Можно ли потратить 1 кВт⋅ч электроэнергии, а взамен получить 3-4 кВт⋅ч тепла для отопления и горячего водоснабжения загородного дома? И платить по счетчику только за 1 кВт⋅ч, беспечно обогревая площадь в 30-40 кв. м? Да! Современные технологии творят чудеса. Именно о такой новаторской системе получения теплой воды мы сегодня и поговорим. 
Затратив на входе 1 кВт⋅ч, на выходе она действительно дарит вам в 3-4 раза больше тепла. Причем дарит в прямом смысле: казалось бы, ниоткуда, «из воздуха» появляется дополнительная энергия, которая материализуется в комфортном и теплом отдельно стоящем доме. В этом и есть главный плюс чуда техники под названием «теплонасосные системы», а сокращенно — «тепловые насосы».
Разумеется, за таким четырехкратным экономическим эффектом стоят и самые современные технологии, и серьезная наука. Поэтому не судите строго за вынужденную сухость и «технократичность» изложения.
Как это работает
Всезнающая «Википедия» определяет тепловой насос как устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой.
По сути, тепловой насос аналогичен бытовому холодильнику, о сложной работе которого мы попросту не задумываемся. Только там основная цель — производство холода: испаритель забирает тепло из камеры холодильника, а конденсатор «сбрасывает» его в окружающую среду.
В тепловом насосе картина строго обратная.
Конструкция теплового насоса — это замкнутая система, в которую входят:
- испаритель,
- компрессор,
- конденсатор,
- расширительный клапан (дроссель).
Они соединены трубопроводами, по которым циркулирует хладагент (фреон). Но сам тепловой насос как таковой — лишь часть теплонасосной системы отопления. Его испаритель непосредственно связан с первым контуром системы — зарытым в грунт теплообменником, который передает низкопотенциальную энергию грунта хладагенту (второй контур). 
- Получая тепловую энергию грунта из первого контура, хладагент нагревается, вскипает и переходит из жидкого состояния в газообразное (испаряется).
- Компрессор сжимает нагретый газообразный хладагент, при этом его температура повышается. Кстати, именно на работу компрессора в основном и уходит вся потребляемая из сети электроэнергия — тот самый условный 1 кВт⋅ч, о котором шла речь в начале статьи.
- Из компрессора подогретый фреон попадает в конденсатор. Здесь он охлаждается, отдавая свое тепло в контур системы водяного отопления дома (третий контур).
- Выходя из дросселя, фреон расширяется, его температура падает, в результате он переходит в жидкую фазу и возвращается в испаритель.
- После этого рабочий цикл повторяется заново. Типичный бытовой холодильник, только работающий «в обратную сторону».
Исследователи и конструкторы теплонасосных установок разработали несколько вариантов отбора тепла у природы: из грунта, из воды и даже из воздуха. Практический интерес для российских дачников представляет случай съема тепла из грунта — прямо из земли садового участка. 
При этом тепловая энергия грунта отбирается теплоносителем (обычно это незамерзающая жидкость на основе пропиленгликоля или этиленгликоля) первого контура. Известны два типа грунтовых теплообменников: горизонтальный коллектор и геотермальный зонд.
Это система труб, уложенных на глубине ниже уровня промерзания (то есть около 2 м) в специально вырытые траншеи. Трубы могут соединяться последовательно или параллельно, располагаться в одной плоскости или даже образовывать пространственную спираль. 
Параметры такого теплообменника зависят от длины труб, которую рассчитывают исходя из:
- потребной мощности насоса,
- грунта данного места (влажный — лучше),
- уровня солнечной радиации и т.д.
В любом случае площадь, занимаемая таким коллектором, сравнительно велика. В средней полосе России примерное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 погонный метр трубы теплообменника, составляет 20-30 Вт. Это означает, что для обеспечения теплом коттеджа площадью около 50 кв. м потребуется коллектор площадью 150-200 кв.м.
На площадке, под которой располагается коллектор, можно сажать кусты и деревья, устанавливать малые архитектурные формы (беседки, перголы и арки, садовые скульптуры, стационарные садовые светильники и т.д.). Но какая-либо серьезная застройка там запрещена.
Такой запрет позволяет тепловым «запасам» грунта, остывшего за зиму, восстанавливаться естественным путем. А это происходит в том числе за счет летних дождей. Поэтому ничто не должно препятствовать проникновению влаги в почву.
Так что «энергетическое поле» вашего участка будет представлять собой только садово-огородный ландшафт, даже без теплиц.
Вертикальный коллектор — другой тип грунтового теплообменника. Он представляет собой вертикальную скважину глубиной 30-100 м (иногда и более), в которой размещается U-образный или коаксиальный (труба в трубе) теплообменник. 
У него есть и другое название — геотермальный зонд.
Важнейшее преимущество вертикальных грунтовых теплообменников — в том, что для их устройства требуется минимальная площадь.
