Не хочу оскорбить "чувства верующих", но сегодня я подорву веру тех, кто считает возможным КПД более 100%, и что тепловой насос потребляет меньше энергии, чем производит.
Правда, особо упёртых мне не убедить. Но эта статья не для них, а для тех, кто способен к аналитике и логике.
Но сначала кратко о том, что же такое тепловой насос.
Однако, прежде чем рассказать об этом, советую вдуматься в название. Очень часто половина ответа кроется в наименовании, если взглянуть на него повнимательнее.
“Тепловой НАСОС” потому и называется насосом, что он не вырабатывает энергию, а ПЕРЕКАЧИВАЕТ её. И на перемещение энергии, разумеется, тратится меньше ресурсов, чем на её производство.
Вот в эту-то ловушку и попадают неокрепшие умы. Они видят только потребление ЭЛЕКТРОэнергии. А оно действительно может быть небольшим. Но про другие виды энергии забывают. Поэтому и считают, что КПД теплового насоса 300...500%. Но это так называемый “условный КПД” - без учёта других затрат энергии.
Это приводит их в дикий восторг и в таком состоянии они уже не способны логически мыслить. Знания не нужны. Веры вполне достаточно.
А теперь представьте себе дом, разделенный на две половины. На разделении этих половин стоит печка. Но на вашей половине только стена этой печки, а у соседа - топка.
И сосед без устали кидает в эту топку дрова, а вы даже не знаете, где эти дрова продаются. И вы не тратите на отопление ничего, а сосед - в два раза больше, чем мог бы.
Но значит ли это, что КПД печки более 100%? Конечно же нет. Это значит только одно - вы на халяву пользуетесь добротой и ресурсами соседа.
Примерно также работает тепловой насос - он перекачивает тепло от источника тепла. При этом само тепло он не производит (ну или почти не производит). А на перекачивание требуется, разумеется, меньше энергии, чем на её производство.
И считать КПД теплового насоса, учитывая только потребление электроэнергии, это все равно, что считать КПД тепловой пушки, учитывая только потребление вентилятора.
Разница лишь в том, что при использовании теплового насоса вы не платите за производство тепла, а платите только за его перекачивание.
Но как это возможно?
Да не так уж и сложно. Представьте, что вы живёте в Сибири. А из Африки в Сибирь проведена труба, в которой почти нет тепловых потерь, и какой-то “вентилятор” гонит африканское тепло по этой трубе в Сибирь.
Вот так и работает тепловой насос. Только гонит он тепло не из Африки, а от других природных (или искусственных) источников тепла.
Например, это тепло можно взять от земли - для этого бурятся очень глубокие скважины (до 200 метров). Или от воды - если рядом с домом есть водоём. Как известно, подо льдом вода не замерзает. И ее температура будет выше нуля, даже если на улице -40. На этом эффекте и основана работа теплового насоса - он поглощает эту разницу температур и преобразует её в тепло (точнее, не совсем так - подробности см. ниже).
Ещё одна фишка теплового насоса в том, что он может работать как на нагрев помещения, так и на охлаждение.
Но! Внимание! Для работы теплового насоса нужен внешний источник энергии! В этом и смысл. И в этом причина малого потребления ЭЛЕКТРОэнергии.
Основное отличие теплового насоса от обычного нагревателя заключается в следующем:
- Обычный нагреватель выполняет передачу тепла от горячего тела к холодному (например, от горячего радиатора к менее горячему воздуху в помещении).
- Тепловой насос выполняет передачу тепла наоборот - от более холодного к менее холодному.
А что, так можно было?
Принцип работы теплового насоса заключается в поглощении и последующем выделении тепловой энергии в процессе испарения и конденсации жидкости, которая образуется от разницы температур. А также в смене давления и последующем изменении температуры конденсации и испарения.
Разницу температур можно получить разными способами. Например, это может быть разница температур между землёй ниже глубины промерзания (всегда выше нуля) и температурой окружающего воздуха.
Отсюда понятно, что эффективность теплового насоса зависит от этой разницы температур. Если, например, температура воды в водоёме подо льдом, где проложены трубы теплового насоса, +5 градусов, и вам надо нагреть воду в системе отопления до +5 градусов, то в этом случае тепловой насос будет максимально эффективен - вам надо просто прогонять воду из водоёма по системе отопления, и всё.
Разумеется, температура воды в системе отопления должна быть выше - хотя бы градусов 40 (если речь идёт, например, о тёплом поле). Поэтому без дополнительных ухищрений не обойтись.
Во-первых, компрессор гоняет по системе трубопроводов теплового насоса, как правило, не воду, а газ-хладагент (например, фреон).
Во-вторых, в самом простом случае система разделена на два контура - контур высокого давления, и контур низкого давления.
В зоне высокого давления температура газа увеличивается под воздействием давления. И это тепло уже отдаётся в помещение.
Чуть понятнее будет, если посмотрите на рисунок:
Пояснения:
- Расширительный клапан разделяет систему на зоны высокого и низкого давления.
