Отопление с помощью тепловых насосов.

 По этой причине использование низкопотенциальной энергии: почвы, воды, воздуха — это один из наиболее эффективных способов снизить уровень теплового загрязнения планеты и предоставить эффективную экономичную альтернативу традиционным системам жизнеобеспечения. Не секрет, что установка системы отопления и кондиционирования является той операцией, которая не лучшим образом влияет на состояние окружающей среды и, что немаловажно — на состояние финансов владельца частного дома. Поэтому сегодня все больше и больше людей отдают предпочтение системам, основанным на использовании тепловых насосов.

Тепловые насосы — это компактные экономичные и экологически чистые системы отопления, позволяющие получать тепло для горячего водоснабжения и отопления зданий за счет использования тепла почвы, грунтовых артезианских вод, озер, морей и воздуха путем переноса его к теплоносителю с более высокой температурой.

 Как видим, технология довольно проста, надежна и, что примечательно, была известна еще сто лет тому назад. Потребителей чрезвычайно привлекает тот факт, что тепловые насосы избавлены от большинства недостатков централизованного теплоснабжения — так, в отличие от газовых котлов, а также котлов на жидком и твердом топливе, они характеризуются отличными показателями экономичности работы (благодаря уникальному принципу действия — см. ниже), вследствие чего ежемесячные расходы уменьшаются от 2-х до 10-и раз. Кроме того, тепловые насосы имеют длительный срок службы до капитального ремонта (до 15 — 25 отопительных сезонов) и работают полностью в автоматическом режиме. Поэтому наиболее оправдано их применение в энергоэффективных экодомах.

Современные тепловые насосы многофункциональны — они используются для отопления, охлаждения зданий, подготовки горячей воды, а также вентиляции зданий с утилизацией тепла отработанного воздуха. Примерно три четверти энергии, необходимой для этих целей, тепловой насос берет из окружающей среды, оставшаяся часть покрывается электрическим током, необходимым для работы компрессора теплового насоса. Довольно часто в специализированной литературе можно встретить утверждение, что тепловой насос — это слегка преобразованный холодильник. И это на самом деле так, ведь в обоих агрегатах присутствуют испаритель, компрессор, конденсатор и дросселирующее устройство. Цикл работы у холодильника и насоса абсолютно одинаков, разнятся только параметры настройки. Даже внешне, по размерам и форме, они похожи друг на друга. Холодильник работает, выкачивая тепло наружу; тепловой насос работает по такому же принципу, только наоборот — он нагнетает тепло с улицы или из почвы в вашу гостиную. В холодильнике почти не ощущаемое тепло продуктов в конечном итоге выделяется в виде довольно горячего потока воздуха, отходящего от трубчатой панели конденсатора (<радиатор> на задней стенке). Поэтому если из холодильника вытащить испарительную камеру (с трубами) и закопать в землю, мы получим тот же тепловой насос, который будет обогревать комнату теплым воздухом. А если конденсатор холодильника омывать водой, то ее (нагретую) можно использовать в радиаторах отопления.

 Схематично тепловой насос можно представить в виде системы из трех замкнутых контуров: в первом, внешнем, циркулирует теплоотдатчик (теплоноситель, собирающий тепло окружающей среды), во втором — хладагент (вещество, которое испаряется, отбирая тепло у теплоотдатчика, и впоследствии конденсируется, отдавая тепло теплоприемнику), в третьем — теплоприемник (вода в системах отопления и горячего водоснабжения здания). Внешний контур (коллектор) представляет собой уложенный в землю или в воду полиэтиленовый трубопровод, в котором циркулирует незамерзающая жидкость — антифриз. Как упоминалось ранее, источником низкопотенциального тепла может служить грунт, скальная порода, озеро, река, море и даже выход теплого воздуха из системы вентиляции какого-либо промышленного предприятия — лишь бы его температура была выше 1°С. Во второй (внутренний) контур, где циркулирует хладагент, как и в бытовом холодильнике, встроены аппараты-теплообменники — испаритель и конденсатор, а также устройства, которые меняют давление хладагента — распыляющий его в жидкой фазе дроссель (узкое калиброванное отверстие) и сжимающий его уже в газообразном состоянии компрессор.

Рабочий цикл выглядит так. Жидкий хладагент продавливается через дроссель, его давление падает, и он поступает в испаритель, где вскипает, отбирая тепло, поставляемое коллектором из окружающей среды. Далее газ, в который превратился хладагент, всасывается в компрессор, сжимается и выталкивается в конденсатор. Конденсатор является теплоотдающим узлом теплонасоса: здесь тепло принимается водой в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и сгущается в жидкость, чтобы вновь подвергнуться разряжению в расширительном вентиле и вернуться в испаритель. После этого рабочий цикл начинается сначала. Тепловой насос обладает следующими преимуществами:

Экономичность.

