geo-comfort@yandex.ru
Реализатором идеи грунтовых (земляных) геотермальных тепловых насосов, которые получили в дальнейшем реальное практическое применение особенно для северных стран, считается изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер (Robert C. Webber). В середине 40-х годов ХХ столетия Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе из морозильной камеры и понял, что тепло просто
выбрасывается наружу. Изобретатель задумался над тем, как использовать это тепло, и решил поместить трубу в бойлер для нагрева воды. В результате Вебер обеспечил свою семью таким количеством горячей воды, которое они физически не могли использовать, при этом часть тепла от нагретой воды попадала в воздух. Это подтолкнуло его к мысли, что от одного источника тепла можно нагревать и воду, и воздух одновременно, поэтому Вебер усовершенствовал свое изобретение и начал прогонять горячую воду по спирали (через змеевик) и с помощью небольшого вентилятора распространять тепло по дому с целью его отопления. Со временем именно у Вебера появилась идея «выкачивать» тепло из земли, где температура не слишком изменялась в течение года. Он поместил в грунт медные трубы, по которым циркулировал фреон. На сегодняшний день такая технология извлечения тепла с грунта называется непосредственным кипением и считается самой эффективной.
В 50-е годы было выпущено много мелких тепловых насосов домашнего применения. Наиболее примечателен холодильник-нагреватель Ферранти, осуществляющий одновременно охлаждение пищевой кладовой и подачу отведенного тепла при повышенной температуре для нагрева воды. Аккумулятором тепла служил бак на 136 л, нагреваемый зимой мощностью 0.7 кВт и летом в жаркие месяцы мощностью 1.3 кВт. Мощность компрессора 400 Вт, температура кладовки снижается в среднем на 11° С. Интересно, что установка была отнесена к предметам роскоши и на нее произведена наценка на 60%, что отпугнуло возможных покупателей.
Тепловой насос в Наффилд колледже (Оксфорд), который существует и внастоящие дни, хотя и не работает, был запроектирован в 1954 г. Источник тепла – сточные воды с температурой 15-24° С. Привод компрессора от дизеля мощностью 31 кВт, общий КОП составляет около 4. Стоимость тепла, выдаваемая эти тепловым насосом была выше, по сравнению с теплом от котельной, и ниже, по сравнению с тепловым насосом с электроприводом. Такое соотношение делало эту установку вполне конкурентно способной.
В конце 40-х годов в США было установлено, что коммерческий успех будет выше, если производить «агрегированные» установки, полностью собранные на заводе-изготовителе и встроенные в дома. В 1952 г. такие тепловые насосы поступили на рынок в большом количестве. В первый год было выпущено 1000 ТН, в 1954 г. в 2 раза больше, а в 1957 г. — в 10 раз больше. В 1963 г. было выпущено 76000 ТНУ, причем большинство из них установлено в южных штатах, где требуется летнее охлаждение и отопление зимой. Такие тепловые насосы успешно конкурируют с обычными котлами, дающими только тепло.Проблемы возникли, когда эти установки начали применять в холодных северных штатах и выявился их недостаточный ресурс. За «агрегированными» тепловыми насосами установилась репутация ненадежных устройств. Это привело к прекращению роста выпуска в начале 60-х годов вплоть до 1971 г., когда снова начался их рост. За период застоя производства были разработаны новые, более надежные агрегаты и, что более важно, изготовители помогли инженерам, устанавливающим и наблюдающим за агрегатами, лучше ознакомиться с ними. Было проведено несколько исследований надежности, а в 1974 г. Институт охлаждения и кондиционирования воздуха выдвинул программу аттестации и классификации тепловых насосов по их назначению. Эта работа продолжается в настоящее время. В 60-е годы стоимость электроэнергии в США сильно снизилась, что дало преимущества прямому электроотоплению в ущерб тепловым насосам, спрос на которые упал и в связи с ненадежностью.Энергетический кризис в 1973 г. положил начало новому периоду быстрого роста интереса к тепловым насосам. В 1976 г. было продано 300 тыс. агрегатов, а их полное число в США превышает 2 млн.
