Согласно второму началу термодинамики, теплота не может самопроизвольно перемещаться от менее нагретого тела к более нагретому. Везде в природе происходит наоборот: теплота естественным образом распространяется от более нагретых предметов или мест к местам менее нагретым.
Погрузим в стакан с горячим чаем холодную чайную ложку и начнем размешивать сахар. Ложка очень быстро нагреется, поскольку чай отдаст ей часть своего тепла. Но ложка точно не станет холоднее, поскольку она не сможет передать свое тепло чаю, у которого изначально более высокая температура.
Допустим, есть некое помещение внутри здания. И даже если это помещение с хорошей теплоизоляцией, в случае если на улице вдруг резко похолодает, тепло начнет уходить из помещения. В итоге внутри здания станет холоднее, чем было до ухудшения погоды.
Чтобы предотвратить наступление холода в таком помещении, нужно своевременно принять соответствующие меры: включить электрический обогреватель или иным способом сообщить воздуху внутри помещения тепловую энергию, чтобы повысить его температуру.
Электрический котел - не самое экономичное решение для отопления: на 1 кВт потребленного электричества получим максимум 1 кВт тепла. Есть вариант более эффективный: можно использовать для отопления тепловой насос.
В тепловом насосе типа «воздух-вода» воздух с улицы (при той температуре, при которой он там есть) продувается через наружный теплообменник при помощи вентилятора. Таким образом, уличный воздух, контактируя с наружным теплообменником, передает ему свое тепло.
Одновременно с этим, по трубкам через наружный теплообменник прокачивается хладагент, который забирает у наружного теплообменника тепло, полученное им от уличного воздуха. Проходя через систему теплового насоса, хладагент сжимается компрессором, при этом температура его повышается.
Количество тепловой энергии, — то, которое было получено от наружного воздуха, - сохраняется, и это тепло перемещается далее по системе во внутрь помещения.
Затем тепло передается жидкому теплоносителю системы отопления (а при необходимости еще и системе горячего водоснабжения) внутри здания. В результате, благодаря работе компрессора, питаемого от электрической сети, в помещение буквально «закачивается» тепло с улицы.
Такой способ обогрева, в зависимости от типа теплового насоса и от температуры на улице, может превосходить электрическое отопление по энергоэффективности до 4,5 раз! То есть на 1 кВт потребленной тепловым насосом электроэнергии можно получить до 4,5 кВт тепла.
Современные тепловые насосы способны обеспечить обогрев даже при температуре наружного воздуха в -28°C.
Тепловой насос, в отличие от электрических систем отопления, характеризуется не коэффициентом полезного действия (КПД), а коэффициентом эффективности - COP (coefficient of performance), который легко может быть больше единицы — больше 100%.
Коэффициент эффективности показывает, во сколько раз количество получаемой тепловым насосом тепловой мощности больше потребляемой им при этом из сети электрической мощности. Данный коэффициент зависит от устройства теплового насоса и от температуры наружного воздуха.
Чем выше температура наружного воздуха — тем эффективнее будет работать тепловой насос, потому что чем ниже температура снаружи — тем меньшее количество тепла передается теплообменнику за единицу времени, и компрессору необходимо совершить больше работы, чтобы «перекачать» необходимое количество тепла, нежели в случае с более теплым наружным воздухом.
Коэффициент эффективности COP = 3 означает, что на 1 кВт потребленной электрической мощности получается 3 кВт тепла.
Коэффициент полезного действия не применим к тепловым насосам для оценки их эффективности. Потому что при отоплении с использованием теплового насоса, обогрев происходит не за счет преобразования электрической энергии в тепло, а за счет переноса тепла из одного места в другое.
Андрей Повный
