Тепловой насос – прибор, поглощающий из окружающей среды (воды, земли или воздуха) низкотемпературную тепловую энергию и передающий ее в системы теплоснабжения с более высокой температурой. Состоит из двух контуров: внешнего и внутреннего. Внешний контур находится на улице, в воде или под землей, включает коллектор-теплообменник и трубы, связывающие его с основной системой. Внутренний – система теплоснабжения дома.
В зависимости от источника энергии – вода, земля, воздух – разработаны модификации тепловых насосов. Наиболее популярны:
Грунт – вода – насос, извлекающий тепло из земли. Характеризуется самой высокой эффективностью.
Воздух – воздух – использует тепло воздуха. В этом случае теплообменник выполняется по типу радиатора с достаточным количеством ребер и вентилятором обдува, монтируется на доме или рядом. Если предполагается мощное оборудование для обогрева большой площади, то под теплообменник заливается фундамент.
Воздух – вода –характеризуется компактностью, позволяет монтаж в ограниченном пространстве. Прост в эксплуатации и установке. Такие системы очень популярны в Японии. Раньше их применение в России было ограничено южными районами, так как при низких температурах у них падала производительность или они полностью останавливались. Однако появились новые, современные модификации, способные работать при температуре порядка -30 °С, что значительно расширяет возможности по их применению, так как они очень просты в монтаже и у них относительно невысокая стоимость.
Вода – вода – в качестве теплоносителя используются грунтовые воды. Это один из самых дешевых вариантов, подходит для участков с большими водоемами с достаточной глубиной, при которой зимой под толщей льда находится 1,5 м воды. Коллектор собирают на суше, опускают на дно и фиксируют при помощи грузов (из расчета 5 кг на 1 погонный метр). Риск установки такой системы состоит в опасности изменения глубины водоема с течением времени.
В России и северных странах чаще используются геотермальные тепловые насосы - грунт – вода, или гидротепловые
насосы - вода – вода. Но популярность также набирают типы воздух – воздух и вода – воздух как наиболее простые в монтаже.
Принцип работы тепловых насосов
Принцип работы прибора был разработан еще в XIX веке, заключается в следующем:
1. В коллектор подается незамерзающая смесь (антифриз или соляной раствор). Жидкость поглощает тепловую энергию грунта и переносит ее к испарителю.
2. В испарителе энергия переходит к хлад агенту (фреон), в результате чего он превращается в пар.
3. В компрессоре в результате увеличения давления повышается температура пара (хладагента).
4 Через конденсатор тепловая энергия пара передается теплоносителю системы отопления, а хладагент, охлаждаясь, превращается в жидкое состояние и возвращается обратно в коллектор.
5. Далее все по новому кругу.
Тепловой насос – главный элемент системы, его размеры не превышают габаритов средней стиральной машины. Электроэнергия необходима для того, чтобы мог работать компрессор.
Ообенности установки геотермального теплового насоса
Перед монтажом отопительной системы важно исследовать особенности участка. Для установки геотермальной системы отопления необходимо провести земляные работы. Расчет количества скважин зависит от планируемого потребления энергии, а также от качества грунта.
Если площадь участка достаточно большая, можно установить горизонтальную систему: при этом змеевик закапывают на глубину до 1,5 м. Жидкость должна успевать нагреваться, поэтому понадобится большая длина контура. Этот вариант считается самым надежным. Для монтажа коллектора снимается верхний слой земли и производится установка земляного коллектора. После этого почва возвращается на свое место.
Для грунтовых коллекторов используются полиэтиленовые трубы. Применение полипропилена для экономии категорически запрещено.
Но чаще участки около домов небольшие, и в этом случае устанавливают геотермальные зонды, от количества которых зависит производительность всей системы. Для установки потребуется оборудование для бурения скважин на глубину от 50 до 150 м и более, диаметр – 0,2 м. Стандартное расстояние между скважинами – порядка 10 м. В скважины опускаются зонды: тепло передается от грунтовых вод.
