Shutterstock

Теплові насоси стають у моді в усьому світі, який має швидко скорочувати викиди вуглекислого газу, одночасно скорочуючи витрати на енергію. У будівлях вони замінюють опалення приміщень і нагрівання води – і забезпечують охолодження як бонус.

Тепловий насос відбирає тепло ззовні, концентрує його (за допомогою електричного компресора), щоб підвищити температуру, і перекачує тепло туди, де воно потрібно. Дійсно, мільйони австралійських будинків вже мають теплові насоси у вигляді холодильників і кондиціонерів із зворотним циклом, придбаних для охолодження. Вони також можуть опалювати та економити багато грошей порівняно з іншими формами опалення!

Ще до обмеження поставок російського газу, багатьох європейських країнах випускали теплові насоси – навіть у холодному кліматі. тепер, урядова політика прискорює зміни. Сполучені Штати, які останніми роками мали дуже дешевий газ, приєдналися до ажіотажу: це зробив президент Джо Байден оголошений теплові насоси є «важливими для національної оборони», і наказав збільшити виробництво.

Уряд ACT заохочує електрифікацію будівель за допомогою теплових насосів, і це так враховуючи законодавство запровадити це в нових житлових забудовах. Уряд Вікторії нещодавно запустив a Дорожня карта заміщення газу і переналаштовує свої програми стимулювання на теплові насоси. Інші штати та території також переглядають політику.

Наскільки велика економія електроенергії?

Порівняно з електричним тепловентилятором або традиційним електричним гарячим водопостачанням, за моїми підрахунками, тепловий насос може заощадити 60-85% витрат на енергію, що є подібним до Оцінки уряду ACT.

Порівняння з газом складно, оскільки ефективність і ціни на енергію дуже відрізняються. Як правило, тепловий насос коштує приблизно вдвічі менше, ніж газ. Якщо замість того, щоб експортувати надлишок сонячної енергії на даху, ви використовуєте її для роботи теплового насоса, я підрахував, що це буде на 90% дешевше, ніж газ.

Теплові насоси також корисні для клімату. Мої розрахунки показують, що типовий тепловий насос, який використовує середню австралійську електроенергію з мережі, скоротить викиди приблизно на чверть порівняно з газом і на три чверті порівняно з електричним вентилятором або панельним обігрівачем.

Якщо високоефективний тепловий насос замінює неефективне газове опалення або працює в основному на сонячних батареях, скорочення можуть бути набагато більшими. Розрив збільшується, оскільки відновлювана електроенергія з нульовими викидами замінює виробництво вугілля та газу, а теплові насоси стають ще ефективнішими. Дані: Дорожня карта заміщення газу штату Вікторія на 2022 рік, CC BY

Як працюють теплові насоси?

Наявні сьогодні теплові насоси досягають ККД 300-600%, тобто на кожну одиницю спожитої електроенергії вони виробляють від трьох до шести одиниць тепла. Теплові насоси також можуть працювати в морозних умовах.

Як це можливо, коли максимальний ККД традиційних електричних і газових обігрівачів становить 100%, а холодне повітря холодне?

Це не магія. Подумайте про свій холодильник, який є невеликим тепловим насосом. Усередині холодильника є холодна панель, яка називається випарником. Він поглинає тепло від теплої їжі та інших джерел, оскільки тепло природним шляхом переходить від теплішого об’єкта до холоднішого. Електричний двигун під холодильником приводить в дію компресор, який концентрує тепло до вищої температури, яку він передає на вашу кухню. Під час цього боки та задня частина типового холодильника нагріваються. Таким чином, ваш холодильник охолоджує їжу, трохи нагріваючи кухню.

Тепловий насос підкоряється законам термодинаміки, що дозволяє йому працювати з ефективністю від 200% до понад 1,000% теоретично. Але чим більша різниця температур, тим менш ефективний тепловий насос.

 Якщо тепловому насосу потрібно отримувати тепло з навколишнього середовища, як він може працювати в холодну погоду? Пам’ятайте, що ваш холодильник зберігає морозильну камеру холодною, одночасно надаючи тепло вашій кухні. Діють закони фізики. Те, що ми сприймаємо як низьку температуру, насправді є досить високою: це все відносно.

Космічний простір близький до температури, відомої як абсолютний нуль, нуль градусів Кельвіна або –273?. Отже, температура 0? (при якій вода замерзає), або навіть рекомендована температура морозильної камери -18?, насправді досить жарко відносно космосу.

Основна проблема для теплового насоса в «холодну» погоду полягає в тому, що на його теплообміннику може утворитися лід, оскільки водяна пара в повітрі охолоджується і конденсується, а потім замерзає. Цей лід блокує потік повітря, який зазвичай подає «гаряче» повітря до теплового насоса. Теплові насоси можуть бути розроблені таким чином, щоб мінімізувати цю проблему.

Як правильно вибрати тепловий насос для свого будинку?

Вибір відповідного теплового насоса (більш відомого як кондиціонер повітря зі зворотним циклом) може бути складним, оскільки більшість консультантів звикли обговорювати газові варіанти. Такі ресурси, як yourhome.gov.au, choice.com.au і популярна сторінка у Facebook Мій ефективний електричний будинок може допомогти.

Усі домогосподарства повинні мати енергетичні етикетки (див energyrating.gov.au): чим більше зірок, тим краще. Незалежний FairAir веб-калькулятор дозволяє оцінити потреби в опаленні та охолодженні будинку та розмір, необхідний для підтримки комфорту.

Більші теплові насоси коштують дорожче, тому непотрібне збільшення може коштувати набагато більше. Крім того, ізоляція, ущільнення протягів та інші заходи підвищення ефективності будівлі дозволяють придбати менший, дешевший тепловий насос, який споживатиме ще менше енергії та забезпечуватиме кращий комфорт.

При використанні теплового насоса дуже важливо кожні кілька місяців чистити його фільтр. Заблокований фільтр знижує ефективність і потужність нагріву та охолодження. Якщо у вас старий тепловий насос, який більше не забезпечує стільки тепла (або охолодження), можливо, він втратив частину холодоагенту і потребує доповнення.

про автора

Алан Пірс, старший науковий співробітник галузі, Університет RMIT

Ця стаття перевидана з Бесіда за ліцензією Creative Commons. Читати оригінал статті.