Стремясь обеспечить комфортный и здоровый микроклимат, многие владельцы помещений устанавливают системы отопления и вентиляции, кондиционеры и воздухоочистители, прочее оборудование, помогающее контролировать температуру, уровень влажности и загрязнения воздуха. Все эти приборы часто требуют значительных затрат не только на этапе приобретения и монтажа, но и в ходе эксплуатации. Инженеры, конструкторы и изобретатели регулярно работают над тем, чтобы предложить рынку новые решения. Благодаря этому сегодня можно купить тепловые насосы, которые экологичнее и экономичнее многих других устройств. Все больше людей, узнавая о преимуществах данного оборудования, выбирают его для домов, квартир, коммерческих и прочих объектов. Мы с коллегами заинтересовались вопросом — кто изобрел тепловой насос, когда и для чего его использовали ранее, ведь часто изначальная задумка отличается от того, как потом реализована идея. Теперь мы хотим поделиться информацией с вами.
История изобретения: когда и где придумали тепловой насос
Для начала хотим напомнить, что современные тепловые насосы, относятся к электрооборудованию, которое может собирать, перемещать и преобразовывать низко потенциальную тепловую энергию от возобновляемых источников в высоко потенциальную. В основе работы теплового насоса воздух-воздух, грунт-воздух, вода-вода, вода-воздух, воздух-вода, лежит тот же принцип, который используется в работе холодильных установок. Поэтому история создания теплового насоса отчасти связана с изобретением холодильников и морозильных камер. Если в естественной природе, где энергия передается от более теплого к холодному объекту, то тепловые насосы могут работать на охлаждение и обогрев, за счет реализации обратного термодинамического цикла и наличия контроля. Данное решение появилось далеко не сразу, ему предшествовали различные исследования, математические расчеты, теоретические выкладки.
История теплового насоса — от теории к практике
Проследить все теоретические изыскания, которые способствовали появлению тепловых насосов, очень сложно, ведь на появление идей, реализованных в современном оборудовании, повлияли работы:
- Уильяма Каллена, который в 1755 году создал первую установку, вырабатывающую холод искусственно;
- Оливера Эванса, который работал над инновационными для того времени холодильными установками с компрессорами. В результате в 1805 г. он представил научному сообществу свои расчеты по термодинамике и сформулировал принципы преобразования энергии, используемые в наши дни;
- Сади Карно, который в начале 19 века активно вел разработки, способствующие появлению теплового двигателя, работающего циклически. Он в 1824 году сформулировал и описал принцип работы холодильных установок;
- Якоба Перкинсона, получившего в 1834 году патент на установки, работающие с циклической компрессией для охлаждения.
Многие теоретики и практики делились с миром своими теоретическими выкладками, идеями и результатами практических изысканий, предлагали товары для отопления и установки для генерации холода. Достоверно сказать, кто придумал тепловой насос как идею, невозможно, ведь далеко не вся информация дошла до наших дней. На вопрос — когда был создан первый тепловой насос, большинство интернет-ресурсов повествуют про лорда Кельвина (Уильяма Томсона). Именно он считается тем ученым, кто изобрел первый тепловой насос. В 1852 году он представил миру научный труд, в котором подробно описал принцип работы тепловых насосов на основе переноса энергии от природных (возобновляемых) источников энергии в выбранные зоны. Его выкладки носили теоретический характер и способствовали тому, что этой темой заинтересовались другие ученые и изобретатели.
1852 год — период, когда были изобретены тепловые насосы
Как мы уже сказали выше, на вопрос в каком году был создан первый тепловой насос, большинство источников рассказывает про научный труд, в котором Уильям Томсон в соавторстве с Джеймсом Прескотом Джоулем изложили выкладки, подтверждающие про изменение температуры газообразного вещества в зависимости от давления. Основной постулат гласит, что при быстром расширении газа, если не происходит теплообмен с внешней средой, температура вещества снижается. Позже адиабатическое изменение температур в контуре с качественной теплоизоляцией назвали “Эффектом Джоуля-Томсона”. Проводимые ими опыты по перемещению газа по трубкам, в которых наблюдался постоянный перепад давления, за счет частичного перекрытия дросселей, установки мембран, вентилей и прочих препятствий, подтолкнуло других изобретателей на изобретение теплового насоса. Так как учеными использовалась энергия воздуха, то именно их работы легли потом в основу проектирования и изобретения теплового насоса воздух-вода и воздух-воздух.
Как работали тепловые насосы Томсона-Джоуля — просто о сложном
В лаборатории, где изобрели тепловой насос, был создан контур, для работы которого воздух всасывался с улицы с помощью цилиндров. Затем он расширялся в теплообменник, что обеспечивало понижение температуры. После начинался процесс перемещения по капиллярному контуру, в котором постепенно менялось давление. Сжатый воздух после дополнительного нагрева поступал в помещение, которое нужно было обогревать. Вся система приводилась в действие паровой машиной, работающей на твердом топливе.
Когда появились тепловые насосы со слов изобретателей, первые прототипы могли обогревать помещение, используя порядка 3 % энергии от объема, который затрачивался другими установками, для прогрева радиатора для отопления того времени. К тому же в процессе исследований стало понятно, что системы, изучаемые Сади Карно и Уильямом Томсоном могут использоваться как для обогрева, так и для охлаждения.
История развития тепловых насосов — усовершенствования и инновации
После того как миру были презентованы научные труды, доказывающие, что изменение давления газа в теплоизолированном контуре способствует нагреву и охлаждению, многие ученые в разных уголках планеты начали работать над практическим применением данных знаний. С этого момента история изобретения теплового насоса стала активно развиваться.
