История тепловых насосов

История возникновения и развития устройства под названием
«тепловой насос».

Историю создания тепловых насосов принято исчислять с 1852г., с того момента, когда выдающийся британский физик и инженер Уильям Томсон (лорд Кельвин) предложил практическую теплонасосную систему, которую назвал  «умножителем тепла». Однако, любым практическим решениям и опытным образцам всегда предшествуют глубокие теоретические труды и долгие практические опыты. Поэтому, некоторые современные исследователи считают 1824г. - годом возникновения холодильной машины, когда 28-летний французский физик, основоположник термодинамики, Сади Карно (Carnot 1796 -1832) сформулировал принципа работы теплового насоса.   Учитывая, что принцип устройства теплового насоса идентичен холодильнику, то историю возникновения теплового насоса правильней исчислять с попыток человечества получить искусственно холод, как практическим трудом, так и теоретическими исследованиями.
Итак, история создания и сохранения холода.  
Еще за тысячу лет до нашей эры мудрые китайцы собирали в морозную погоду лед с рек и озер и заполняли им погреба (создавая ямы-ледники), а летом там сохраняли продукты. Таким нехитрым способом, имевший место быть еще несколько десятилетий назад на Руси, пользовались многие другие древние цивилизации, например, греки и римляне.
Широко применяемое в настоящее время испарительное охлаждение, в основе которого лежит принцип PDEC(passive downdraught evaporative cooling) — пассивного испарительного охлаждения с естественной тягой, возникло в Египте еще 2500г. до нашей эры, что запечатлено на фресковой живописи (рабы обмахивающие кувшины с водой). Этот же способ охлаждения воды описывал  древнегреческий  философ Протагор (5V до н.э.).
До  начала 16 века человечество так и не сдвинулось с места в попытка понижение температуры, кроме как с помощью испарения. В начале 16 века появились первые попытки охлаждения воды с помощь специальных солей (эндотермическая реакция – реакция с поглощением теплоты). Della Porta (1589 г.),Фрэнсис Бэкон (Francis Bacon), Accademia del Climento во Флоренции (1657), Робертом Бойлем (Robert Boyle, 1662) и Philippe Lahire - неполный список исследователей пытавшихся охладить воду и снег различными солями.  Роберт Бойль (1672-1691) был одним из первых ученых, которые систематически проводили исследования в области получения холода.
Открытие того, что вода в вакууме испаряется при низких температурах, сделанное  англичанином Робертом Бойлем и немецким физиком Отто фон Герике (Guericke) в конце XVII в., считают началом разработки холодильных машин.
Немалый научный вклад в получение низких температур внес русский академик М.В.Ломоносов (1711 – 1765), написавший в 1744 г. свою работу «Размышления о причине теплоты и холода». Использование концепции механико-химического охлаждения с помощью хладагентов началось в 1748 году. Появление термометра впервые позволило наглядно увидеть эффект охлаждения. Так, академик Г.В.Рихман (G.Richmann) из Санкт-Петербургской Академии наук опубликовал свои опыты по холоду.
В 1755 году известный хирург и терапевт, профессор медицины университета Глазго Уильям Каллен (Dr. William Cullen, Glasgow, Scotland) сконструировал хитроумную установку, в которой эфир, испаряясь, в виде газа переходил в другую емкость, где, конденсируясь при комнатной температуре, отдавал в атмосферу отобранное в холодильной камере тепло. Именно вакуум позволил Каллену понизить температуру кипения диэтилового эфира ниже комнатной.Так был сконструирован аппарат, показавший на практике возможность постоянной генерации холода в циклическом процессе. На основе этой технологии работает большинство современных бытовых холодильников.
В 1805 г. американец Оливер Эванс (Oliver Evans)(1755-1819) был, очевидно, первым, кто точно описал замкнутый испарительно-компрессионный цикл охлаждения. Инженер - изобретатель, известный своими разработками в области совершенствования паровых двигателей, спроектировал охлаждающую установку, основанную на эффекте, продемонстрированном Калленом. Хладагентом в установке должен был быть диэтиловый эфир. Проект простой и эффективно работающей холодильной машины предлагал использовать замкнутый, позволяющий легко управлять процессом, компрессионный цикл: компрессор сжимает под давлением пары хладагента, повышая этим его температуру кипения и позволяя сконденсироваться в охлаждаемом воздухом конденсаторе; из конденсатора через регулировочный вентиль хладагент попадает в вакуум-испаритель, где он закипает и испаряется, отбирая затрачиваемое на это тепло в окружающей среде, и вновь втягивается компрессором в конденсатор. Таким образом, разницу давлений в испарителе и конденсаторе и, соответственно, температуру охлаждения, достигаемую в испарителе (а она зависит от глубины вакуума), можно регулировать, всего лишь открывая или закрывая регулировочный вентиль. Свою установку Эванс так и не построил.
Одновременно с  разработкой компрессионных установок, где успехи были очевидны, шли разработки и альтернативных методов получения холода.
В 1810 г. англичанину Джону Лесли (John Leslie) (1766 – 1872), профессору математики Эдинбургского университета (Шотландия), удалось получить первый искусственный лёд, по технологии основанной на процессе абсорбции (поглощения) сернистого газа водой. Достоинством данного процесса является то, что в процессе отсутствовали   движущиеся части, а в качестве источника энергии использовался обогрев с помощью, обычной тогда, угольной топки. Это было важным фактором в ХIХ веке, когда уровень развития техники затруднял создание достаточно мощных и компактных компрессоров, необходимых для работы холодильной установки компрессионного типа. Несмотря на это, первое работающее холодильное устройство абсорбционного типа было создано спустя сорок лет в 1850 г.
