Хён Чанг/The Denver Post через Getty Images
В дискуссиях о декарбонизации жилого сектора США акцент традиционно делается на замену газовых печей и котлов, работающих на токсичном топливе, однако, по мнению экспертов, не менее важно обратить внимание на электрические обогреватели — устройства, которые по своему принципу действия напоминают гигантский тостер, согревающий помещение, а не хлеб. Альтернативой им выступают тепловые насосы, способные извлекать тепло даже из морозного наружного воздуха и перекачивать его внутрь здания — аналогично тому, как холодильник переносит тепло из своей камеры на кухню (именно поэтому задняя стенка холодильника всегда теплая). Специалисты в области надежности утверждают, что для снижения выбросов парниковых газов и улучшения здоровья населения необходимо ускорить переход на тепловые насосы, однако реже упоминается, что эти «гигантские обратные холодильники» способны сделать дома не только более комфортными и эффективными, но и значительно дешевле в обогреве.
Согласно отчету некоммерческой энергетической группы RMI, каждый пятый дом в Соединенных Штатах отапливается преимущественно с помощью электрического сопротивления. Замена таких устройств на тепловые насосы позволяет домохозяйствам экономить в среднем 1530 долларов в год, что в масштабах всей страны составляет 20 миллиардов долларов ежегодно (при этом расчеты учитывают только дома на одну семью, исключая многоквартирные здания). Помимо финансовой выгоды, существенно снижается нагрузка на электросеть: общий объем выбросов углекислого газа от систем климат-контроля и отопления в домах, перешедших на тепловые насосы, сокращается примерно на 40 процентов. «Для энергосистемы существует множество преимуществ, которые также выражаются в более низких тарифах, — отметил Райан Ши, менеджер программы RMI по безуглеродному строительству. — Соответственно, будет потребляться меньше энергии».
Принцип сверхэффективности: как тепловые насосы превосходят традиционные системы
Электрические тепловые насосы демонстрируют выдающуюся эффективность благодаря хитроумному трюку: изменяя давление хладагентов, они извлекают тепло из наружного воздуха или жидкостей, циркулирующих под землей, и переносят его в помещение (летом процесс обратный, обеспечивая охлаждение подобно кондиционеру). В отличие от печей или обогревателей, генерирующих тепло путем сжигания ископаемого топлива или использования электричества, эти приборы лишь передают тепловую энергию из одного места в другое. В результате тепловые насосы обладают коэффициентом полезного действия (COP), эквивалентным примерно трем, что означает производство трех единиц тепла на каждую единицу потребленной электроэнергии — иными словами, их эффективность достигает 300 процентов. Это в три раза превосходит показатель нагрева резисторов, чей КПД равен единице, тогда как даже самые производительные газовые печи функционируют значительно ниже этого уровня.
Тепловые насосы могут заменять как электрические обогреватели, так и газовые печи во всех типах домов. Для зданий без воздуховодов предусмотрены блоки, встраиваемые в стену для обмена воздухом между улицей и помещением. При наличии воздуховодов внутренний блок заменяет печь и соединяется с наружным блоком, осуществляющим теплообмен. Если же срок службы имеющегося кондиционера подходит к концу, установка теплового насоса обеспечивает одновременно и охлаждение, и сверхэффективный обогрев. «Это своего рода правильная отправная точка для многих людей, чтобы начать думать о тепловых насосах, — пояснил Ши, — когда их кондиционер нуждается в замене».
Современные тепловые насосы следующего поколения также ориентированы на жилые квартиры. Например, компания Gradient активно сотрудничает с владельцами зданий, адаптируя свои решения для многоквартирных домов, что расширяет возможности применения этой технологии в условиях плотной городской застройки.