Новости

Aug 01, 2023

Электрические тепловые насосы для домов могут стать экологически чистой технологией будущего

КРЕДИТ: DANA SMITH Тепловые насосы предлагают экологичный и эффективный способ обогрева домов с помощью

КРЕДИТ: ДАНА СМИТ

Тепловые насосы предлагают экологически чистый и эффективный способ обогрева домов с использованием электричества, а не ископаемого топлива. Новые конструкции делают их более эффективными и пригодными для большего количества условий.

Инновационное мышление покончило с проблемами, которые долгое время преследовали электрические устройства – и ученые, и защитники окружающей среды воодушевлены открывающимися возможностями.

Крис Баранюк, 11.01.2023

Поддерживайте здравую науку и умные историиПомогите нам сделать научные знания доступными для всех.Пожертвуйте сегодня

Это была инженерная проблема, которая беспокоила Чжибина Юя в течение многих лет, но теперь у него появился прекрасный шанс ее исправить. Застряв дома во время первой изоляции в Великобритании из-за пандемии Covid-19, инженер-теплотехник внезапно получил все необходимое время, чтобы повысить эффективность тепловых насосов: электрических устройств, которые, как следует из их названия, переносят тепло с улицы в дома людей. .

Насосы гораздо эффективнее газовых обогревателей, но стандартные модели, поглощающие тепло из воздуха, склонны к обледенению, что значительно снижает их эффективность.

Ю, работающий в Университете Глазго (Великобритания), размышлял над этой проблемой несколько недель. Он читал статью за бумагой. И тогда у него возникла идея. Большинство тепловых насосов тратят часть тепла, которое они генерируют, и если бы он мог уловить это отходящее тепло и отвести его, понял он, это могло бы решить проблему размораживания и повысить общую производительность насосов. «Я внезапно нашел решение, как восстановить тепло», - вспоминает он. «Это был действительно удивительный момент».

Идея Юя — одна из нескольких недавних инноваций, целью которых является сделать 200-летнюю технологию тепловых насосов еще более эффективной, чем она есть сейчас, потенциально открывая двери для гораздо более широкого внедрения тепловых насосов во всем мире. По данным Международного энергетического агентства (МЭА), на сегодняшний день только около 10 процентов потребностей в отоплении помещений во всем мире удовлетворяются с помощью тепловых насосов. Но из-за нынешнего энергетического кризиса и растущего давления с целью сокращения потребления ископаемого топлива в целях борьбы с изменением климата эти устройства, возможно, становятся более важными, чем когда-либо.

После мозгового штурма в 2020 году Ю и его коллеги построили работающий прототип теплового насоса, который сохраняет остаточное тепло в небольшом резервуаре для воды. В статье, опубликованной летом 2022 года, они описывают, как их конструкция помогает тепловому насосу использовать меньше энергии. Кроме того, отдельно перенаправив часть этого остаточного тепла на часть теплового насоса, подвергающуюся воздействию холодного воздуха, устройство может при необходимости разморозиться самостоятельно, не приостанавливая подачу тепла в дом.

Идея основана на самом принципе работы тепловых насосов: если вы можете захватить тепло, вы можете его использовать. Что делает тепловые насосы особенными, так это тот факт, что вместо того, чтобы просто генерировать тепло, они также улавливают тепло из окружающей среды и переносят его в ваш дом, в конечном итоге передавая это тепло, например, радиаторам или системам принудительного воздушного отопления. Это возможно благодаря хладагенту, который течет внутри теплового насоса. Когда хладагент сталкивается с теплом (даже в небольшом его количестве в воздухе в холодный день) он поглощает эту капельку тепла.

Затем компрессор создает более высокое давление хладагента, что повышает его температуру до такой степени, что он может обогреть ваш дом. Это работает, потому что увеличение давления сближает молекулы хладагента, увеличивая их движение. Позже хладагент снова расширяется, охлаждаясь при этом, и цикл повторяется. Весь цикл также может работать в обратном направлении, что позволяет тепловым насосам обеспечивать охлаждение в жаркую летнюю погоду.

Воздушные тепловые насосы (наиболее распространенная конструкция) улавливают тепло из наружного воздуха.

Магия теплового насоса заключается в том, что он может перемещать несколько киловатт-часов тепла на каждый киловатт-час электроэнергии, которую он использует. Эффективность теплового насоса обычно измеряется с точки зрения его коэффициента полезного действия (COP). Например, COP, равный 3, означает, что 1 кВтч сока дает 3 кВтч тепла — это фактически 300-процентная эффективность. Значение COP, которое вы получаете от своего устройства, может варьироваться в зависимости от погоды и других факторов.