1. Один из лучших примеров на территории России — «Активный дом» под Москвой. Он сооружен в 2011 году и стал поистине символическим объектом в области энергоэффективности дачного строительства. 
В нем установлен тепловой насос, использующий 33% раствор этиленгликоля, который циркулирует в коллекторах охлаждения скважного исполнения. Для их производства на придомовом участке в шахматном порядке пробурили 8 скважин глубиной до 30 м. 
В этом примере есть один очень важный, можно сказать решающий параметр: здесь четко определен радиус действия скважного модуля в 6 м. То есть одна скважина должна отстоять от другой не менее, чем на 12 м.
- Главное достоинство установки — пресловутый расход 1 кВт⋅ч поступающей извне мощности для получения 3-4 кВт⋅ч тепловой энергии.
- Серьезный недостаток таких теплообменников — немалая стоимость буровых работ, приближающаяся к цене импортного оборудования.
Тем не менее, в Московской области большинство установок приходится на долю тепловых насосных систем именно с вертикальными грунтовыми теплообменниками. На видео ниже вы можете посмотреть, как вообще происходит бурение скважин и закладка в них геотермальных зондов:
2. Еще один пример, на этот раз из Набережных Челнов. Компания Rockwool построила там энергоэффективный дом Natural Balance общей площадью 186 кв. м.
Отопление и горячее водоснабжение в этом доме обеспечивает тепловой насос. На приусадебном участке пробурили десять скважин глубиной по 35 м, в которые опустили теплообменники.
Трубы, соединяющие зонды с тепловым насосом, расположены на глубине более 1 м, поэтому площадка со скважинами используется как обычный садовый участок с плодовыми деревьями, огородом, цветниками, садовыми скамейками и прочими атрибутами современного загородного дома.
Уровень эффективности теплового насоса определяется коэффициентом преобразования (коэффициентом мощности), который показывает отношение полученной тепловой энергии к количеству электрической энергии, затраченной на работу компрессора. В любое время года для тепловых насосов «грунт-вода» величина коэффициента составляет около 4. Это означает, что при потреблении 2 кВт∙ч электрической энергии установка производит 8 кВт∙ч тепловой энергии.
Я выбрал для примера скромные 2 кВт∙ч, потому что это тот минимум, который может получить одно домохозяйство в обычном садоводческом товариществе в регионе с ограниченным энергопотреблением. А мощности в 8 кВт∙ч тепловой энергии достаточно, чтобы отопить грамотно утепленный дом площадью до 100 кв. м и более.
Тепловые насосы могут работать не только в режиме отопления, но и в режиме кондиционирования всех комнат. То есть если собрать гидравлическую развязку в котельной, обычный тепловой насос можно использовать и для охлаждения. У передовых котловых компаний уже есть модели тепловых насосов, которые легко переходят с одного режима на другой. Оба эти варианта не отличаются сложностью и не требуют больших вложений.
Читателям, которым в целом понравилась идея тепловых насосов, надо помнить, что традиционные отопительные радиаторы не пригодны для охлаждения воздуха, а «теплые» полы превращаются в «ледяные».
Поэтому эффективное совмещение функций отопления и охлаждения возможно только при использовании воздушных систем отопления/кондиционирования.
Этот вариант распространен в США, где тепловой насос большую часть года работает именно в режиме охлаждения.
Расходы на эксплуатацию теплонасосных и традиционных газовых систем отопления примерно одинаковы. Поэтому при наличии магистрального газа разумнее использовать привычное газовое отопление, чем платить сотни тысяч рублей за тепловой насос и его обустройство. Для примера можно привести цену теплового насоса мощностью 6 кВт производства компании Viessmann – 756 тыс. рублей. 
Схожие по мощности аппараты отечественного производства с импортными комплектующими обойдутся уже на 200 тыс. руб. дешевле. Хотя учитывая легендарно заоблачные цены на подключение магистрального газа, теплонасосная система может стать экономически оправданной.
Если магистрального газопровода поблизости нет, выбор типа отопления заметно упрощается. Применять дизтопливо дорого, электричество — еще дороже. В последнем случае нередки строгие лимиты на электроэнергию. Именно в такой ситуации тепловой насос может быть наиболее выгодным вариантом. Он:
- не требует пожароопасных емкостей с топливом, нуждающихся в периодической заправке, не говоря уже об отсутствии неприятных запахов и естественных выбросов продуктов сгорания;
- окупается приблизительно через 7-10 лет. Хотя сейчас этот срок стал заложником курса российской валюты.
Тепловые насосы — это хорошо отработанные конструкции. Срок их службы до капитального ремонта — обычно 15-25 лет. По безопасности они эквивалентны бытовым холодильникам и превосходят любые газовые и дизтопливные котлы. Европейский лидер по использованию тепловых насосов — Швеция, где в новых домах около 95% систем отопления основано на этой технологии.
