Тепловой насос

Тепло само по себе течёт от горячего к холодному — это второе начало в формулировке Клаузиуса. Тепловой насос нарушает течение не чудом, а платой: компрессор расходует работу, и за её счёт тепло перекачивается в обратную сторону, от улицы или грунта — в дом. Цикл тот же, что у холодильника, отличается полезный продукт: холодильнику нужна выморозка холодной камеры, насосу — подогрев горячего контура. Показатель эффективности — коэффициент преобразования: $\epsilon =Q_{\text{гор}}/A$, сколько тепла доставлено на единицу затраченной работы. И вот сюрприз для первого знакомства: этот коэффициент законно бывает больше единицы, потому что в числителе не только оплаченная работа, но и бесплатное уличное тепло.

Предел задаёт цикл Карно, прочитанный задом наперёд: $\epsilon \le T_{\text{гор}}/(T_{\text{гор}}-T_{\text{хол}})$. Пример: дом при $295$ К, улица при $270$ К — потолок $295/25\approx 11,8$. Реальные машины дают $3$–$5$: разница — компрессор с неидеальным циклом, теплообменники с конечной разностью температур, размораживание испарителя. Числа $3$–$5$ означают, что на киловатт электричества дом получает три–пять киловатт тепла — против одного киловатта у электронагрева, и вся экономика насоса живёт в этой разнице. Чем ближе температуры, тем богаче коэффициент: поэтому грунт при $8$–$10^{\circ }$C выгоднее зимнего воздуха. Теоретический фундамент — в терминах второе начало термодинамики, ходы цикла — в уроке процессы и циклы.