Плюсы и минусы применения тепловых насосов
Плюсы тепловых насосов:
Экономичность. Высокий КПД системы, низкое энергопотребление. Кроме того, экономия связана с отсутствием необходимости закупки, перевозки и хранения топлива. В тепловых насосах есть коэффициент преобразования, указывающий выход тепловой энергии по отношению к затраченной электрической. Например, если значение ϕ равно 5, значит на 1 кВт/ч расхода электричества придется 5 кВт тепловой энергии.
Универсальность. В одном устройстве сочетаются системы нагрева воды, отопления и охлаждения (кондиционирование).
Отсутствие согласований с контролирующими органами. Это требуется, например, при установке газового оборудования.
Безопасность, в частности пожароопасность. Не содержит деталей, которые могут перегреться. Не выделяет угарный газ. Остановка работы не приведет к поломке элементов системы или замораживанию жидкости.
Долговечность. Срок службы составляет от 15 до 50 лет.
Комфорт. Функционирование насоса не сопровождается колебанием температуры и влажности. работает практически бесшумно. Может отапливать дом зимой и охлаждать его летом. Кроме того, летом можно систему использовать для обогрева бассейна.
Быстрый монтаж. Сам тепловой насос можно повесить на стену или на крышу объекта.
МИНУСЫ применения тепловых насосов:
Высокая стоимость. Даже при само-стоятельной установке, без вызова специалиста для монтажа, окупится си-стема не раньше, чем через пять-шесть лет.
Изменение температуры грунта (в случае применения геотермального отопления). Устройство забирает тепло из грунта, понижая его температуру, что может неблагоприятно сказаться на корневой системе деревьев и кустарников. Впрочем, специалисты просто не рекомендуют ничего сажать на этом месте, кроме газона или не-большого цветника. Строить, соответственно, тоже нельзя.
Плохая ремонтопригодность. Практически полная непригодность подземного коллектора к ремонту. При повреждении части коллектора необходимо перекрывать его поврежденную часть, что ведет к снижению производительности. Летом можно проложить новую ветку или раскопать коллектор.
Основные иностранные и отечественные производители тепловых насосов
Тепловые насосы для отопления дома представлены продукцией фирм Danfoss (Дания), Mammoth (сША), Ecoforest (испания), Vaillant (Германия), Nibe (Швеция), Mitsubishi electric (Япония), Sundue (россия), Henk (россия) и другими. Так что выбор довольно широкий. Кроме того, интернет пестрит видео российских левшей, которые предлагают сделать тепловой насос самостоятельно.
Стоимость оборудования и монтажа тепловых насосов
Стоимость зависит от требуемой мощности и определяется несколькими факторами: площадью отапливаемого помещения, типом устанавливаемого насоса, качеством утепления конструкции самого дома.
Стоимость геотермального оборудования для установки в стандартном доме (площадью 100–150 м кв.) составит от 350 до 500 тыс. рублей, установка обойдется примерно в 300 тыс. рублей. При установке горизонтального коллектора цена будет ниже на 150 тыс. рублей. Системы отопления воздух – вода можно установить самостоятельно. Цена самого оборудования варьируется от 120 до 300 тыс. рублей. Но в зимний период в условиях средней полосы скорее всего потребуется дополнительная система обогрева.
Расчет теплового насоса, или почему все так не просто?
Расчет стоимости и типа теплового насоса включает:
● Расчет теплопотерь (неправильный расчет длины контура приведет к бо-лее низкой мощности, чем изначально обозначенная, или к постепенному ее снижению).
● Подбор теплового насоса по мощности.
● Расчет длины/глубины наружного коллектора. Поскольку зимы у нас холоднее, чем в испании и Японии, нужно обязательно учитывать климатические параметры своей зоны при расчете мощности. При недостаточной длине трубопровода есть опасность замораживания теплоносителя, что повлечет необходимость устройства дополнительного контура.
● Спецификация и комплектация оборудования (отопление, охлаждение, теплые полы, солнечный коллектор, б ассейн). Тепловые насосы могут комплектоваться дополнительно коммуникационным устройством для управления системой через мобильный телефон, дополнительным насосным блоком для системы теплых полов, циркуляционным насосом для горячей воды.
● Потребляемая электроэнергия.
Историческая справка про тепловые насосы