В 1824 г. вышла первая и единственная работа Николя? Леона?р Сади? Карно? (Nicolas L?onard Sadi Carnot) (1796—1832)—великого французского физика и математика— «Размышления о движущей силе огня и о машинах, способных развивать эту силу». Эта работа считается основополагающей в термодинамике. В ней был произведен анализ существующих в то время паровых машин, и были выведены условия, при которых КПД достигает максимального значения (в паровых машинах того времени КПД не превышал 2%). Помимо этого там же были введены основные понятия термодинамики: идеальная тепловая машина, идеальный цикл (Цикл Карно), обратимость и необратимость термодинамических процессов.
И вот в1834 г. свершилось -  искусственное производство льда из мифа превратилось в реальность -  в США получен первый патент на технологию искусственного охлаждения. Имя разработчика и патентообладателя  механической установки для производства искусственного льда - Джейкоб Перкинс (Jacob Perkins)(1766-1844). Компрессионный механизм, работавший на диэтиловом эфире, является прообразом современных компрессорных холодильных машин. Машина Перкинса содержала сосуд, где при низком давлении и температуре кипел этиловый эфир. Теплота для кипения эфира забиралась у охлаждаемой среды через стенки сосуда. Пары эфира компрессор сжимал и направлял в змеевик. При сжатии паров температура их повышалась. При охлаждении в змеевике пары эфира конденсировались и после дросселирования (а это сопровождалось снижением давления и температуры) в жидком состоянии эфир опять направлялся в сосуд. Машина содержала все основные элементы современных холодильных машин. Так был получен первый искусственный лед, с помощью которого еще долгое время удовлетворялись потребности в холоде. Так  одна из первых установок круглогодичного кондиционирования воздуха была смонтирована в 1834 г. в здании английского парламента.  Она была предназначена для охлаждения воздуха в помещении путем разбрызгивания воды, охлаждаемой льдом.
В том же 1834 г. француз Жан Шарль Атаназ Пельтье (Jean Charlies Athanase Peltier) открыл обратный термоэлектрический эффект, т.е. обнаружил, что при пропуске электрического тока через спай разнородных металлов выделяется или поглощается теплота. Позже, уже в ХХ веке выяснилось, что аналогичный процесс идет на спае полупроводников, причем гораздо интенсивнее, чем на металлах. В дальнейшем открытие «эффекта Пельтье» было применено в производстве термоэлектрических кондиционеров, которые сегодня успешно используются на подводных лодках и самолетах. Этот эффект также широко применяется и в автомобильных холодильниках. Устройства называют «элементами Пельтье», причем работают такие устройства и в обратном цикле (генерируют электричества при перемещении сквозь них тепловой энергии.
В 1846 году  французские инженеры Фердинанд Карре (Ferdinand Carre) (1824-1900) и его брат Эдмонд Карре (Edmond Carre) изобретают цикл работы абсорбционной машины для промышленного производства льда и сконструировали охлаждающую машину, работающую по принципу сжатия и расширения воздуха (патент США 8080 от 1851 года). Это охлаждающее устройство работало на водно-аммиачной смеси. В 1850 г.- Эдмонд Карре разрабатывает абсорбционную холодильную машину. Установка по производству льда была запатентована в 1860 году. В 1862 году на Всемирной выставке в Лондоне Ф.Карре представил свою машину, производившую до 200 кг льда в час. Эти первые образцы холодильных машин были очень громоздки и дорогостоящи, а используемые в них хладагенты (эфир, аммиак, сернистый газ) и образующаяся при растворении в воде сернистая кислота – ядовиты, едки, либо огнеопасны. Всё это тормозило практическое применение холодильных установок, хотя в 1866 г. уже было налажено их коммерческое производство.
В 1852 г. лорд Кельвин, сэр Уильям Томсон (Sir William Thomson, Lord Kelvin) разработал концепцию работы теплового насоса, открыл совместно с Джеймсом Прескоттом Джоулем (James Prescott Joule) эффект охлаждения газа при адиабатическом расширении. «Эффект Джоуля-Томсона» - изменение температуры газа в результате медленного протекания под действием постоянного перепада давления сквозь дроссель – местное препятствие потоку газа (капилляр, вентиль или пористую перегородку, расположенную в трубе на пути потока). Течение газа сквозь дроссель (дросселирование) должно происходить без теплообмена газа с окружающей средой, т.е. адиабатически. Опытным путем было установлено, что при медленном стационарном адиабатическом протекании газа через пористую перегородку его температура изменяется. Также лорд Кельвин развил термодинамическую теорию термодинамических явлений и предсказал явление переноса тепла электрическим током («термоэлектрический эффект Томсона»).
На рисунке представлена схема ТН типа Томсона, как видно, предложенный Томсоном тепловой насос использует в качестве рабочего тела воздух. Окружающий воздух засасывается через отверстие 1 в цилиндр 2, расширяется и от этого охлаждается, а затем проходит через теплообменник 3, где нагревается наружным воздухом. После сжатия с помощью паровой машины 5 через шатун 4 до атмосферного давления воздух из цилиндра 6 поступает в обогреваемое помещение 7, будучи нагретым, до температуры выше окружающей. Есть предположения о том, что фактически была реализована подобная машина была в Швейцарии. Томсон заявил, что его тепловой насос способен давать необходимое тепло при использовании только 3% энергии, затрачиваемой на прямое отопление.