1855 год — презентация усовершенствованного теплового насоса
Изучив работы лорда Кельвина, австрийский ученый и первопроходец в области переработки полезных ископаемых, Петер Риттер фон Риттингер представил в 1855 году миру свою установку с тепловым насосом. Также он подготовил несколько работ, в которых более детально описал работу системы и ее возможности в различных исходных условиях, чем это было сделано лордом Кельвином.
1873 год — презентация компрессорной машины, работающей на охлаждение
Сегодня каждый из нас может заказать монтаж тепловых насосов в Киеве и других населенных пунктах, которые будут работать не только на обогрев, но и на охлаждение. А для жителей Европы в 19 веке, настоящим событием стала презентация изобретения немецкого инженера Карла фон Линде. Он вошел в историю как тот, кто сделал первый тепловой насос, что использовался для охлаждения в коммерческих целях.
Его система была оснащена компрессором, как и современные холодильники, но вместо фреона в качестве рабочего вещества использовался аммиак. Такое решение многие называли прорывом в эволюции холодильных установок.
1912 год — презентована идея получения тепла из грунта
Если до начала 20 века большинство исследователей рассматривали в качестве источника энергии окружающий воздух, то теперь ситуация изменилась. Если вы поинтересуетесь в каком году изобрели тепловой насос, который работал с грунтом, то узнаете о работах Генриха Золи, который жил и работал в Швейцарском Цюрихе. Именно он в 1912 году презентовал свои исследования и описал работу газотурбинных установок, приводимых в движение паровыми машинами для поглощения энергии земли. Сегодня, изучив доступную технику, вы встретите далеко не один гибридный тепловой насос, который работает на основе изложенных Золи принципов, тогда его идея была новой и далеко не сразу обрела популярность.
Практически через 8 лет, изучив работы Золи, в 1920 году В.А. Михельсон предложил миру свой проект. Его установка комплектовалась паровым компрессором и должна была использовать тепло, которое накопилось грунтом в солнечные дни. Однако установки того времени были примитивными и нуждались в доработках.
1927 год — первая система отопления на основе теплового насоса
Если анализировать всю информацию о том, в каком году появились тепловые насосы наиболее подобные современным, то стоит отметить работу Джона Холдена, который в 1927 году в Шотландии установил в своем доме систему, созданную собственноручно. Конструкция была схожа с холодильной машиной, работающий от электропривода на 5 кВт. Эта аэротермическая установка получала тепло от уличного воздуха и передала его воде. Его установка давала возможность обогревать помещение с коэффициентов СОР более 2, что стало прорывом для того времени.
1940-е годы — использование тепла от холодильных установок для нагрева воды
Сегодня многие активно используют альтернативные источники отопления в Украине, не задумываясь о том, как изобрели тепловой насос, и пришли к мысли использовать низко потенциальную энергию природы во благо. Одним из тех, кто способствовал этому, стал Роберт Вебер. Он в 1940-х годах случайно выяснил, что при работе холодильных камер выделяется тепловая энергия. Ради эксперимента, он решил пропустить горячую трубу через бак с водой. Таким образом, он создал аналог бойлера косвенного нагрева и обеспечил своих близких горячей водой. Так как объем нагреваемой воды превышал потребности в ней, ради эксперимента часть нагретой воды он пустил по змеевикам, и за счет этого обогревал дом.
Продолжая размышлять над усовершенствованием системы, он попробовал брать тепло из грунта вокруг дома. Для этого он закопал медные трубы и заполнил их фреоном. Такое решение названо “непосредственным кипением”, и на данный момент оно все еще актуально и считается высокоэффективным.
1950-е годы — расширение ассортимента тепловых насосов
Активное развитие промышленности и науки способствовало тому, что на рынке появлялись новые холодильные установки и электрокотлы для отопления. Среди прочих внимание заслуживает система Ферранти, которая одновременно охлаждала кладовую с продуктами и обогревала остальные помещения. Основным элементом выступал аккумулирующий тепло бак и компрессор мощностью 0,4 кВт. При затратах энергии 0,7 кВт зимой и летом до 1,3 кВт, система изменяла температуру в среднем на 11 °С. На тот момент такое решение было доступно лишь обеспеченным слоям населения, так как затраты на обогрев превышали те, что были при подключении к центральным котельным. К тому же изначальная цена на водонагреватели с тепловым насосом такого типа была высокой. Снизить ее удалось, когда изготовление систем поставили на конвейер — в 1952 г. их выпустили порядка 1000 штук, а в 1957 году уже около 10 000 штук.
1963 год — признание рынком тепловых насосов
Регулярный рост цен на энергоносители, способствовали популяризации тепловых насосов. К 1963 году было выпущено и установлено более 76 тыс. установок, которые работали, как и современные кондиционеры тепло холод в Украине. Основным пользователем оборудования стали южные штаты в США, так как для них было актуально качественное кондиционирование летом и экономичный обогрев зимой. Мягкий климат, позволил эффективно заменить 2 устройства (кондиционер и котел) на одно. Но при попытках использовать подобные системы в штатах с более холодным климатом, стало ясно, что ресурса установок недостаточно. Поэтому темп производства и продаж снизился. На данный момент тепловые насосы активно применяются в разных странах в качестве дополнительных приборов, которые привлекают экономичностью и экологичностью.
Надеемся, что прочитав эту статью, вы смогли составить свое представление о том, кто и когда изобрел первый тепловой насос для обогрева помещений, использования в холодильных установках и прочих отраслях. Если вы решите установить у себя подобное оборудование, но еще не уверены, что можете грамотно выбрать тепловой насос самостоятельно, обратитесь за консультацией к экспертам ВЕНКОН. Мы не только продаем технику, но и в штате нашей компании есть инженерно-проектный отдел, технические специалисты, выполняющие монтаж и обслуживание установок, поэтому мы предложить широкий спектр услуг и разноплановую информацию.
