Тепловой насос: энергия природы

Теплонасосная установка

Техника и инструменты | №2 (30) '2011
  • © Alpha Innotec

Постоянно растущие цены на газ и жидкое топливо заставляют домовладельцев всерьез присматриваться к альтернативным отопительным системам. Тепловые насосы, использующие бесплатные природные энергоносители, существенно сокращают расходы на отопление.

Многообразие отопительных систем, представленных на российском рынке, казалось бы, предоставляет застройщику значительную свободу выбора. Однако зачастую заказчик связан по рукам и ногам: газ слишком далеко, да и хождение по инстанциям отнимает много времени, нервов и денег, к тому же мы идем в Европу, значит, не за горами европейские цены. Сжиженный газ дает некоторую свободу маневра, но достаточно дорог. Дизель связан с высокими эксплуатационными расходами плюс дополнительные неудобства (запах, доставка топлива, техническое обслуживание котла). Электричество — самый удобный и безопасный источник энергии, но и самый дорогой.

Существенная экономия

  • Совместная работа отдельных компонентов отопительной системы с использованием теплового насоса типа «воздух-вода» производства Walter Meier, модель Vialto

  • © Alpha Innotec

  • © Tecalor

  • © Tecalor

Серьезной альтернативой традиционным отопительным системам может стать теплонасосная установка. Источником энергии для теплового насоса служит электричество, но поскольку тепловой насос не производит тепло, а лишь собирает его, то для получения 1 кВт тепловой энергии ему нужно затратить всего 200–250 Вт электроэнергии. Поэтому для отопления и горячего водоснабжения дома площадью 100 м2 потребуется тепловой насос мощностью всего 2,5 кВт. Впечатляет, не правда ли?

Холодильник наоборот

Система отопления тепловым насосом состоит из источника тепла, теплового насоса, а также агрегатов распределения и аккумулирования тепла. При этом теплопередача осуществляется путем низкотемпературного нагрева. Чем ниже температура воды в подводящем трубопроводе, тем эффективнее работа установки.

В основе работы теплового насоса лежит технический принцип холодильника. Но если холодильник отводит тепло из своего внутреннего пространства и передает его в окружающую среду через расположенную на задней стенке решетку, то тепловой насос, наоборот, забирает энергию из окружающей среды и передает ее через теплообменник в отопительную систему. В качестве источника тепла можно использовать воздух, землю или грунтовые воды. Главное преимущество воздуха — его доступность, тогда как земные недра и грунтовые воды — оптимальные теплоаккумуляторы с относительно постоянной в течение всего года температурой.

Быстрая окупаемость

Тепловой насос идеально подходит для нового строительства, так как систему отопления сразу рассчитывают с учетом дальнейшей установки теплового насоса. В этом случае тепловой насос раскроет все свои возможности. Тем не менее он так же легко интегрируется и в уже существующую систему отопления. При этом возникает законный вопрос: насколько это рентабельно? Справедливости ради отметим, что оборудование котельной с тепловым насосом обходится несколько дороже, чем установка оборудования, работающего на дизельном или газовом топливе, но низкие эксплуатационные расходы позволяют говорить об окупаемости уже в течение 1,5–2 лет. К тому же неоспоримые плюсы тепловых насосов — низкая установленная мощность, низкое энергопотребление, минимум обслуживания, высокий комфорт, презентабельный внешний вид, допускающий установку в жилом помещении, а также безопасность, не требующая никаких согласований и разрешений, — делают их одними из наиболее перспективных отопительных установок.

Правильный выбор

При выборе теплового насоса необходимо учитывать энергетическое состояние дома. Независимо от используемой отопительной системы важно обеспечить хорошую теплоизоляцию здания. Чем выше ее показатели, тем ниже будут затраты на отопление. А значит, потребуется тепловой насос меньшей мощности, что позволит сократить инвестиционные затраты. И хотя в целях экономии энергии целесообразно использовать устройства с низким потреблением электричества, при установке теплового насоса важен точный расчет параметров, поскольку выбор агрегата излишней или — наоборот — недостаточной мощности может привести к его неэффективной работе. Кроме того, работа отдельных компонентов системы должна быть четко согласована.

Работа на охлаждение

Мало кому известно, что тепловой насос может работать и на охлаждение. Для этого разработаны две технологии: пассивная и активная. Пассивное (естественное) охлаждение использует тот факт, что у грунтовых вод и земных недр летом температура ниже, чем в жилых помещениях, что позволяет напрямую охлаждать здания. Активное охлаждение осуществляется за счет кондиционирования воздуха. Реверсивный тепловой насос позволяет регулировать направление потока хладагента. Тепло из помещения передается хладагенту, а затем через теплообменник выводится в окружающую среду.

