Проблемы использования тепловой энергии воздуха, проблемы тепловых насосов или воздушных кондиционеров*

Air thermal energy usage problems, problems of heat pumps or air conditions*

* Когда кондиционер работает в режиме нагрева помещения, он работает в режиме теплового насоса.

Когда температура воздушного радиатора, через который воздушный тепловой насос забирает тепло из воздуха, становится меньше нуля градусов Цельсия, на радиаторе начинает оседать влага воздуха в виде льда. Щели между пластинами радиатора, в которых проходит теплообмен с воздухом, заполняются льдом. Площадь теплообмена стремительно снижается, и следовательно, интенсивность теплообмена с воздухом становится очень низкой. Например, у радиатора размером 0,3x0,3x0,05 метра площадь поверхности пластин может быть около 5 квадратных метров. После того, как поверхность радиатора превращается в кусок льда, его площадь становится всего около 0,24 квадратных метра. То есть, при замерзании льда на поверхности радиатора происходит уменьшение площади теплообмена с окружающим воздухом почти в 21 раз, приблизительно во столько же раз снижается и интенсивность теплообмена.

Иными словами, если воздушная тепловая помпа или кондиционер в нормальном режиме подавал в помещение 4 киловатта тепловой энергии, то после того, как радиатор оброс сначала инеем, а потом и льдом, тепловая мощность для обогрева снижается до 0,19 киловатт. То есть эффективность снижается до эффективности двух стоваттных ламп.

Естественно, что чем ниже температура воздуха, из которого тепловой насос и кондиционер берут тепловую энергию, тем меньше может быть разница между температурой радиатора и температура воздуха - лед намерзает быстрее, чем успевает сублимационно (sublimation) испаряться. При высокой влажности воздуха лед на радиатор намерзает более интенсивно.

Именно поэтому при температуре воздуха, близкой к температуре замерзания воды или ниже, эффективность работы воздушных тепловых насосов и кондиционеров заметно снижается. Еще одно обстоятельство, приводящее к снижению мощности обогрева - необходимость размораживания радиатора. На оттаивание радиатора нужно и время, и мощность.

Что означает для нашего автономного дома "температура +3 градуса Цельсия (или еще холоднее) и относительная влажность воздуха 95%"? Это означает, что на улице холодно, погода скорее всего сырая и пасмурная. В такой обстановке нужно максимальное количество тепла, но воздушный тепловой насос или кондиционер способны дать только малое количество тепла, по сравнению со своей номиннальной мощностью.

(Именно поэтому можно дать искренний совет покупателям воздушных кондиционеров для отопления: спрашивайте у продавцов какую мощность может подать в помещение этот замечательный прибор, если на улице -3, идет мокрый снег, а относительная влажность воздуха 100%. И сколько кондиционер в этих условиях потребляет энергии из электросети. Скорее всего, ответа не будет. Следующая арифметическая операция: деление стоимости кондиционера на число холодных дней в течение его гарантийного срока службы. Не выгоднее ли отапливать помещение просто дешевым и бесшумным элeктрическим обогревателем - electrical heating convector?)

Но зимой снабжение нашего независимого дома с использованием тепловой энергии воздуха очень привлекательно, наш земельный участок имеет 12-мегаваттный потенциал тепловой энергии воздуха.

По нашему мнению, при отоплении дома посредством воздушного теплового насоса или кондиционера главная проблема - замерзающий воздушный радиатор. Поэтому мы попытаемся изготовить самодельный радиатор (используя ограду или элементы крыши), не боящийся замерзания (на размораживание которого не нужно тратить энергию), работающий в холодную погоду, и в дождь, и в снег. Идея очень проста: сделать размеры радиатора достаточно большими, чтобы намерзающий лед был поверхностью, на которой происходит теплообмен радиатора и воздуха. Плотный лед хуже проводит тепло всего в 25 раз чем углеродистая сталь, в 8 раз чем хуже чем нержавеющая сталь. Лед проводит тепло приблизительно так же, как и гранит, и на 40...100% лучше чем щебень и бетон, в 10 раз лучше чем масла.

В наших условиях (побережье Чёрного моря, сыро) пасмурная холодная погода (температура воздуха не поднимается выше нуля) дни длится максимум неделю - когда собственно и нужна тепловая энергия в большом количестве - потом бывает солнечная погода, температура на солнце поднимается выше нуля, и пусть лед оттаивает. В это время мы можем пользоваться солнечной энергией.

См. Википедию, "Список теплопроводностей" - List of thermal conductivities

2006-2007

постоянный интернет-адрес этой статьи
"Проблемы использования тепловой энергии воздуха, проблемы тепловых насосов или воздушных кондиционеров*"
http://camru.org/articles/air_thermal_energy_heat_pump_or_air_condition.html