В начале 80-х интерес к тепловым насосам растет как никогда. В Европе, Япопии и США выпускают установки для теплоснабжения квартир, общественных зданий и промышленных процессов. Международное энергетическое агентство (МЭА) и Европейское экономическое сообщество (ЕАС) выдвинули крупные проекты развития тепловых насосов с демонстрацией усовершенствованных конструкций и способов применения.
Геотермальный тепловой насос был установлен даже в широко известном небоскребе Нью-Йорка The Empire State Building.
Самая большая теплонасосная система энергоснабжения в мире установлена в Луисвилли, США.
В середине 70-х во время очередного кризиса, несмотря на низкие цены на энергоносители, появился интерес к энергосбережению. Джим Бозе директор отдела инженерных технологий в государственном университете штата Оклахома. Именно тогда доктор Джим Бозе, сегодня профессор Университета штата Оклахома, случайно наткнулся на старый инженерный текст о концепции тепловых насосов. Доктор Бозе, решив помочь домовладельцу, приспособил тепловой насос для обогрева бассейна. Это положило начало новой эре в области геотермальных систем.
В 1980 г. в США работало около 3 млн. теплонасосных установок, в Японии 0,5 млн, в Западной Европе 0,15 млн.
В 1987 г. создана Международная Ассоциации Грунтовых Тепловых Насосов (International Ground Source Heat Pump Association — IGSHPA). IGSHPA является некоммерческой. Миссия ассоциации продвижение государствами-членами организации технологий грунтовых тепловых насосов (ground source heat pump - GSHP) на местном, государственном, национальном и международном уровнях. Штаб-квартира находится в университетском городке штата Оклахома в Stillwater. IGSHPA реализует демонстрационные установки и проведит геотермальные исследования. Благодаря достижениям IGSHPA в области геотермальной энергетике мировая промышленность получает новейшие технологии и ставит их на пользу всему человечеству. Исполнительным директором IGSHPA является именно доктор Джим Бозе.
В 1993 г. общее количество работающих теплонасосных установок (ТНУ) в развитых странах превысило 12 млн, а ежегодный выпуск составляет более 1 млн.
В 2000г. с США насчитывалось уже более 50 крупных компаний, занимающихся производством тепловых насосов. К 2003 году общее количество ТНУ превысило 25 млн. единиц. Тепловые насосы перестали быть роскошью стали доступны. Разнообразие моделей позволяет как проектировать новые отопительные системы, так и модифицировать старые. Экономия энергоресурсов с лихвой покрывает затраченные средства.
Ежегодно количество производимых теплонасосных установок увеличивается от 30 до 40%, а в некоторых странах до 100%. В 2004г. в Германии продано более 20 тысяч установок, а в Норвегии 48 тысяч установок.
На 2005г. в мире установлено 18 миллионов тепловых насосов, из которых примерно 26% ( 4,7 миллиона аппаратов) смонтировано в Европе. Около 5,7 миллионами систем в Японии, где теплонасосное оборудование является основным в обеспечении отопления всего жилого фонда. В Соединенных Штатах насчитывается 2,5 миллиона установленных агрегатов, а еще только развивающийся китайский рынок достиг уровня 1 миллиона систем.
По данным недавнего опроса, проведенного одним из крупнейших мировых производителей холодильных компрессоров, общий объем производства тепловых насосов типа «грунт-вода», предназначенных только для отопления взамен отопительных газовых и жидко-топливных котлов, составил в Европе 63 000 в 2006 году, 85 000 в 2007 году и 125 000 в 2008 году.
В настоящее время в Японии уже эксплуатируют более 10 млн. тепловых насосов, в США ежегодно выпускается более 1млн. тепловых насосов, Швеция получает 50% тепловой энергии, используя тепловые насосы.
Массовое производство тепловых насосов налажено практически во всех раз-витых странах. По прогнозу Мирового энергетического комитета к 2020 г. в передовых странах доля отопления и горячего водоснабжения с помощью тепловых насосов составит 75%.