Насколько реально использовать тепловые насосы для отопления

Все понимают, что традиционные источники энергии, которые мы привыкли использовать для отопления, рано или поздно будут исчерпаны. Запасы доступных углеводородов иссякают – их стоимость, несмотря на конъюнктурные колебания, в итоге планомерно растёт. Идёт поиск альтернативы, но происходит это с переменным успехом. Не так давно современные технологии позволили воплотить в жизнь и сделать рентабельной концепцию теплового насоса, которая была разработана ещё в середине девятнадцатого века. Инновация уже популярна, но для многих отечественных застройщиков она пока является тёмной лошадкой. Скептиками тепловой насос для отопления дома воспринимается как очередной способ выкачать деньги. А фанатам таких систем кажется, что это неиссякаемый источник бесплатной энергии, что-то сродни вечному двигателю. Где заканчиваются мифы и начинается реальность, попробуем разобраться.

Как работают тепловые насосы для отопления

Конструкция и принцип действия

Грунт, воздух и вода – эти среды являются естественными аккумуляторами энергии. Их температура невысока, но относительно стабильна, что позволяет извлекать тепло на нужды отопления. Задача теплового насоса «собрать» энергию из окружающей среды, усилить её (точнее – сконцентрировать) и передать основному рабочему теплоносителю.

отопительная система
Использование накопительных ёмкостей существенно повышает стабильность и энергоэффективность системы

Обратите внимание! Тепловые насосы для отопления дома не генерируют тепло, по сути, они его только транспортируют.

Эти системы во многом схожи с обычными холодильными установками. Возьмём для примера геотермальный насос с водяной разводкой внутри дома. В скважине или коллекторе первичный теплоноситель (рассол) с помощью насосов циркулирует по замкнутому контуру, где получает дополнительные 3-5 градусов. В первичном теплообменнике это приобретённое низкотемпературное тепло передаётся хладагенту (фреону), который закипает и переходит в газообразное состояние. Компрессорная установка сжимает пары хладагента, и те нагреваются до 80 градусов и более. Второй теплообменник (конденсатор) передаёт тепло воде, которая уже циркулирует по дому. Фреон охлаждается, переходит в жидкое состояние и возвращается в контур. Итак: имеем 3 контура и 2 теплообменника.

Обратите внимание! Отопление с помощью теплового насоса требует установки радиаторов с увеличенным количеством секций, так как температура воды в системе сравнительно небольшая – находится в пределах 55-65 градусов. Справедливо считается, что лучшим решением будет организация водяных тёплых полов.

насос
Основу насоса типа «грунт – вода» составляет компрессор и два теплообменника. Первичный теплоноситель практически полностью отдаёт энергию

Немного об эффективности

Отметим, что такое тепло не получается бесплатным. Тепловой насос для отопления нуждается в электрической энергии (прежде всего, для обеспечения работы компрессора и нагнетающего насоса или вентилятора), но потребление будет в разы меньше, чем если бы использовался электрокотёл. Коэффициент преобразования у тепловых насосов довольно высокий: от 3 до 5. Это значит, что, оплачивая один электрический кВт/час, мы получим до 5 кВт тепла, а этого достаточно, чтобы обогреть дом в 50 м2 со стандартным уровнем теплопотерь. Ещё лучших показателей энергоэффективности удаётся добиться, если использовать в системе аккумулирующие ёмкости тепла и удешевить электроэнергию, допустим, установив многотарифный счётчик.

 

Важно, что отопление дома тепловым насосом может дополняться функцией нагрева воды (используются накопительные бойлеры). Летом движение теплоносителей может производиться в реверсном режиме, то есть система будет работать на охлаждение помещений.

Обратите внимание! Выбирая мощность теплового насоса, рекомендуется не брать в расчёт пиковые минусовые показатели. Выгоднее всего (особенно по капитальным затратам) создать систему на 20-30 процентов меньшей мощности от расчетной, а в особо холодные дни использовать вспомогательное отопительное устройство, например, на газе или твёрдом топливе.

Современное оборудование может обеспечить полноценное отопление коттеджа любой площади, существуют промышленные установки на 200 и более киловатт тепловой мощности.

В зависимости от конструктивного исполнения, тепловые насосы обладают неодинаковой производительностью и экономичностью. Существенно отличаются как затраты на создание системы, так и эксплуатационные показатели.

тепловые насосы
Промышленные тепловые насосы могут использовать энергию тёплых стоков

Особенности различных типов тепловых насосов

Как мы уже говорили, источником энергии для теплового насоса может быть: воздух, вода, грунт. В помещениях тепло распределяется либо с использованием воды/антифриза, либо устройствами воздушного отопления. Поэтому принято выделять 6 видов систем: «грунт – вода», «грунт – воздух», «вода – вода» и так далее.

