Под знаком необратимости (Очерки о теплоте)

Как это ни удивительно, Силач может справиться с отоплением лучше, чем Огнепоклонник Это можно пояснить с помощью гидравлической аналогии Пусть нужно заполнить водой бак, расположенный на высоте 1 м над уровнем моря. В распоряжении наших героев есть источник воды, расположенный выше уровня моря на 100 м. Проще всего соединить оба бака трубой и перелить из верхнего в нижний 1 м3. Но посмотрите, во что обошлась эта простота! 99 тыс. кг. м механической работы растратились зря, превратившись в теплоту в нижнем баке. Печка — это как раз и есть такое «простое решение». Ведь топливо сгорает при 1000 °C, а в комнате нужно поддерживать всего 20 °C. При печном отоплении перепад температур в 980 °C растрачивается впустую, идет на увеличение энтропии. Именно так и действует Огнепоклонник.

Силач же предлагает более сложное, но более эффективное решение. Надо воду из верхнего бака сливать в море через водяную турбину, соединенную с насосом. Насос засасывает воду из моря и поднимает ее на высоту всего 1 м. В идеальном случае каждый килограмм воды из верхнего бака отдает турбине 100 кг. м А этих 100 кг. м, приложенных к насосу, хватает на то, чтобы поднять с уровня моря на высоту 1 м 100 кг воды! Значит, всего 10 кг воды из верхнего бака окажется достаточно для того, чтобы заполнить нижний, емкостью в 1 м3. Тепловой насос выполняет точно такую же работу, как насос в нашем примере, а тепловой двигатель играет роль водяной турбины.

Мы уже говорили, что, сжигая какое-то количество топлива в печке, можно подвести к воздуху в комнате, скажем, 1 ккал тепла. Если то же количество топлива сжечь в топке теплового двигателя, то в механическую работу удастся превратить лишь часть этого тепла, ну, процентов 20, что эквивалентно 85 кг/м. Подведем теперь эти 85 кг/м к тепловому насосу, и он «накачает» в помещение минимум в 6 раз больше теплоты, то есть 6X85 = 510 кг/м, или 1,2 ккал. Вместо 1 ккал — 1,2 ккал. Выходит, с точки зрения отопления выгоднее сжигать топливо не прямо в печке, а через цепочку «тепловой двигатель — тепловой насос».

Кельвин не ограничился только расчетами. Больше ста лет назад он сделал попытку, осуществить отопление с помощью теплового насоса. Но, увы, воздушная машина, которую он пытался приспособить для этой цели, оказалась слишком неэкономичной, большой по размерам и ненадежной. Она не смогла, конечно, конкурировать с дешевым углем. Эта идея была оставлена почти на 100 лет.

Специалисты, которые в прошлом столетии разрабатывали и совершенствовали холодильное оборудование, едва ли подозревали о том, что они своей работой подготавливают возрождение идеи, предложенной Кельвином. Ведь холодильная машина и тепловой насос — это один и тот же механизм, и обычный домашний холодильник — прекрасная отопительная система. Работая, он нагревает воздух в помещении, передавая ему превращенную в тепло механическую работу, совершенную электродвигателем, и тепло, отнятое у продуктов в камере холодильника. Чтобы улучшить экономичность такой холодильной машины и превратить ее в настоящий тепловой насос, надо охлаждать не продукты, а воду, почву или атмосферный воздух.