Как уже упоминалось ранее с этого момента развитие холодильной и теплонасосной техники развивалось параллельно и человечество использовало компрессионную машину, как для создания холода, так и тепла. Мы же сосредоточимся на ключевых открытиях и достижениях особенно важных в области создания тепла теплонасосными установками или как еще говорят «перекачки тепла»  тепловыми насосами.
В 1855г. австрийским инженером Петером Риттер фон Риттингером (Peter Ritter von Rittinger)(1811—1872) был спроектирован и установлен первый известный тепловой насос. Риттингер детализировал и усовершенствовал концепцию теплового насоса предложенную лордом Кельвином. В 2005г. на 8-ой Конференции Международного Энергетического Агентства по тепловым насосам (International Energy Agency Heat Pump Conference) проходящей в Лас-Вегасе была учреждена Международная Премия Петера Риттер фон Риттингера — высшая награда в области кондиционирования воздуха, тепловых насосов и холодильников (медаль с изображением Петера Риттера фон Риттингера). Эта награда подчеркивает выдающийся вклад в развитие международного сотрудничества в области исследований, разработки политики и применения энергоэффективных технологий перекачки тепла. Она присуждается раз в три года на Международной конференции. Лауреатами 2005г. стали доктор Бернард Мпайнер, доктор Кацухико Нарита, г-н С. Нанс Ловворн, исследовательская группа GEMINI, г-н Уэйн Р. Риди, в 2008г. на 9-ой конференции МЭА HP , которая проходила 20–22 мая 2008 года в Цюрихе (Швейцария)  стали профессор Королевского Института Технологий (Стокгольм, Швеция) Эрик Гренрид (Prof. Eric Granryd), профессор Университета Иллинойс (США) Предраг Хнджак (Prof. Predrag S. Hrnjak) и доктор наук Джеральд Грофф (M. Sc. Gerald C. Groff). Следующая конференция посвященная ТН состоится в июне 2011г. в Японии в г.Токио.
В1873г. немецкий инженер-изобретатель Карл фон Линде (Karl von Linde) (1842-1934) - профессором механики в техническом колледже в Мюнхене (Германия) строит в Мюнхене первую компрессионную холодильную машину на аммиаке. В 1876 году Карл фонЛинде  изобрел первый стационарный холодильник, работающий на аммиаке. Линде отличался от пионеров раннего «коммерческого» охлаждения тем, что решал проблему охлаждения только с теоретических позиций. Один из историков в области холодильной техники сказал о Линде: «…он одновременно и ученый, и профессор, и инженер, и производственник – редко когда все эти качества присущи одному человеку».
Попытка в 1873 году создать бытовое холодильное устройство с использованием в качестве хладагента метилового эфира не имела коммерческого успеха, вследствие высокой огнеопасности последнего, поэтому пришлось перейти на аммиак. Однако и эта модель еще была достаточно громоздка и не годилась для домашнего использования.  Она нашла применение главным образом в промышленности. Через некоторое время, в 1895 году, используя свои разработки в области искусственного охлаждения, Карл фон Линде спроектировал и впервые в промышленности построил крупный завод по производству сжиженного воздуха и сжижению других газов, а шестью годами позже первым разработал технологию выделения жидкого кислорода из воздуха. Эта разработка позволила усовершенствовать многие промышленные технологии, в первую очередь в металлургии. Технология производства была основана на эффекте Джоуля-Томсона, т. е. технологическая цепочка строилась на охлаждении газа при его адиабатическом расширении, что позволило в тот период достигать сверхнизких температур с целью промышленного сжижения большего количества различных газов для их повсеместного применения в индустрии охлаждения.
С 1881 г. начинается массовое строительство холодильноков в Англии и США сопровождающееся новыми открытиями и практическими внедрениями в области хладопроизводительности.
В 1912г. в Цюрихе (Швейцария) швейцарским инженером мексиканского происхождения Генрихом Золи (Heinrich Zoelly) (1862–1937) известным исследователем в области паровых машин и газотурбинных установок был получен патент на технологию геотермальных тепловых насосов, т.е. на идею извлечения тепла из грунта.
Среди теоретических работ российских ученых видное место занимал геофизик и метеоролог  профессор Михельсон В.А.(1860 -1927), который в 1920 году разработал подобный проект парокомпрессионной установки с аккумулированием солнечного тепла в грунте.
Первую теплонасосную установку (ТНУ) для отопления своего дома построил в 1927 году в Шотландии собрал английский инженер Д. Холдейн. В качестве ТН была использована холодильная машина с электроприводом в 5 кВт. В установке имелось два испарителя. Один испаритель был установлен вне помещения и потреблял теплоту наружного воздуха, а другой испаритель был погружен в бак с проточной водой, установленный внутри помещения. Оба испарителя (в зависимости от температуры наружного воздуха) могли работать как самостоятельно, так и параллельно. Вода для отопительной системы нагревалась в конденсаторе до 37,8°С, поэтому необходимо было увеличить поверхность нагревательных приборов. Для повышения температуры воды, идущей на хозяйственные нужды, до 55°С Холдейн использовал электронагреватели. Летом ТНУ работала только ночью, запасая теплую во ду для хозяйственных нужд в специальном резервуаре и одновременно вырабатывая лед. Коэффициент преобразования первой в мире ТНУ достигал 2,3.В 1930г. Холдейн детально испытал и побробно описал схему и принцип работы своего теплового насоса, а так же результаты наблюдений.


