Германия движется к энергоснабжению, в котором преобладает электричество, высококачественная форма энергии, благодаря ветровой и солнечной энергии. Но в производстве тепла, на которое по-прежнему приходится около 40 процентов энергопотребления в стране, по-прежнему доминируют нефть, газ и неэффективные электрические системы отопления. Как можно эффективно вырабатывать тепло из электроэнергии, а в идеале еще и временно хранить его? Ключевыми технологиями для этого являются новые электрические и газовые тепловые насосы.

Исследователи из Института Фраунгофера по солнечным энергетическим системам ISE во Фрайбурге исследует две похожие технологии, принцип работы которых знаком по холодильнику: хладагент испаряется под низким давлением, извлекая при этом тепло из окружающей среды, и в холодильнике становится холодно. Затем хладагент сжимается, что повышает давление и температуру кипения, и хладагент снова конденсируется. При этом он снова высвобождает ранее поглощенное тепло, и цикл начинается заново.

Тепловые насосы для отопления используют тот же принцип и извлекают тепло из окружающего воздуха или грунта, которое они используют для обогрева жилых помещений. При использовании этих машин требуется лишь небольшое количество энергии, такое как газ или электричество, которого будет достаточно для работы насосного контура и транспортировки необходимого тепла из окружающей среды в помещения. Это гораздо эффективнее, чем преобразование электроэнергии или газа в тепло. Разумеется, потери здесь неизбежны, но при использовании газовых тепловых насосов в среднем на каждый киловатт-час, затраченный на перекачку, извне в дом можно получить до 1,5 киловатт-часов тепла. В этом случае можно говорить о коэффициенте использования 1,5 в год.

Эффективный холодно-горячий цикл

Электрические тепловые насосы, в которых насос с электрическим приводом приводит в движение контур, появились на рынке уже некоторое время назад. Газовый тепловой насос, с другой стороны, является новым, поскольку сила притяжения воды так называемым адсорбентом заменяет мощность электрического насоса. Адсорбент, заполняющий камеры насоса и обычно состоящий из минерального соединения цеолита, притягивает парообразный хладагент. Как только хладагент оседает на поверхности цеолита, он высвобождает свою энергию в виде тепла, которое передается в дом через отопительный контур. На втором этапе циклического процесса высокоэффективная газовая горелка снова высушивает цеолит, возвращая его в исходное состояние вместе с функцией откачки. Выброшенный водяной пар и оставшаяся часть тепла от сгорания дополнительно используются для отопления. Существует и другая, похожая техника, основанная на поглощении жидкостей. Ученые могут моделировать в лаборатории различные погодные и отопительные ситуации, чтобы детально измерить и оптимизировать работу отдельных компонентов.

Хранение излишков в доме

Использование теплового насоса имеет различные преимущества. В долгосрочной перспективе можно эффективно отапливать газом, полученным из энергии ветра, так же эффективно, как и чисто возобновляемой электроэнергией. Старые газовые котлы или масляные системы отопления также могут быть легко переоборудованы или заменены новыми и компактными тепловыми насосами. Простой воздуховод отводит наружное тепло к насосу. Кроме того, почти всегда можно подключиться к газу или электричеству. Хорошо изолированные новые здания с подогревом пола очень медленно реагируют на тепловые потоки. Если вы включите отопление, то потребуется много времени, чтобы оно нагрелось. Однако, как только он там появляется, тепло сохраняется очень долго. Таким образом, при избытке энергии можно предварительно нагревать воду и стены, которые могут использоваться в течение многих часов и дней, когда ветер и солнце уже давно прекратили подачу электроэнергии.