Водонагреватель проточного типа может работать на несколько выпускных кранов. Однако краны, по возможности, не должны использоваться одновременно. Нагреватели проточного типа не имеют горячего резервуара, потребляют энергию только тогда, когда через них протекает поток воды, поэтому они не имеют тепловых потерь.

Водонагреватели проточного типа могут включаться на различные ступени мощности в зависимости от расхода воды, которым точно регулируется температура ее на выходе. Эти приборы широко используются в Германии, в течение 30 лет их установлено около 8 миллионов.

Водонагреватели проточного типа с электронным управлением оборудуются регулятором мощности и термостатом. Их режимы работы могут быть отрегулированы и приспособлены к индивидуальным условиям потребителя. Температура воды на выходе нагревателя остается постоянной даже при изменении ее расхода. Их стоимость приблизительно в три раза выше, чем стоимость обычных проточных нагревателей, но доля их на рынке уже превышает 20 %. По сравнению с обычными потребление энергии электронными проточными нагревателями примерно на 10 % ниже, главным образом благодаря системе управления.

10.3. Тепловые насосы

Уже в XIX в. был разработан принцип действия теплового насоса, который до сегодняшнего дня используется в каждой холодильной установке. При работе теплового насоса теплота отбирается от менее нагретого источника и передается более нагретому приемнику путем ввода в систему дополнительной механической энергии. Рисунок 10.16 иллюстрирует процесс с использованием в качестве рабочего тела газа пропана R290.

В южных широтах тепловые насосы хорошо известны и применяют-

278

ся для охлаждения. Их принцип работы является единственно возможным

Значения температуридавленийсоответствуют используемомуохлаждающемугазу R 290

Рис. 10.16. Диаграмма работы теплового насоса

решением этой задачи. Для обогрева тепловые насосы применялись довольно редко, поэтому на потребительском рынке возникает много вопросов по их использованию несмотря на их удобства и преимущества.

Тепло, требуемое большую часть года, веками получалось за счет сжигания топлива. Сначала это был уголь, затем началось использование нефти. В настоящее время все более широкое применение находит природный газ.

Технология работы теплового насоса относительно проста. С термодинамической точки зрения этот способ нагревания нерационален. Однако сегодня требуются технические новшества, чтобы отойти от пути «обычного» сжигания топлива и ввести в практику новые технологии теплоснабжения. В больших плотно застроенных районах, где транспортировка тепловой энергии возможна без больших потерь, целесообразно использование центральных отопительных систем.

Тепловые насосы особенно пригодны для одно- и двухквартирных домов, и в этом секторе начинают конкурировать с тепловыми системами, работающими на природном топливе.

279

В конце шестидесятых годов были сделаны первые попытки использовать для получения полезной тепловой энергии термодинамические системы, обеспечивающее сбережение первичной электроэнергии при выработке тепла. Однако уровень цен на энергию, капитальные затраты и технические трудности сделали эти попытки безуспешными. Кризис цен на нефть в 1973 году выявил необходимость использовать для получения тепла другие источники с непрямым преобразованием электрической энергии в тепло.

Для уяснения проблемы рассмотрим диаграммы расхода энергии. На рис. 10.17 показано распределение энергии при использовании системы центрального отопления, работающей на жидком топливе. Согласно ис-

следованиям, проводимым Fichtner Development Engineering с 1993 г., из

100 % сырой нефти используется как топливо для отопительных систем только 84 % из-за расхода энергии на добычу, транспортировку и очистку. Даже при годовом коэффициенте использования топлива 85 % только 71 % первичной энергии будет представлять собой полезную тепловую энергию на выходе системы отопления.

Потери энергии Потери энергии при в системе отопления транспортировке

Рис. 10.17. Диаграмма распределения энергии при работе системы центрального отопления на жидком топливе, %

На рис. 10.18 показано распределение энергии для современных теп-

280

ловых насосов, которые все шире используются в новых зданиях в Германии. Электрическая энергия производится с использованием различных первичных источников энергии на электростанциях со средним коэффициентом полезного действия 36 %. Из-за расхода энергии на транспортировку топлива только 97 % первичной энергии достигает электростанции. На выходе электростанции полезная энергия составляет 35 % первичной, и вследствие потерь при ее транспортировке потребителем используется только 33 %. Современные тепловые насосы с показателем эффективности 4,0 увеличивают выход полезной энергии до 133 % от первичной. Даже для показателя эффективности теплового насоса 3,0 все потери на длинном пути от сырого топлива до полезной энергии у потребителя оказываются скомпенсированными.

На рис. 10.19 дано сравнение эффективности работы различных систем получения тепловой энергии. Показано, что применение тепловых насосов с электрическими двигателями значительно повышает коэффициент использования первичной энергии.

Дополнительная энергия

Рис. 10.18. Диаграмма распределения энергии при работе теплового насоса с электрическим двигателем, %

На рис. 10.20 сравниваются выбросы СО2 при работе аналогичных

281

систем. Максимальное образование СО2 происходит при работе на жидком топливе. Переход на природный газ уже ведет к заметному уменьшению выбросов СО2. Еще лучше показатели при использовании тепловых насосов.