В 1926г.  - группа исследователей во главе с Томасом Мидгли приступает к разработке нетоксичных и негорючих хладагентов, призванных заменить аммиак. В 1928г. – изобретен хладагент CFC (Chlorofluorocarbon) в лабораториях General Motors Research Lab. командой химиков в составе: Томаса Мидгли, Альберта Хенна и Роберта Макнари. В 1930г. Томасом Мидгли запатентован (патент под № 1833847 от 24 ноября 1931 года) и анонсирован хладагент под торговой маркой “Фреон” (фреон-12). Вещество было практически нетоксичным, негорючим и не вызывающим коррозии. Кроме того, оно обладало множеством весьма привлекательных свойств, одним из которых были простота и дешевизна производства, которые быстро возвели его в ранг «газа столетия».
В 30-х годах XX века после того, как  в Англии была создана первая установка предназначенная для отопления и горячего водоснабжения с использованием тепла окружающего воздуха, теплонасосные установки получили своё дальнейшее развитие. Это привело к началу работы в США и  созданию там нескольких демонстрационных установок. Одной из старейших ТН систем можно считать здание Объедененной штаб-квартиры освещения в New Haven, штат Connecticut, которая работает начиная с 1930 года.
В начале 30-х годов в США была сооружена вторая ТНУ. Она отапливала и кондиционировала воздух 13-этажного административного здания Южно-Калифорнийской компании Ќэдисонџ объемом 107 тыс. м3. ТНУ состояла из четырех компрессоров с электроприводами мощностью по 147 кВт каждый. Хладагентом служил хлорметан. Летом установка охлаждала здание, а зимой - отапливала. При очень морозные дни система догревалась электронагревателями.
В дальнейшем опытные ТНУ стали сооружать не только в Аншлии и США, но и в Швейцарии, Франции и Италии. В Швейцарии ТНУ широко применялись уже к концу 30-х годов. Этому способствовало наличие обильных водных ресурсов, которые позволили вырабатывать дешевую электроэнергию без топливных затрат. Теплопроизводительностью ТНУ были довольно большие. Например, в 1937 г. в Цюрихе в здании ратуши была сооружена система отопления с ТНУ теплопроизводительностью 175 кВт. 
В 1939 г. в Цюрихе, впервые в Швейцарии, была введена в эксплуатацию теплонасосная установка типа «вода-вода» промышленного назначения, которая обеспечивала отопление ратуши водой 60С при мощности 175 кВт. В ней использовались тепло речной воды, ротационный компрессор и хладагент, имелась система аккумулирования тепла с электронагревателем для покрытия пиковой нагрузки. В летние месяцы установка работала на охлаждение. В период с 1939 по 1945 года было создано ещё 9 подобных установок, с целью сокращения потребления угля в стране. Некоторые из них успешно проработали более 30 лет.
Первый английский тепловой насос типа «вода-вода» для крупного здания объемом 14 200 м3 был установлен в Норвиче. Источник низкопотенциального тепла - речная вода. Температура воды подаваемой в ситему отопления 50°С. Хладагентом была двуокись серы, коэффициент преобразования (КОП, СОР) около 3. Был использован бывший в употреблении компрессор выпуска 1926 г. с ременной передачей от электромотора постоянного тока. В зависимости от наружных и внутренних условий потреблялась мощность 40-80 кВт.

