Теплові насоси для опалення принцип роботи, переваги використання, практика застосування

Теполовй насос для опалення

Тепловий насос - хороша альтернатива традиційному опаленню приватного будинку. Прилад, що використовується протягом 30 років в країнах Заходу, в Росії ще є новинкою. Перешкодою для його широкого використання є два фактори: висока вартість і недолік відомостей про теплових насосах, їх переваги і принципи роботи. Показником практичності геотермальної системи опалення служить її популярність на Заході. Так, тепловими насосами в Швеції і Норвегії опалюються близько 95% будинків. Пропонуємо вам детальніше ознайомитися з пристроєм і принципами роботи цього теплового обладнання, за яким, безумовно, майбутнє.

Що таке тепловий насос?

Тепловий насос - прилад, який поглинає з навколишнього середовища (вода, земля, повітря) низько потенційну теплову енергію і передає її в системи теплопостачання з більш високою температурою.

Природа навколо нас просякнута енергією. Навіть мороз володіє теплом. Енергію неможливо витягнути з навколишнього середовища тільки при температурі -273 ° С. Тому навіть в саму люту зиму заміський будинок може опалюватися за рахунок енергії, отриманої від природи.

Залежно від джерела енергії (вода, земля, повітря), відбувається модифікація теплових насосів. Однак найбільш практичним і випробуваним є геотермальний тепловий насос, який застосовує енергію грунту. Він ідеально підходить для російських умов.

Геотермальне опалення працює по одному з трьох напрямків:

Крізь спеціальну трубу, встановлену в свердловині, грунтові води витягуються на поверхню землі. Вони мають певну температуру. Проходячи через теплообмінник, вода передає своє тепло, за рахунок якого відбувається прогрів будинку. Потім вода повертається в грунт, нижче за течією.
У свердловину глибиною приблизно 75 - 100 метрів опускається резервуар з антифризом. температура якого може підвищуватися від навколишнього грунту. Тепловий насос розганяє антифриз і пропускає його через теплообмінник. За рахунок цього відбувається віддача тепла.
В даному випадку буріння свердловини не передбачається, однак будинок повинен знаходитися поруч з великим водоймищем. Спеціальна магістраль у вигляді зондів прокладається по дну водойми. Таким чином відбувається перекачування води і витяг з неї тепла. Важливий нюанс - достатня глибина водойми, яка навіть взимку під товщею льоду дозволить зберігати до 150 сантиметрів вільної води.

Використання геотермального опалення, як і будь-якої системи теплопостачання, дозволить не тільки обігріти будинок, а й забезпечити гарячою водою, обігріти автостоянку або теплицю, нагріти воду в басейні

Переваги використання теплового насоса

Економічність. Завдяки високому ККД системи досягається низьке енергоспоживання. З 1 кВт витраченої електроенергії виходить від 3 до 7 кВт теплової енергії. Це більше, ніж при роботі будь-яких котлів, які використовують паливо.
Автономність. Робота насоса не потребує подачі органічного палива, тому немає необхідності прокладати теплові комунікації.
Універсальність. В одному пристрої поєднуються одночасно системи нагріву води, опалення та охолодження.
Безпека. На відміну від котлів, які можуть спалахнути або вибухнути, тепловий насос є абсолютно безпечним. Він не містить деталей, температура яких може спричинити пожежу. Чи не виділяє чадний отруйний газ. Зупинка роботи не призведе до поломки або заморожування рідини.
Надійність. Роботою насоса управляє автоматика. Обслуговування не вимагає спеціального навчання.
Довговічність. Прилад може прослужити від 20 до 50 років. Це на порядок більше, ніж у стандартних систем опалення.
Комфорт. Функціонування насоса не супроводжується коливанням температури і вологості. Працює практично безшумно.
Мінімум площі потрібно під свердловину. Так як зонд знаходиться під землею, пошкодити його неможливо.
Екологічність. Навколишнє середовище не забруднюється шкідливими викидами.
Відсутність паперової тяганини. При монтажі не потрібні узгодження, як, наприклад, при установці газового опалення.

Принцип роботи теплового насоса

Роботу теплового насоса можна порівняти з роботою звичайного холодильника. Тільки замість холоду апарат виробляє тепло. Речовиною, що передає енергію, є фреон - газ або рідина з низькою температурою кипіння. При випаровуванні він поглинає тепло, а при конденсації - віддає його.

Тепловий насос - головний елемент системи. Його розміри не перевищують габаритів середньої пральної машини. що полегшує установку приладу. Сам насос включається в два контури: внутрішній і зовнішній.

Внутрішній контур складається з системи теплопостачання будинку (труби і радіатори) .Внешній контур знаходиться в воді або під землею. Він включає в себе колектор-теплообмінник і труби, що зв`язують колектор з насосом.