Производители обеспечивают техническую поддержку при выборе, проектировании и запуске в эксплуатацию теплового насоса, включая получение необходимых разрешительных документов.

  • Графика: BWP

  • Графика: Buderus

Перенос тепла

Три четверти необходимой энергии можно получить бесплатно в виде аккумулированного солнечного тепла. Одна четверть обеспечивается за счет электричества.

В замкнутом кругообороте хладагент выполняет задачу переноса тепла. Жидкий хладагент испаряется уже при низких температурах, накапливая энергию, полученную от источника.

В компрессоре объемы газообразного хладагента уменьшаются, его давление и температура повышаются, после чего он направляется в конденсатор, где полученное тепло передается в отопительную систему. Охлажденный хладагент опять переходит в жидкое состояние, в результате расширения его температура и давление снижаются, и он может вновь принимать тепло.

Типы насосов

  • Тепловой насос «грунт-вода»

  • Тепловой насос «грунт-вода»

  • Тепловой насос «воздух-вода»

  • Тепловой насос «вода-вода»

Тепловой насос типа «грунт-вода» извлекает тепло земли с помощью зондов или коллекторов. Соляной раствор транспортирует тепло к тепловому насосу. Для небольших участков земли оптимальны геотермальные зонды. Система трубопроводов устанавливается в почве в вертикальные скважины. При значительных размерах участка устанавливают геотермальные коллекторы. Горизонтальная система труб прокладывается ниже уровня промерзания грунта.

Тепловой насос типа «воздух-вода» извлекает тепло из воздуха. Вентиляторы прогоняют воздух через испаритель, при этом происходит извлечение тепла. Охлажденный воздух отводится обратно.

Тепловой насос типа «вода-вода» использует в качестве теплоносителя грунтовые воды. Их закачивают из скважины и направляют к тепловому насосу, где тепло утилизируется. Охлажденная вода направляется затем в поглощающую скважину.

Монтаж тепловых насосов

Вертикальные «грунт-вода»
Фото 1. Прежде Используя буровую установку, выполняют скважину диаметром 20 см и глубиной от 50 до 100 м.
Фото 2. Внутрь вертикальной столбо-образной скважины помещают геотермальный зонд.
Фото 3. Глубина и количество скважин зависят от потребности в энергии и от геологии местности.

Горизонтальные «грунт-вода»
Фото 1. С помощью строительной техники неподалеку от дома роют траншею глубиной около 1,5 м.
Фото 2. Горизонтальную систему труб прокладывают ниже уровня промерзания грунта.
Фото 3. По специальному трубопроводу теплоноситель подводят к цокольной части дома.

«Вода-вода»
Фото 1. Водный коллектор собирают из обычных ПНД-труб, заполненных теплоносителем.
Фото 2. После чего полученную конструкцию осторожно переносят на берег водоема.
Фото 3. Затем погружают в воду и аккуратно транспортируют на середину пруда.

«Воздух-вода»
Фото 1. Монтаж теплового насоса «воздух-воздух» не требует землекопных или буровых работ.
Фото 2. Обычно геотермальный насос такого типа устанавливают в 2–20 метрах от жилого дома.
Фото 3. Для монтажа теплового насоса на участке выбирают хорошо продуваемое место.

Поделиться:

Смотрите также

  • Нетрадиционная энергетика: зарубежный опыт Техника и инструменты | №6 (58) '2015 Нетрадиционная энергетика: зарубежный опыт

    Большинство домовладельцев крайне озабочены ростом цен на электроэнергию. А вот обладатели блочных теплоэлектроцентралей, напротив, весьма довольны таким развитием событий и, если цены на электричество продолжат расти, даже окажутся в выигрыше. Рассмотрим подробнее чудо-технику, дающую подобные преференции...

  • Встроенный пылесос Техника и инструменты | №1 (23) '2010 Встроенный пылесос

    Основные проблемы, возникающие при уборке традиционными или моющими пылессами, легко решаются с помощью централизованной системы пылеудаления. При ее использовании отработанный воздух уже не возвращается обратно и не наносит вреда ни самому пользователю, ни его домочадцам...

  • Очистка пруда Техника и инструменты | №4 (20) '2009 Очистка пруда

    Лучшее украшение сада – пруды и водоемы. Со дня своего создания они становятся полноценными экосистемами, в которых круглый год бурлит самая настоящая жизнь. Уже в начале весны на дне садового водоема начинается бурный рост водорослей. Летом на его поверхности цветут водные растения, а осенью плавают опавшие листья. Для ухода за водоемами разработан арсенал специальной техники...