Схема теплового насоса Самнера для норвичской электрослужбы. 1 - река; 2 - водяной насос; 3 - речная вода; 4,5°С; 4 - нагретая вода 50°С; 5 - обратная вода 44,5°С; 6 - сбросная вода 3,3°С; А - испаритель; В - конденсатор; С - компрессор; D - дроссель.

В истории чаще упоминается другая теплонасосная установка смонтированная в Англии на набережной Темзы в Лондоне, в концертном зале "Ройял фестивал холл". Эта установка также была экспериментальной, предназначенной для отопления зимой и охлаждения летом, ее тепловая мощность 2,7 МВт. Фактическая пиковая тепловая нагрузка для здания была значительно преувеличена. Источник тепла — вода в Темзе, температура подаваемой в систему отопления воды - 71° С. В режиме охлаждения подавалась вода с температурой 4° С. Приводной двигатель "Rolls-Royce Merlin" переведенный на городской газ, мощностью 522 кВт. Центробежный компрессор был создан из турбонагнетателя воздуха в двигатель. Тепло от конденсатора теплового насоса дополнялось поступлением тепла от системы охлаждения газового двигателя (здесь по-видимому и был основной просчет). В качестве хладагента применен R12, что также сыграло большую роль в достижении коэффициента преобразования  (COP) 5,1 и коэффициент первичной энергии (КПЭ) установки приближался к 1,5. Установка оказалась неэкономичной, частично из-за повышенных эксплуатационных расходов, но в основном из-за излишеств при проектировании. Капиталовложения составили 103 200?(в ценах 1953 г.), тогда как при правильном выборе нагрузок они составили бы 52 500?.