Системы с тепловыми насосами экономят средства, потраченные на обслуживание и в эксплуатацию. В то время как начальная цена системы может быть несколько выше, чем газового котла или центральной системы кондиционирования, это не мешает домовладельцу экономить деньги в дальнейшем процессе эксплуатации. Система исключительно долговечна и прослужит от 25-и до 50-и лет без особого внимания к себе. Она согреет вас холодной зимой, принесет прохладу жарким летом (благодаря принципу реверсивности — см. ниже), и круглый год будет снабжать вас горячей водой для ванны, сауны и даже бассейна. Вопрос климата будет решен полностью, так как отпадает необходимость обслуживания, заправки фреоном и сложности с запуском, что присуще котлам и кондиционерам. Повсеместность применения. Источник рассеянного тепла можно обнаружить в любом уголке планеты. Земля и воздух найдутся и на самом заброшенном участке, вдали от газовых магистралей и линий электропередач — везде этот агрегат раздобудет для себя <пищу>, и вы больше не будете зависеть от капризов погоды, поставщиков дизельного топлива или падения давления газа в сети.

Экологичность.
Использование тепловых насосов — это экологически чистый метод отопления и кондиционирования, так как здесь используется возобновляемая Солнцем тепловая энергия Земли. Известно, что почти 40 % всей эмиссии двуокиси углерода — это результат использования энергии для отопления, кондиционирования и обеспечения потребности населения в горячей воде, что почти сопоставимо с уровнем вреда, приносимым выбросом в атмосферу выхлопных автомобильных газов. Тепловые насосы представляют собой механизмы, работающие на источнике нетрадиционной энергии, что позволяет примерно на 60% уменьшить выброс в атмосферу двуокиси углерода.

Надежность и долговечность систем.

Тепловые насосы содержат небольшое количество механических компонентов, и, если учесть, что компрессорные системы обычно характеризуются довольно большим сроком эксплуатации, то такие системы долговечны и высоко надежны. Подземный трубопровод (петля из полимерных труб), используемый в системе, имеет срок службы более 50-и лет, да и сама система будет верой и правдой служить вам от 20-и до 30-и лет, и даже больше.

Универсальность.

Тепловые насосы обладают свойством обратимости (реверсивности) — иными словами, они умеют <отбирать> тепло из воздуха в помещении, охлаждая его. Летом избыточную энергию иногда отводят на подогрев бассейна.

Безопасность.

Эти агрегаты практически взрыво- и пожаробезопасны. Нет топлива и открытого огня, никаких вытяжных труб, отсутствуют опасные газы или смеси — таким образом, взрываться здесь просто нечему. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей. В сущности, тепловой насос опасен не более чем холодильник.

Комфорт.

Тепловой насос работает бесшумно (не громче холодильника), а погодозависимая автоматика и мультизональный контроль создают желаемый микроклимат в помещениях.

Дизайн.

Установка теплового насоса не нарушает целостности интерьера. Насос занимает минимум пространства, и о нём станет известно вашим гостям только в случае, если вы этого захотите. При применении данного оборудования необходимо помнить, что для всех типов тепловых насосов характерен ряд особенностей:

1. Во-первых, тепловой насос оправдывает себя только в хорошо утепленном здании, то есть с теплопотерями не более 100 Вт/м2. Чем теплее дом, тем больше выгода. Как вы понимаете, отапливать улицу, собирая на ней же крохи тепла — занятие довольно бессмысленное.
2. Во-вторых, чем больше разница температур теплоносителей во входном и выходном контурах, тем меньше коэффициент преобразования тепла, то есть меньше экономия электроэнергии. Поэтому более выгодным будет подключение агрегата к низкотемпературным системам отопления. Здесь, прежде всего, имеется в виду обогрев от водяных полов или теплым воздухом, так как при таких условиях температура теплоносителя по медицинским требованиям не должна превышать 35°С.
3. В-третьих, для достижения большей выгоды практикуется эксплуатация тепловых насосов в комплекте с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления).

