”Сколько нужно снежков, чтобы натопить печь?” - так иронизировал лет двести назад знаменитый философ и естествоиспытатель Д. Дидро. Его насмешливый вопрос по существу совершенно правилен и совсем не бессмыслен.
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:
-
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.
-
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.
-
Из испарителя газообразный хладагент попадает, в компрессор, где он сжимается, его температура повышается.
-
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.
- 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