Тепловой насос и его история - от холода к теплу

Тепловой насос имеет историю, длиннее, чем может показаться на первый взгляд. Однако только в последние десятилетия на рынке отопления его начали считать действенную (реальную) экологическую альтернативу классическим газовым системам отопления. Все потому, что тепловой насос генерирует тепло не благодаря сжиганию ископаемого или возобновляемого (древесины) топлива, а с использованием энергии окружающей среды и электроэнергии. Но как  ученые изобрели этот прибор? Узнайте больше о важнейших вехах в истории теплового насоса.

История работы теплового насоса: принцип и первые версии

В тепловом насосе энергия окружающей среды преобразуется в тепловую энергию с использованием электричества. Источником здесь может быть или воздух, или грунтовые воды или геотермальная энергия. Соответственно, существуют различные типы этой системы отопления. Среди них, наверное, наиболее известен воздушный тепловой насос. Хотя и геотермальная энергия обеспечивает теплом много домов. Этот так называемый тепловой насос рассол / вода берет энергию через зонды или коллекторы для того, чтобы потом превратить их в тепловую энергию для систем отопления.

В любом случае теплоноситель является хладагентом, который испаряется при сравнительно низких температурах. В этой реакции тепло передается от источника энергии окружающей среды к хладагенту. Для увеличения эффекта, пары хладагента, которые возникают во время этой реакции, должны быть сжаты. Сжатия паров приводит к повышению давления, а следовательно и температуры хладагента. Таким образом, энергия получена из достаточно низкой температуры окружающей среды повышается до желаемой комнатной температуры.

Но этот принцип не был понят человечеству с самого начала. Много шагов и обходных путей было на пути к сегодняшней технологии тепловых насосов. Прежде всего, принцип действия откроют с совершенно другой стороны.

18-19 век: первые идеи и эксперименты

Многие считают, что тепловой насос является современной системой отопления. Но изобрели его еще в 18 веке. Уильям Каллен, шотландский врач и химик, открыл в 1777 году в экспериментах с эфиром (точнее с диэтиловым эфиром), что тепло из реакционного сосуда убирается. Именно тогда, когда эфир испаряется вследствие отрицательного давления. Но с помощью этого или подобных экспериментов Каллен и другие ученые не пытались изобрести новый вид отопления. Скорее, они намаглися возможным глубокую заморозку. Кстати, Каллен пожалуй радовался частичном успеха. Поэтому фактически в сосуде создавалась небольшое количество льда.

Но только примерно через 60 лет американский инженер Джейкоб Перкинс совершил очередной прорыв на пути к созданию теплового насоса. Он построил рабочий холодильник с механическим компрессором (1834). Но возникла проблема: эфир при контакте с воздухом взрывался. Поэтому в течение длительного времени в таких устройств не проявляли экономического интереса.

Приведенные ниже открытия способствовали повышению безопасности а, следовательно, и сделали технологию пригодной для использования:
В 1850 году Фердинанд Карре заменил исходный материал с эфира на серную кислоту и воду.
В 1859 году он подал патент на исходные материалы аммиак и воду.

Веха в истории теплового насоса: использование для отопления

Первые модели были в основном морозильными камерами. Только американец Джон Горри заметил возможность, с помощью этой технологии охлаждать помещения. Он хотел использовать такую ​​технику прежде всего в больничных палатах. Поводом послужило эпидемия желтой лихорадки.

Но, как и раньше, использование хладагентов было проблематичным. Аммиак и вода создавали слишком высокое давление в приборе. Это приводило к утечке и потери хладагента.

Многие ученые, как в Европе, так и в США, экспериментировали и пытались улучшить процессы в этих генераторах. Но настоящий прорыв произошел тогда, когда их можно было разместить в частных домах. Это впервые состоялось в США после Первой мировой войны. Возник экономический интерес. Конечно, это способствовало дальнейшему развитию и совершенствованию устройств. Однако в ходе этого развития почти не рассматривали возможность использования данной технологии для отопления. Другие факторы играли значительную роль.
В 1852 году Уильям Томсон опубликовал трактат о том, что охладители, которые работали по принципу сжатия, можно было бы успешно использовать для отопления. Он назвал это устройство "Отопительная машина" и доказал, что они используют гораздо меньше энергии, чем обычное отопление.

Тепловой насос: подъем популярности в 20-м веке

Начали использовать тепловые насосы для отопления только в течение 20-го века. Один аспект играл решающую роль: дефицит топлива.

Следует подчеркнуть, что, особенно в первой половине прошлого века, во многих странах разработки теплового насоса осуществлялись параллельно. Прежде всего, выделяются Соединенные Штаты, почти не были причастны и не пострадали от Первой мировой войны. Здесь уже в 20-х годах были запущены в серийное производство кондиционеры, которые имели функцию отопления. Также Швейцария, Австрия и Германия отличились значительным прогрессом в области технологии тепловых насосов. Однако нехватка ресурсов и чрезвычайно высокие цены на топливо были не только результатом Первой мировой войны, но и Великой депрессии в результате экономического кризиса и Черной пятницы 1929 года.

Вехой в истории теплового насоса в настоящее время является использование промышленных теплонасосных систем для отопления зданий в Цюрихе. В 1938 году даже ратуша была оборудована тепловым насосом. Первая геотермальная модель была в США в 1945 году.

Большими шагами в будущее теплового насоса

Важной датой в истории тепловых насосов является 1968. Клеменс Оскар Ваттеркотте ввел в эксплуатацию первое низкотемпературное напольное отопление, которое работало с геотермальным тепловым насосом. Благодаря появлению систем отопления, которые работали при более низких температурах, эксплуатация теплового насоса медленно становилась более экономически выгодной. Нефтяные кризисы 1970-х годов вновь привели к дефициту ресурсов и высоким ценам на топливо. Увеличился интерес к альтернативным системам отопления. Теперь это также подкреплялось выше экологическим сознанием многих людей. Кроме того, в 1978 году в Германии был принят закон о содействии модернизации жилья и экономии тепловой энергии. Это способствовало установлению тепловых насосов. Но история, как мы знаем, не всегда линейна. После нефтяных кризисов эта технология перешла на второй план. Большинство домов были менее пригодны для теплового насоса из-за плохой изоляции.

Только начиная с 1990-х годов система отопления с помощью теплового насоса становилась все более установившейся на рынке отопления, и на сегодня уже есть много вариантов ее применения, особенно распространены гибридные решения.

Поэтому, Viessmann имеет опыт более 40 лет в данном сегменте оборудования и широкий спектр тепловых насосов Vitocal, в зависимости от того, какой источник окружающей среды Вы планируете использовать.