружного воздуха и передавая его во внутрь дома, то можно таким нехитрым способом обогревать помещение.

Как бы было хорошо если бы существовала система, которая объединяла в себе персональную котельную, кондиционеры, систему отопления и горячее водоснабжение в летний период. Такая система уже существует – это система «теплового насоса». Что же это такое? – спросите Вы. Тепловой насос – это холодильник, только «наоборот». Холодильник переносит тепло из внутренней камеры на радиатор, и мы пользуемся холодом внутри него. Тепловой насос переносит рассеянное тепло из окружающей среды в наш дом.

Существует несколько видов тепловых насосов, различающихся по источникам тепла (воздух, грунт, вода) и по способу передачи тепла в помещение (непосредственный нагрев и нагрев с помощью промежуточного теплоносителя, например воды). Наиболее распространенными являются тепловые насосы «воздух-воздух», больше известные нам под названием кондиционеры.

Как владелец современного жилья, Вы обязательно будете устанавливать у себя систему кондиционирования воздуха. Система кондиционирования воздуха необходима, прежде всего, для охлаждения и вентиляции воздуха в летний период, но если она способна и нагревать воздух зимой, то такая система, безусловно, предпочтительнее. Тепловые насосы вида «воздух-воздух» имеют очень привлекательные качества для нас, как потребителей. При их использовании легко найти место для размещения оборудования, оно практически не занимает полезной площади помещения.

Сегодня мы пользуемся кондиционерами, даже не задумываясь, почему при потреблении одного кВт электроэнергии мы получаем 3 кВт холода, а в продвинутых моделях можно получить и 3 кВт тепла. Откуда же берутся недостающие 2 кВт? Кондиционер забирает их из окружающей среды, используя именно тот принцип «теплового насоса». Однако у этого вида техники имеются и недостатки. Тепловые насосы «воздух-воздух» предназначены только для нагрева воздуха, а ведь круглый год надо решать комплексную задачу отопления и горячего водоснабжения. Наиболее комфортным видом отопления считается в настоящее время обогрев помещения с помощью системы теплых полов, а для этого нужна горячая вода в качестве теплоносителя. Это система тепловых насосов вида «воздух-вода», которые уже давно и весьма активно используются во всем мире. Больше половины устанавливаемых в Норвегии тепловых насосов используют в качестве источника тепла атмосферный воздух. Этот вид оборудования пользуется в мире возрастающей популярностью, поскольку обеспечивает для владельца комплексное решение проблем отопления.

Как известно, около 70% пространства земного шара занято водой. Природа дарит человеку колоссальные запасы тепловой энергии, нагревая водные источники до разных температур. Однако чаще всего люди не в состоянии использовать это дареное, «бросовое» тепло, потому что оно «холодное». Действительно, как применить для обогрева помещений воду с температурой, к примеру, +10 °?

Решило эту задачу изобретение теплового насоса (Т H ).

Источником для работы теплового насоса может служить любая проточная вода с температурой от +5 до +40 °С. Чаще всего в качестве источника используются артезианские скважины, промышленные сбросы, градирные установки, незамерзающие водоемы.

Литература:

1.ООО «Фэшн Пресс» с торговыми маркой и именем «Популярная механика».

2. Интернет-ресурс http:// www.PromNavigator.ru