Теплові насоси комплектуються різними додатковими пристроями. Це можуть бути:

комунікаційний пристрій для управління системою через персональний комп`ютер або мобільний телефон;
блок охолодження для локальної або центральної системи охолодження;
додатковий насосний блок може знадобитися для опалення підлог;
циркуляційний насос необхідний для циркуляції гарячої води;

Процес роботи насоса складається з декількох етапів:

Незамерзающая суміш подається в колектор. Відбувається поглинання теплової енергії та транспортування її до насоса.
У випарнику енергія передається фреону, де він нагрівається до 8 ° C. закипає і перетворенню в пар.
При збільшенні тиску в компресорі підвищується температура. Вона може досягати 70 ° C.
Для будинків система опалення отримує теплову енергію через конденсатор. Фреон миттєво охолоджується і переходить в рідкий стан, віддаючи при цьому залишився тепло. Потім він йде назад в колектор. Так завершується цикл.
Далі робота повторюється за тим же принципом.

Найбільш ефективно тепловий насос функціонує при наявності в будинку теплої підлоги. Тепло розподіляється по всій площі підлоги рівномірно. При цьому відсутні зони перегріву. Теплоносій в системі рідко нагрівається більше 35 ° C, а опалення шляхом нагрівання підлог вважається найбільш комфортним при 33 ° C. Це менше на 2 ° C ніж при опаленні радіаторами. Звідси виникає економія до 18% в рік від усього опалювального бюджету. Крім того, вважається, що опалення на рівні підлоги найбільш комфортно для проживання людини.

Система опалення може бути моновалентною і бівалентної. У моновалентних систем одне джерело опалення. Він повністю відповідає цілорічної потреби в теплі. У бівалентних, відповідно, - два джерела.

Опалення будинку в зимовий період

На території з більш суворими кліматичними умовами актуально використання бівалентної системи опалення. За рахунок другого джерела тепла розширюється діапазон температур. Роботи одного теплового насоса досить тільки до рівня температури -20 ° С. При більшому її зниженні підключаються електрообігрівач. камін, рідкопаливний або газовий котел. При цьому потужність теплового насоса обмежується від максимальної зимової потреби до 70 - 80%. Відсутні 20 - 30% дає додаткове джерело тепла. Це знижує загальну ефективність роботи системи. Однак зниження є незначним.

При повному переході на опалення будівлі геотермальної системою (в разі, коли не планується встановлювати додатково котел або електроприлад) тепловий насос застосовується спільно з внутрішнім модулем, що містить невеликий вбудований електронагрівач. Він підтримає прилад, коли температура навколишнього середовища буде нижче -20 ° С.

В яких випадках використання теплового насоса є обґрунтованим?

Питання опалення заміського будинку передбачає розгляд кількох варіантів:

Газ. При відсутності поруч з будинком газопроводу це стає неможливим. У ряді регіонів купити газ можна тільки в балонах.
Вугілля або дрова. З ними опалення перетворюється в трудомісткий і малоефективний процес.
Рідкопаливний котел вимагає великих витрат на паливо і спеціального приміщення. Особливу зберігання необхідно і самому паливу, що незручно в невеликому будинку.
Опалення електрикою обходиться дуже дорого.

В такому випадку на допомогу приходить геотермальна система опалення. Її використовують навіть там, де доступний газ. Установка теплового насоса дорожче установки обладнання для опалення газом. Однак, газ в подальшому доведеться оплачувати постійно, на відміну від енергії, взятої з навколишнього середовища.

Окупність теплового насоса складно висловити в усередненому числовому значенні. Все залежить від його початкової вартості. Суть установки такого опалення зводиться до перспективи. Хоча кількість споживаної електроенергії - в 3? 5 разів менше. ніж у інших систем опалення, все ж необхідно підрахувати в грошовому еквіваленті все енерговитрати за рік і порівняти їх з вартістю системи, її монтажу і експлуатації.

Досягти максимальної ефективності застосування теплового насоса можна при дотриманні двох важливих умов:

Опалювальне будівля повинна бути утепленим. а показник тепловтрат не повинен перевищувати 100 Вт / м2. Існує прямий зв`язок між тим, як утеплений будинок і тим, наскільки вигідно буде установка теплонасоса.
Підключення теплового насоса до низькотемпературних джерел обігріву (конвекторам. Теплим полам), температурний режим яких коливається між 30 - 40 ° C.

Отже, тепловий насос стане непоганою альтернативою традиційним способам опалення. Прилад гарантує економічність і повну безпеку. Власнику, після установки геотермальної системи опалення, не доведеться залежати від різних зовнішніх факторів, як, наприклад, перебої з газопостачанням або викликом сервісної служби. Енергія, взята з навколишнього середовища, не вимагає оплати і не вичерпується.

Відповідно до прогнозів Світового комітету з енергетики в 2020 р геотермальні насоси складуть три чверті всього опалювального обладнання.