Принцип работы тепловых насосов для отопления дома базируется на извлечении тепла из окружающего воздуха, грунта, озер, рек, морей, подземных вод с последующей передачей теплоносителю. Наряду с отличными экологическими показателями присутствуют не уступающие им экономические показатели, что стало возможным благодаря использованию бесплатного тепла окружающей среды.
Хотя идея обогрева индивидуального дома и организации горячего водоснабжения подобным способом и не является новинкой, все же тепловые насосы для отопления дома широко внедряться на рынке стали относительно недавно. Ко всему прочему, тепловые насосы применяются также и в геотермальном отоплении.
Работа теплового насоса по своим термодинамическим свойствам сходна с работой холодильного оборудования. Разница состоит в том, что вместо отбирающего холод испарителя и отводящего наружу тепло, происходит обратный процесс – насос отбирает тепло с низкими температурными показателями, аккумулирует и обогащает его, а уже потом передает теплоносителю. В качестве аппарата, который выделяет тепло, используется конденсатор, а роль утилизации низко потенциальной теплоты отводится испарителю.
Регулярное повышение стоимости энергии с выдвижением все более жестких требований к экологии и охране природы толкают человечество на поиск альтернативных методов получения тепла, отопления помещений, подогрева воды.
Тепловой насос для такого случая является самым оптимальным решением, так как лишь третья часть энергии, расходующейся на обогрев, является электричеством, остальное – это рациональное использование природных источников.
Действительно, если выполнить сравнение показателей обогрева газом, жидким или твердым топливом, то экономичность теплового насоса окажется в несколько раз выше. Если вы используете тепловые насосы для отопления дома, то расходы, в среднем, снизятся в 2-3 раза.
Экономичность
При работе теплового насоса происходит потребление электроэнергии, которая необходима для работы компрессора. Основным показателем эффективности оборудования является трансформация (преобразование тепла), вычисляющаяся в виде разницы между затраченной электроэнергией и полученной тепловой энергией.
Разница температуры испарителя по отношению к конденсатору присутствует всегда, причем, чем больше разница показателей, тем меньше полезное действие. Именно поэтому при использовании теплового насоса для отопления нужно иметь обширный источник низко потенциального тепла, иначе может произойти чрезмерное охлаждение.
Исходя из вышеизложенного, становится очевидным устройство теплового насоса, нагреваемая масса которого на порядок меньше массы низкотемпературного источника. При увеличении объема теплообмена удается в значительной мере уменьшить разницу температуры источника тепла по отношению к рабочему холодному телу, а, следовательно, и снизить потребление электроэнергии. Правда, это приводит не только к увеличению габаритов оборудования, но и к значительному повышению его стоимости.
Во многих развитых странах не только используются тепловые насосы для отопления, они еще и имеют привязку к общегородской системе, осуществляющей массовый перенос низко потенциального тепла.
Классификация
Тепловые насосы устроены таким образом, чтобы их можно было эксплуатировать в широком диапазоне температур. Как правило, подобное оборудование без перебоев работает при температуре от -30°С до +35°С.
Самое широкое распространение получили компрессионные и абсорбционные тепловые насосы. Компрессионные насосы используют электрическую и механическую энергию для переноса тепла. Абсорбционный тип насосов выглядит сложнее, зато дает возможность передавать тепло, используя для этого сам источник тепла, при этом значительно снижаются затраты топлива, электрической энергии.
По источникам тепла насосы можно классифицировать на такие типы:
- Геотермальный – насос забирает тепло из земли, подземных и наземных вод.
- Воздушный – насос забирает тепло из окружающего воздуха.
- Тепловой насос вторичного тепла забирает тепло центрального отопления, канализационных стоков и т.д. Использование подобных насосов выглядит перспективным для обогрева промышленный объектов, особенно в том случае, когда имеются источники ненужного тепла, которое подлежит утилизации.
Тепловые насосы можно классифицировать и по видам теплоносителя входного/выходного контура – воздух, вода, грунт, возможны их сочетания.
Геотермальные насосы
Геотермальные тепловые насосы можно разделить на два типа – замкнутый и открытый. При этом система открытого типа предназначена для нагрева воды, проходящей через тепловой насос, причем после прохождения по системе вода выводится в землю.
Такая система будет идеально работать при наличии большого объема чистой воды с учетом того, что ее потребление не будет наносить вред окружающей среде, и не будет вступать в противоречие с действующим законодательством.
Замкнутые системы, в свою очередь, можно классифицировать по следующим типам:
- Геотермальный с горизонтальным расположением, когда коллектор размещается в траншее ниже глубины промерзания грунта, в среднем, глубина находится в пределах полутора метров. Коллектор следует укладывать кольцами для того, чтобы свести к минимуму земляные работы и обеспечить большой контур на маленькой площади. Этим способом можно пользоваться при наличии свободных земельных участков.
- Геотермальный с вертикальным расположением, когда коллектор размещается на глубине до 200 метров в скважине. Данный способ используется при отсутствии свободных земельных площадей, соответствующих требованиям устройства горизонтального расположения коллектора, что нередко случается при неровном ландшафте местности.
- Геотермальный водный – в этом случае коллектор помещается в водоем ниже глубины его промерзания, укладка также выполняется кольцами. Ограничением применения такой системы может быть только минимальный объем воды или недостаточная глубина водоема.
Позитивные и негативные стороны применения
Основным критерием использования теплового насоса является его экологическая чистота и экономичность, правда, стоит учесть, что для его работы необходим источник электрической энергии. В среднем, для передачи 1КВт/час тепловой энергии в систему отопления должно быть затрачено не больше 0,3-0,35 КВт/час электрической энергии.
Тепловые насосы имеют высокий уровень пожарной безопасности, также их можно эксплуатировать без устройства дополнительной вентиляции. Благодаря тому, что система имеет полностью замкнутый контур, финансовые затраты на эксплуатацию оборудования сводятся к минимуму, платить приходится только лишь за использование электроэнергии, потребляемой оборудованием.
Дополнительное преимущество заключается в возможности кондиционирования воздуха летом, когда подключенные к коллектору теплового насоса фэн-койлы и система «холодный потолок» дают возможность снижать температуру в помещениях.
Тепловые насосы имеют высокую степень надежности, так как управление процессами работы выполняется автоматически. Благодаря этому эксплуатация оборудования не требует специальных навыков, а все основные аспекты работы доступно изложены в инструкции. Тепловые насосы достаточно компактны.
Главным недостатком любого теплового насоса является его высокая стоимость, а также сложности при выполнении монтажных работ. Для того, чтобы затраты окупились полностью потребуется несколько лет.
Срок эксплуатации подобного оборудования находится в пределах 20 лет, по истечении которых может возникнуть необходимость проведения капитального ремонта. Очевидно, что за один раз придется выложить немалую сумму для покупки и установки насоса, так что, если для этого брать кредит, то экономическая выгода снизится.
Хотя все выгоды от использования тепловых насосов и являются вполне очевидными фактами, не требующими доказательств, все же подобное оборудование еще не очень широко распространено в частном секторе.
Скорее всего, оборудование станет более популярным в том случае, если его покупка и установка смогут конкурировать по стоимости с подключением и установкой газового оборудования, хотя уже сегодня в некоторых случаях установка теплового насоса оказывается оправданной и с экономической точки зрения.