- Компрессор перекачивает газ по системе.
- Контур низкого давления обычно проложен под землёй или под водой, где температура всегда положительная - примерно 4…7 градусов выше нуля.
- Поскольку температура газа в контуре низкого давления ниже температуры земли (воды), то этот контур забирает тепло от земли или от воды (иногда от воздуха).
- Компрессор получает на входе относительно тёплый газ с температурой выше нуля.
- Компрессор нагнетает давление в контуре высокого давления и таким образом увеличивает температуру газа до нужных значений.
- Самую высокую температуру газ имеет на выходе из компрессора - под воздействием давления. Контур высокого давления отдаёт тепло помещению.
- После расширительного клапана давление снова низкое, и температура газа становится снова ниже температуры источника низкотемпературного тепла. Это позволяет снова забрать тепло у источника.
- И так повторяется, пока компрессор не будет выключен.
Надеюсь, теперь вам понятно, как работает тепловой насос. И также понятно, что тепло не берётся из ниоткуда. Это не чудо - никакие законы физики не нарушаются. Наоборот - они полностью соблюдаются. И закон сохранения энергии работает - КПД не может быть более 100%, как бы этого кому-то не хотелось.
Как тебе такое, Илон Маск? Это я обращаюсь к читателю, который упорно называет меня в комментариях “пещерным” и “дремучим” неучем, не способным понять, что есть устройства, вырабатывающие больше энергии, чем потребляют.
Подводим итоги…
- Действительно ли тепловой насос (ТН) расходует меньше электроэнергии на отопление по сравнению с электрообогревателями? Да, это так. В зависимости от погодных условий и вида ТН, разница может составлять в 2...5 раз.
- Действительно ли ТН вырабатывает энергии больше, чем потребляет? Нет, это не так. И это распространенное заблуждение. Потому что ТН потребляет не только электроэнергию, но и другие виды энергий. И в сумме потребляет больше, чем вырабатывает.
- Действительно ли КПД теплового насоса больше 100 процентов? Это тоже миф (см. предыдущий пункт). КПД теплового насоса как системы меньше единицы, причем существенно. И намного меньше, чем КПД электронагревателя.
- Действительно ли можно сэкономить на электроэнергии, установив тепловой насос. И да, и нет. На электроэнергии-то вы сэкономите. Но стоимость установки ТН будет такой, что он никогда не окупится. Могут быть исключения, но редкие (об этом я скажу ниже).
Представляю, как сейчас разочарованы фанаты новых технологий )))
Кстати, ТН - это совсем не новая технология. Идея появилась аж в 1852 году, а первый известный тепловой насос был сделан в 1855 году. То есть первый тепловой насос был сделан более 150 лет назад. Вот вам и новые технологии. Оказывается, они никакие не новые, а самые что ни на есть “пещерные”.
Правда, промышленное производство ТН началось намного позднее - в 20 веке.
А теперь немного о стоимости.
Допустим, что для дома площадью 50 м.кв. требуется 5 кВт энергии. Не знаю, бывают ли тепловые насосы на 5 кВт, но на 10 кВт мне попадались. Их цена примерно 200 тыс. рублей. Но не спешите радоваться. Это только стоимость насоса - без проектных работ, без монтажа и настройки, и без прокладки контуров под землёй или под водой.
Сколько будет стоить всё остальное?
Очень приблизительно: для получения 5 кВт от водоёма, придётся проложить по его дну около 150 метров труб. Сегодня метр трубы диаметром 50 мм стоит 500…600 рублей. Итого только за трубы придётся выложить 75…85 тыс. рублей. А ещё монтаж и прочие удовольствия.
В общем, для дома на 50 м.кв. стоимость теплового насоса получится не менее 500 тыс. руб. И это оптимистичный прогноз.
Вот здесь я посчитал, сколько примерно мне придётся тратить на отопление за отопительный сезон в случае использования электрообогревателей. При постоянном проживании получилось примерно 55 тыс. руб.
Допустим, что тепловой насос будет потреблять энергии меньше в 4 раза по сравнению с электронагревателями (будем оптимистами). То есть на энергию при использовании ТН я буду тратить примерно 14 тыс. рублей.
Экономия за сезон: 55000 - 14000 = 41000 р.
Таким образом окупаемость теплового насоса в моём случае будет
500 / 41 = 12 лет
То есть никогда. Потому что, как нас учили в универе - если система не окупается за 5 лет, то она не окупается никогда. Потому что там уже потребуются вложения в ремонт, вы можете переехать из этого дома или вообще умереть.
Так что думать о тепловом насосе как о системе отопления дома имеет смысл только в том случае, если вы собираетесь в этом доме очень долго жить и его площадь 200 м.кв. и выше. Но и здесь надо всё считать и очень внимательно изучать, потому что чем больше отапливаемая площадь, тем больше стоимость теплового насоса.
На этом всё. Если было интересно - ставьте палец вверх и делитесь с друзьями.