Первые тепловые установки в Англии  и Швейцарии.

Год

Место нахождения

Назначение

Тепловая мощность, кВт

Источник тепла, (НПИТ)

Примечание

1938

Цюрих (Швейцария)

Отопление ратуши водой

175

Речная вода

Компрессор N=81,4 кВт,  tв = 60С

1939

Цюрих

Кондиционирование воздуха

58

воздух

tв = 40С

1941

Цюрих

Плавательный бассейн

1500

Речная и сточная вода

tв = 23-45С

1941

Скекборн (Швейцария)

Технологическое тепло на фабрике искусственного шелка

1950

Вода из озера

tв = 70С

1941

Ландкард (Швейцария)

Сушка на бумажной фабрике

122

Воздух


1942

Цюрих

Отопление

7000

Речная вода

tв = 70С

1943

Цюрих

Отопление

1750

Речная вода

tв = 50С

1943

Шоненвер (Швейцария)

Кондиционирование воздуха на обувной фабрике

250



1944

Ларгенталь (Швейцария)

Нагрев в пивоваренном заводе

140

Вода из ферментационного подвала

tв = 45С

1945

Лугано (Швейцария)

Отопление


Вода из озера


1945

Норвич  (Англия)

Крупное здание электрослужбы.Вода .

140

Речная вода

Объем здания V=14200м3, tв = 50С автор — Самнер, хладагент двуокись серы,
COP=3, компр. N=40 - 80кВт

1949

Концертный зал Ройял фестивал Холл (г. Лондон)

Отопление водой

2700

Вода из Темзы

Компрессор – центробежный. Двигатель “Rolls-Royce”хладагент R-12, tв = 71С

1950

Норвич (Англия)

Отопление дома, вода

3,74

Подземный теплообменник на глубине 1 м

Автор Самнер, вода подается в медные трубы, уложенные в бетонный пол, COP=2,8

1954


Холодильник-нагреватель (нагретая вода аккумулируется в баке V=136 м3)

0,7-1,3

Воздух

Автор Ферранти, охлаждение кладовой до t=11С, компр. N=400 Вт.

1961

Наффилд-Колледж (Оксфорд, Англия)

Вода

150

Сточные воды

компрессор N=31кВт

Один из первых успешно работающих домашних тепловых насосов установил в своем доме Самнер – конструктор описанной выше установки в Норвиче. Одноэтажный дом имел хорошую теплоизоляцию и полностью отапливался тепловым насосом. Сначала, в первые годы эксплуатации, источником тепла был воздух, а затем позднее - подземный теплообменник, использовавший тепло грунта на глубине около 1 м.  В комнаты тепло поступало по медным трубкам, вмонтированным в бетонный пол. Коэффициент преобразования составляет 2.8, и установка нормально работала до конца 80-х годов.
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)(1824— 1896). В середине 40-х годов ХХ столетия Вебер случайно прикоснулся к горячей трубе на выходе с 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.


Производство тепловых насосов в США между 1954 и 1978 гг.
I – ранний период роста; II – период переоценки; III – период быстрого роста.


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%.