Грунтовые тепловые насосы

Насосы, собирающие тепло из земли, являются наиболее эффективными и практичными. В грунтах температура всегда стабильна и почти не зависит от внешних факторов. Тепло здесь есть всегда, и его можно извлечь даже в условиях вечной мерзлоты. Другое дело, что придётся разрабатывать большие глубины. Получение тепловой энергии производится двумя разными способами:

  • зондами в вертикальных скважинах,
  • горизонтальными коллекторами.

Вертикальная компоновка незаменима, если имеется участок небольшого размера, кроме того, такие системы самые производительные. В данном случае бурят несколько скважин глубиной от 50 до 200 метров и помещают в них соединённые друг с другом полимерные трубы – зонды. Внутри зонда как раз и циркулирует рассол. Единственный недостаток грунтовых насосов заключается в дороговизне работ по бурению и обустройству скважин.

Коллекторы тоже собираются из пластиковых труб. Их укладывают горизонтально на небольшой глубине (примерно 1,2-1,5 метра). В зависимости от конфигурации участка и геологических условий применяют схемы расположения типа: змейка, спираль, петли. Ориентировочная протяжённость этого контура исчисляется по формуле – порядка 5 метров погонных на каждый квадрат площади дома. Учитывая ограничения на минимальные дистанции между трубами, обычно получается, что коллектор занимает площадь примерно вдвое большую, чем площадь отапливаемого строения.

контур
Использование горизонтального контура примерно на 20 процентов менее эффективно, чем вариант с зондами, однако его неоспоримый плюс – это малая стоимость земляных работ.

Обратите внимание! Над коллектором не получится возделывать многолетние сельскохозяйственные культуры или вырастить сад. Также эти зоны нельзя будет застроить.

Тепловая энергия добывается из воды

Вода тоже отдаёт тепло, но только если зимой она не замерзает – подойдёт река или озеро с глубиной от 3 метров. Иногда используются грунтовые воды обычных скважин, в городах и в промышленных зонах – канализация и производственные стоки. Есть два варианта работы таких систем:

  • забортная вода может прокачиваться через теплообменник вместо рассола;
  • герметичный контур с рассолом лежит в воде и отбирает тепло (конструкция похожа на горизонтальный коллектор, который грузами притоплен на дне или заглублён в дно).
тепловая энергия из воды
Перед погружением трубы с заданным шагом закрепляются на монтажной сетке

Воздушные тепловые насосы для отопления коттеджа

Конструкции «воздух – воздух» и «воздух – вода» работают по принципу бытового кондиционера с функцией обогрева. Кстати, они предлагаются в конфигурации моноблока или сплит-системы. Теплообменник тут представляет собой крупный радиатор с множеством рёбер, для прокачки воздуха имеется мощный вентилятор. Интересно, что источником энергии могут выступать дымовые газы или воздушные массы системы вентиляции.

Обратите внимание! Такие устройства хорошо подходят для получения горячей воды, но для отопления наименее эффективны, так как при отрицательных температурах получить много энергии не получится. Все модели воздушных тепловых насосов могут работать только до обозначенного производителем минусового порога.

Главные плюсы воздушных тепловых насосов: практически полная готовность оборудования, отсутствие земляных работ, проблем с площадями и привязки к водоёмам. Их можно установить в процессе эксплуатации дома, без вреда для участка. Этот тип тепловых насосов целесообразно использовать в южных регионах.

воздушный тепловой насос
Чтобы избежать передачи вибраций воздушные тепловые насосы иногда располагают отдельно от здания

Что может тепловой насос

Отопление тепловым насосом имеет много достоинств:

  1. Высокий КПД систем существенно сокращает расходы на обогрев зданий.
  2. Появляется возможность сделать производительное отопление, если поблизости нет газа, а доступные мощности электросетей ограничены.
  3. Параллельно решаются вопросы горячего водоснабжения и вентиляции.
  4. Не требуется создание дымоходов, не нужно отводить специальное помещение под котельную.
  5. Так как нет горения – система абсолютно безопасна.
  6. Тепловой насос легко комбинируется с другими генерирующими тепло устройствами.
  7. Система легко автоматизируется, может управляться дистанционно.
  8. Силовое оборудование без капитального ремонта работает до 20-25 лет.

Есть несколько ложек дёгтя. Во-первых, довольно высока стоимость самого насоса, а также (в частности, для геотермальных конструкций) необходимо выполнить огромный объём подготовительных и монтажных работ. Во-вторых, система получается зависимой от стабильной работы электрических сетей. Третье, конструкция такого отопления и алгоритм термодинамических расчётов слишком сложны, поэтому самодельные тепловые насосы для отопления крайне редко получаются достаточно эффективными.

Видео: тепловые насосы

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:
Задать свой вопрос
У Вас есть вопросы?
Задайте их в комментариях

Опишите свой вопрос максимально подробно и наш эксперт ответит на него



1 Star2 Stars3 Stars4 Stars5 Stars (1,149 votes, average: 4.78 out of 5)
Загрузка...
Оставить комментарий