В доме с большими теплопотерями ставить насос большой мощности (более 30 кВт) невыгодно. Он громоздок, а будет работать в полную силу всего лишь около месяца, ведь количество действительно холодных дней не превышает 10-15% от длительности отопительного сезона. Поэтому часто мощность теплового насоса устанавливают равной 70-80% от расчетной отопительной, так как она будет покрывать все потребности дома в тепле до тех пор, пока уличная температура не опустится ниже определенного расчетного уровня (температуры бивалентности), например, минус 5-10°С. С этого момента в работу включается второй генератор тепла. Чаще всего таким помощником служит небольшой электронагреватель, но можно поставить и жидкотопливный котел. Возможны и более сложные тепловые бивалентные схемы, например, включение солнечного коллектора. У некоторых серийных систем тепловых насосов и солнечных коллекторов такая возможность предусмотрена в конструкции. В этом случае смешивание тепла, идущего от теплового насоса (достаточно инерционная система) и от солнечного коллектора (малоинерционная система) производится в выравнивающем бойлере. Как уже упоминалось ранее, существует несколько видов тепловых насосов, которые отличаются друг от друга в зависимости от источника тепловой энергии. Таким образом, различают следующие типы насосов:

Грунт-вода.

Грунт — это, пожалуй, наиболее универсальный источник рассеянного тепла. Он аккумулирует солнечную энергию и подогревается изнутри от земного ядра. При этом он всегда <под ногами> и способен отдавать тепло вне зависимости от погоды, ведь на глубине 5-7 м температура практически постоянна в течение всего года. Необходимая энергия собирается теплообменником, заглубленным в землю, и аккумулируется в носителе, который затем насосом подается в испаритель и возвращается обратно за новой порцией тепла. В качестве такого переносчика энергии используют незамерзающую жидкость на основе этиленгликоля или пропиленгликоля. Существует два типа коллекторов: грунтовый коллектор и грунтовый зонд. Выбор зависит от особенностей каждого участка, его площади, геологии и т.д. Грунтовый коллектор (горизонтальный) представляет собой длинную трубу, горизонтально уложенную под слоем грунта. Грунтовые зонды (вертикальные коллекторы) — это системы длинных труб, опускаемых в глубокую скважину (50-150 м). Здесь нужно совсем немного земли, зато требуются дорогостоящие бурильные работы.

Вода-вода.

Источником тепла в данном типе тепловых насосов могут быть поверхностные (реки, озера) или почвенные воды (скважины), а также сбросовая вода технологических установок. Сами насосы почти не отличаются от тех, которые работают на земляном контуре. Но благодаря более высокой температуре теплоносителя зимой годовая эффективность применения устройств типа <вода-вода> оказывается наивысшей.

Воздух-вода.

По универсальности применения в наших климатических условиях этот тип насосов пока проигрывает другим разновидностям. Хотя сами насосы дешевле, и прокладки труб или бурения скважин не требуется, из морозного воздуха много тепла не отберешь. Поэтому такие тепловые насосы рекомендуется использовать только в южных областях и в Крыму, где максимальная температура зимой не опускается ниже -15 °С. Конструктивно устройства типа <воздух-вода> выполняются согласно двух компоновочных схем: сплит и моно. В первом случае установка состоит из двух блоков, соединенных коммуникациями. Один, наружный, включает мощный вентилятор и испаритель (монтируется на участке недалеко от дома); второй, внутренний, содержит конденсатор и автоматику и устанавливается в помещении. Компрессор может располагаться или снаружи, чтобы не шумел в доме, или во внутреннем модуле. В свою очередь в моноблоках все элементы собираются в общем корпусе и монтируются в доме, а с улицей соединяются гибким воздуховодом. Есть моноблоки, допускающие как наружный, так и внутренний монтаж.

Воздух-воздух.

В данных тепловых насосах тепловая энергия берется из грунта и, через компрессор, напрямую передается воздуху, который используется для отопления зданий. Тем самым отпадает необходимость в использовании промежуточного теплоносителя (воды). Источником тепла в данном типе тепловых насосов могут быть поверхностные (реки, озера) или почвенные воды (скважины), а также сбросовая вода технологических установок.

Широкому распространению теплонасосов в Украине мешает недостаточная информированность населения. Потенциальных покупателей пугают довольно высокие первоначальные затраты: стоимость насоса и монтажа системы составляет около $300-1200 на 1 кВт необходимой мощности отопления. Но грамотный расчет убедительно доказывает экономическую целесообразность применения этих установок: капиталовложения окупаются, по ориентировочным подсчетам, за 4-9 лет, а служат теплонасосы 15-20 лет. Кроме того, их использование позволяет существенно снизить выбросы СО2 и NO2 (по сравнению с традиционными системами теплоснабжения — в 2-5 раз). Таким образом, внедрение тепловых насосов в автономные системы тепло- и хладоснабжения позволит комплексно решить проблемы, наиболее актуальные для нашей страны: энергосбережения, экономическую и экологическую.

Источник: http://msh.at.ua