Аматорский клуб криофизиков ЭФФЕКТ Плюс

Второй способ экономичного нагрева осуществляется не "сверху вниз" (от Т до Тн), как на ТЭП, а наоборот, "снизу вверх" (от Тох до Тн) на базе принципов холодильной техники. В. Томсон-Кельвин взглянул на парокомпрессионную холодильную установку в несколько неожиданном для своих современников (и не только для них) аспекте. Ведь ее назначение - забирать теплоту на низком уровне Т0 И отдавать на более высоком Т0 с >Т0. Что, если ее "передвинуть" вверх по температурам?

Тогда нижним уровнем станет Т0 С, а верхним – Тo > Т0 С. В этом случае холодильная установка будет непрерывно "качать" бесплатную теплоту из окружающей среды (воды, воздуха или грунта) на уровень Тг, нужный для отопления и других целей, связанных с нагревом. Получится некий "тепловой насос". Энергия будет затрачиваться только на "перекачку" теплоты снизу вверх.

Выгодно ли это? Взглянем на рис. 2.9 и представим с его помощью процесс работы теплового насоса. Отличие от холодильной установки будет состоять только в том, что температуры сдвинутся вверх: Т0 Будет заменена на Т oc, а Тос На Тг. Тогда отрезок Ав Будет соответствовать теплоте Q0 С, отбираемой из окружающей среды при Тос, а отрезок Cd Теплоте Qr, отдаваемой потребителю на уровне Тг; работа, нужная для этого, будет равна I (отрезок Md). Очевидно, что произведенная теплота

QT = L + Qoc Будет больше как даровой теплоты, отобранной из окружающей среды, так и затраченной работы L. Отношение

M = Qr /L =(L + Qoc ) : L, называется коэффициентом Преобразования Теплового насоса; он всегда больше единицы. Если, например, Т = 293 К (20°С), а Тг = 353 К (80°С), то Q/ Qoc= T/ Tос= 353/253= 1,2. Следовательно, единица бесплатной теплоты из окружающей среды дала 1,2 единицы отопительной теплоты посредством затраты только 0,2 единиц работы! Коэффициент преобразования здесь составит N = 1,2/0,2 = 6.

Это значение относится, разумеется,- к идеальному случаю (цикл Карно). В реальных условиях при КПД теплового насоса N = 0,35+0,4 M = 2,1 + 2,4.

Но и при таких показателях тепловой насос остается энергетически выгодным. Ведь получение такого же результата прямым электрическим или огневым нагревом потребовало бы затраты в 2,1-2,4 раза больше. В реальных условиях, когда часть теплоты теряется, эта разница еще возрастает. Выгода очевидна!