Тепловий насос і його історія - від холоду до тепла

Тепловий насос має історію, довшу, ніж може здатися на перший погляд. Проте лише протягом останніх десятиліть на ринку опалення його почали вважати за дієву (реальну) екологічну альтернативу класичним газовим системам опалення. Все тому, що тепловий насос генерує тепло не завдяки спалюванню викопного або поновлюваного (деревини) палива, а з використанням енергії навколишнього середовища та електроенергії. Але як винахідливі вчені винайшли цей прилад? Дізнайтеся більше про найважливіші віхи в історії теплового насосу.

Історія роботи теплового насосу: принцип і перші версії

У тепловому насосі енергія навколишнього середовища перетворюється на теплову енергію з використанням електрики. Джерелом тут може бути або повітря, або грунтові води або геотермальна енергія. Відповідно, існують різні типи цієї системи опалення. Серед них, напевно, найбільш відомим є повітряний тепловий насос. Хоча й геотермальна енергія забезпечує теплом багато будинків. Цей так званий тепловий насос розсіл/вода забирає енергію через зонди або колектори для того, щоб потім перетворити їх у теплову енергію для систем опалення.

В будь-якому випадку теплоносій є холодоагентом, який випаровується при порівняно низьких температурах. У цій реакції тепло передається від джерела енергії навколишнього середовища до холодоагенту. Для збільшення ефекту, пари хладагенту, які виникають під час цієї реакції, повинні бути стиснені. Стиснення випарів приводить до підвищення тиску, а отже і температури хладагента. Таким чином, енергія отримана з досить низької температури навколишнього середовища підвищується до бажаної кімнатної температури.

Але цей принцип не був зрозумілий людству з самого початку. Багато кроків і обхідних шляхів було на шляху до сьогоднішньої технології теплових насосів.  Перш за все, принцип дії відкриють із зовсім іншої сторони.

18-19 століття: перші ідеї та експерименти

Багато хто вважає, що тепловий насос є сучасною системою опалення. Але їх винайшли ще у 18 столітті. Вільям Каллен, шотландський лікар і хімік, відкрив в 1777 році в експериментах з ефіром (точніше з діетиловим ефіром), що тепло з реакційної посудини забирається. Саме тоді, коли ефір випаровується внаслідок негативного тиску. Але за допомогою цього чи подібних експериментів Каллен та інші вчені не намагалися винайти новий вид опалення. Швидше, вони намаглися уможливити глибоку заморозку. До речі, Каллен мабуть радів частковому успіху. Тому що фактично в посудині утворювалась невелика кількість льоду.

 Але лише приблизно через 60 років американський інженер Джейкоб Перкінс здійснив черговий прорив на шляху до створення теплового насосу. Він побудував робочий холодильник з механічним компресором (1834). Але виникла проблема: ефір при контакті з повітрям вибухав. Тому протягом тривалого часу до таких пристроїв не проявляли економічного інтересу.

 Наведені нижче відкриття сприяли підвищенню безпеки а, отже, і зробили технологію придатною для використання:

У 1850 році Фердинанд Карре замінив вихідний матеріал з ефіру на сірчану кислоту і воду.

У 1859 році він подав патент на вихідні матеріали аміак і воду.

Віха в історії теплового насосу: використання для опалення

Перші моделі були в основному морозильними камерами. Тільки американець Джон Горрі помітив можливість, за допомогою цієї технології охолоджувати приміщення. Він хотів використовувати таку техніку насамперед лікарняних палатах. Приводом послужило епідемія жовтої лихоманки.

 Але, як і раніше, використання холодоагентів було проблематичним. Аміак і вода створювали надто високий тиск в приладі. Це приводило до витоку і втрати холодоагенту. Багато вчених, як в Європі, так і в США, експериментували і намагалися поліпшити процеси в цих льодогенераторах. Але справжній прорив відбувся тоді, коли їх можна було розмістити в приватних будинках. Це вперше відбулося у США після Першої світової війни. Виник економічний інтерес. Звичайно, це сприяло подальшому розвитку та вдосконаленню пристроїв. Однак в ході цього розвитку майже не розглядали можливість використання даної технології для опалення. Інші фактори відігравали значну роль.

У 1852 році Вільям Томсон опублікував трактат про те, що охолоджувачі, які працювали за принципом стиснення, можна було б успішно використовувати для опалення. Він назвав цей пристрій "Опалювальна машина" і довів, що вони використовують набагато менше енергії, ніж звичайне опалення.

Тепловий насос: підйом популярності в 20-му столітті

Почали використовувати теплові насоси для опалення лише протягом 20-го століття. Один аспект відігравав вирішальну роль: дефіцит палива.

Слід підкреслити, що, особливо в першій половині минулого століття, у багатьох країнах розробки теплового насосу здійснювалися паралельно або, через політичну ситуацію, дещо затягнулися. Насамперед, виділяються Сполучені Штати, що майже не були причетні і не постраждали від Першої світової війни. Тут вже в 20-х роках були запущені в серійне виробництво кондиціонери, які мали функцію опалення. Також Швейцарія, Австрія та Німеччина відзначилися значним прогресом у сфері технології теплових насосів. Однак нестача ресурсів і надзвичайно високі ціни на паливо були не тільки результатом Першої світової війни, а й Великої депресії внаслідок економічної кризи і Чорної п'ятниці 1929 року.

Віхою в історії теплового насосу в цей час є використання промислових теплонасосних систем для опалення будівель в Цюріху. У 1938 році навіть ратуша була обладнана тепловим насосом. Перша геотермальна модель була в США у 1945 році.

Великими кроками в майбутнє теплового насосу

Важливою датою в історії теплових насосів є 1968 рік. Клеменс Оскар Ваттеркотте ввів в експлуатацію перше низькотемпературне підлогове опалення, яке працювало з геотермальним тепловим насосом. Завдяки появі систем опалення, які працювали за нижчих температур, експлуатація теплового насосу повільно ставала більш економічно вигідною. Нафтові кризи 1970-х років знову призвели до дефіциту ресурсів і високих цін на паливо. Збільшився інтерес до альтернативних систем опалення. Тепер це також підкріплювалося вищою екологічною свідомістю багатьох людей. Крім того, у 1978 році в Німеччині був прийнятий закон про сприяння модернізації житла та економії теплової енергії. Це сприяло встановленню теплових насосів. Але історія, як ми знаємо, не завжди лінійна. Після нафтових криз ця технологія перейшла на другий план. Більшість будинків були менш придатні для теплового насосу через погану ізоляцію.

 Тільки починаючи з 1990-х років система опалення за допомогою теплового насосу ставала все більш усталеною на ринку опалення, і на сьогодні уже є багато варіантів її застосування, особливо поширеними є гібридні рішення.

Відтак, Viessmann має досвід більше 40 років в даному сегменті обладнання та широкий спектр теплових насосів Vitocal, в залежності від того, яке джерело навколишнього середовища Ви плануєте використовувати.