Тепловые насосы

02 апреля 2014 г.

В последнее время все чаще встает вопрос об экономичности систем отопления. В этом нет ничего удивительного. Многие присматриваются к альтернативным источникам тепла: воде, солнцу, геотермальной энергии. Однако чтобы добиться энергии от этих источников необходимо приложить довольно много усилий. Тогда встает вопрос о том, как добиться желаемого результата. Сделать это можно с помощью теплового насоса. Само слово насос наводит на мысли, что прибор способен перекачивать тепло из одного места в другое. Тепло берется прямо из под ног. Вокруг находится множество источников тепла, которые на первый взгляд даже теплыми назвать трудно. К ним можно отнести: канализационные стоки, тепло Земли, окружающий нас воздух. Именно этими средами и занимаются тепловые насосы.

 

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос напоминает холодильник, работающий наоборот. У холодильника сзади располагается металлическая решетка, которая изготовлена из прутов сваренной проволоки. Эта решетка остается теплой и выполняет одновременно функцию и конденсатора и радиатора, который охлаждает теплоноситель, который циркулирует в холодильной установке. Теплой решетка остается за счет того, что туда сбрасывается все тепло, которое собирается от продуктов из холодильника.

Цикл работы теплового насоса и холодильника примерно одинаков, отличаются только параметры настройки. Холодильник выкачивает тепло наружу, а насос качает тепло из земли в жилые помещения. Почти неосязаемое тепло продуктов из холодильника выкачивается наружу, нагревая при этом конденсатор, который нагревает окружающий воздух. Если из холодильника вытащить испарительную камеру и закопать в землю, получится тот же тепловой насос.

Тепловой насос выкачивает тепловую энергию из грунта, воздуха или воды, которая впоследствии используется для отопления дома. Абсолютно бесплатно от природы можно получить 2/3 отопительной энергии и всего 1/3 энергии необходимо на активизацию работы самого насоса. Другими словами, установив тепловой насос можно сэкономить больше 50% средств, которые пришлось бы затратить на отопление помещения. Эти цифры приведены с учетом идеальной работы установки.

КПД теплового насоса очень сильно зависит от того, какую температуру мы рассчитываем получить на его выходе. КПД насоса повышается в зависимости от понижения температуры установки. В связи с этим тепловые насосы идеально подходят для низкотемпературных отопительных систем. Хорошо утепленное здание нуждается в 50 Вт/м2. Эти нормы являются жесткими, но тем не менее, они приняты почти во всех европейских странах.

Для функционирования теплового насоса практически не требуется электроэнергия. Установив дизельный или бензиновый двигатель можно добиться полной автономности системы. Этот вариант является оптимальным для мест, где нет электричества совсем. Тепловые насосы можно условно разделить на несколько групп.

Самыми функциональными и эффективными являются насосы грунт-вода, которые берут тепло из земли. Стоит отметить, что грунт считается универсальным источником топлива, он подогревается энергией изнутри. Он готов отдавать тепло постоянно, независимо от температуры на улице на глубине 5-7 метров сохраняется одна и та же температура в течение всего года.

Теплоноситель, который циркулирует по размещенным в земле трубам нагревает на несколько градусов, а затем циркуляционным насосом подается в испаритель и возвращается обратно за новой частичкой тепла. В качестве такого переносчика энергии с успехом могут использоваться жидкости на этилен- и пропиленгликоле. Проходя через теплообменник, теплоноситель отдает тепло во внутренний корпус теплового насоса, который заполняется хладагентом.

Хладагент переходит в газообразное состояние, затем сжигается в компрессоре до высокого давления, в результате чего повышается и его температура. Горячий газ поступает во второй теплообменник, где происходит его передача в систему отопления. Когда хладагент отдает тепло, он опять становится жидким.

Существует два типа коллекторов: грунтовый зонд и грунтовый коллектор. Последний представляет собой длинную трубу, которая горизонтально уложена под слоем грунта. Грунтовые зонды, представлены в виде системы длинных труб, которые опускаются на глубину 50-150 м в скважину. В этом случае не требуется много земли, но будут нужны дорогостоящие бурильные работы. Выбор того или иного коллектора напрямую зависит от особенностей грунта конкретного участка.

В приборах типа «вода-вода» тепловая энергия забирается у воды. Источником могут служить, как почвенные воды, так и поверхностные озера. Полученное тепло отдается воде, сами насосы практически ничем не отличаются от тех, которые работают в системе «грунт-вода». Насосы типа «вода-вода» являются максимально эффективными в зимнее время года.

В насосах типа «вода-воздух» тепловая энергия берется из грунта и отдается воздуху, который и используется для отопления здания. Т.о., не возникает необходимость использовать промежуточный теплоноситель, что в значительной степени повышается общая эффективность системы.

Достоинства тепловых насосов

Экономичность. Тепловые насосы намного эффективнее используют введенную в него энергию, гораздо эффективнее котлов, которые сжигают топливо. Величина КПД у приборов намного больше 1. Высокая мощность и эффективность позволяют экономить значительные денежные средства на энергии.

Доступность и повсеместность. Источник тепла для насоса можно обнаружить в любом уголке планеты, даже если рядом не предусмотрено наличие газовой или электрической магистрали. Тепловой насос всегда найдет тепловую энергию для обогрева жилых помещений.

Экологичность. Тепловые насосы не имеют котла, где происходит сгорание топлива, а значит нет вредных выбросов в атмосферу. Чистый снег вокруг дома в зимнее время гарантирован. Фреоны, используемые в тепловых насосах, не содержат хлорорганических соединений и не разрушают озоновый слой Земли.

Универсальность. Тепловые насосы можно использовать круглогодично. Зимой они обогревают помещение, а летом могут подогреть воду в бассейне и охладить воздух в комнате.

Безопасность. Эти приборы являются абсолютно безопасными, в них не используются горючие или взрывоопасные вещества. От насосов нельзя отравиться или угореть. Детали не нагреваются до критических температур.

 

Особенности отопления

При покупке теплового насоса следует иметь в виду, что его применение оправдано только в том случае, если здание как следует утеплено, и теплопотери ниже 100 Вт/м2. Выполнить эти условия довольно непросто, поэтому выдвигаются очень серьезные требования к проектированию и устройству теплоизоляции.

Если температура на входе и на выходе сильно разнится, коэффициент преобразования тепла понижается и повышается расход электроэнергии. Оптимальным вариантом будет подключение агрегата к низкотемпературным системам отопления. Это относится к обогреву помещений с помощью теплых полов или теплого воздуха.

Для того чтобы получить максимальную выгоду рекомендуется использовать тепловой насос в паре с дополнительным источником тепла. Если в доме большие теплопотери решить эту проблему насосом повышенной мощности не удастся. Совместно с тепловым насосом, возможно, устанавливать более сложные отопительные системы, например с использованием солнечного коллектора. Однако на них не следует возлагать большие надежды. Такие системы работают эффективно в южных регионах страны.

Выбор теплового насоса напрямую зависит от величины тепловых нагрузок на горячее водоснабжение и отопление, наличие дневного и ночного тарифов на отопление.

02 апреля 2014 г.