За шведами с некоторым отставанием идут финны и немцы. Их энергетическая политика направлена на сокращение энергозависимости от стран с богатыми ресурсами. И тепловые насосы — лишь часть этой обширной программы.
В ее рамках в большинстве стран ЕС успешно внедрены системы поддержки производителей энергии из возобновляемых источников.
Так, сегодня у пользователей тепловых насосов есть привилегия — льготный тариф на энергию, которая тратится на работу таких аппаратов.
В Финляндии частному застройщику возвращается 20% от стоимости оборудования и 40% (в форме налоговых вычетов) — от суммы затрат на монтаж оборудования (до 2012 года было 60%).
В России судьба тепловых насосов не столь безоблачна. Гуманные цены на газ и отсутствие реальной заинтересованности в энергосбережении не позволяют рассчитывать на скорое развитие возобновляемых источников энергии.
Однако интерес реальных потребителей к этой теме растет с каждым годом.
И это легко объяснимо, ведь во многих случаях использование тепловых насосов становится практически единственной возможностью создать современную и экономичную систему отопления в загородном доме.
Статья размещена в разделах: отопление, тепловые насосы, оборудование, загородные дома, статьи
10 спасибо за статью 9 в избранном 41433 просмотра
Источник: https://7dach.ru/Oleg_Sanko/teplovoy-nasos-na-dache-vygody-i-problemy-41534.html
Тепловые насосы: плюсы и минусы — грунтовых, водяных, воздушных
Плюсы и минусы тепловых насосов – вот что интересует многих. Действительно, если вы решили организовать с помощью такого оборудования отопления дома и ГВС, необходимо знать всю правду о нем. В противном случае, велик риск обжечься.
Тепловые насосы набирают популярность благодаря экономичности и экологичности. Их часто используют для отопления дома, так как принцип работы теплового насоса позволяет получать больше тепла, чем потреблять электроэнергии. В этой публикации мы рассмотрим их позитивные и негативные стороны.
Виды тепловых насосов
В зависимости от среды, из которой черпается тепловая энергия, все тепловые насосы можно разделить на три категории:
- Грунтовые (геотермальные) – получают тепло из земли и грунтовых вод.
- Водяные – работают за счет тепла, накопленного в водоемах
- Воздушные – извлекают тепловую энергию из воздуха в окружающей среде
Каждый вид можно разделить на отдельные типы, такие как грунт-вода, грунт-воздух, воздух-вода, воздух-воздух, вода-вода и вода-воздух. Из названия следует, откуда будет получать энергию и что будет нагревать тепловой насос.
Существуют более экзотические типы, такие как фреон-вода, лед-вода и абсорбционные. Но они не распространены, их не применяют для отопления жилья.
Особенности работы
В отличие от котлов, конвекторов и других типов нагревателей, тепловой насос не производит тепло. Он переносит его из одной среды в другую. К примеру, тепловой насос воздух-вода охлаждает воздух за пределами здания и нагревает воду в бойлере. Благодаря этому можно добиться эффективности более 100%.
Тепловой насос потребляет электроэнергию и генерирует тепло. Соотношение этих показателей характеризует его производительность. Но реальный КПД теплового насоса может существенно колебаться. Чем меньше температура на входе и выше на выходе, тем ниже эффективность.
Так выглядит график эффективности воздушного теплового насоса в зависимости от температуры воздуха. Некоторый разброс — это и есть зависимость КПД от того, насколько большой была разница температур.
Экономия от теплового насоса
Противники тепловых насосов часто говорят, что они имеют большой срок окупаемости, но при этом не учитывают трех фактов:
- Стоимость топлива постоянно дорожает, будь то уголь, дрова или газ
- Цена подключения к газу часто гораздо выше, чем цена теплового насоса и его установки
- Тепловой насос имеет большой срок эксплуатации
То, что отапливать тепловым насосом выгоднее чем электричеством – это факт. Но насколько велика эта выгода? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Правда о тепловых насосах такова – в каждом конкретном случае не обойтись без расчетов. В некоторых случаях могут перевесить недостатки тепловых насосов, а в других – преимущества.
Чтобы просчитать нюансы нужно знать, какое обслуживание нужно в процессе эксплуатации, сколько лет в среднем работает выбранная моде, какое количество теплоты потребуется для обогрева квадратного метра (а в некоторых случаях – кубического метра). Если использовать твердое топливо или газ – стоит учитывать их стоимость и стоимость оборудования (газового котла, печи, камина и т.д.).
Практика показывает, что средняя экономия при использовании теплового насоса грунт-вода и использовании теплых полов составляет 400-700% по сравнению с электрическими теплыми полами.
Плюсы и минусы
Рассмотрим по отдельности три вида, которые чаще используют для отопления коттеджей, домов, дач и вообще любого частного жилья.
Воздушный тепловой насос: плюсы и минусы
Стоимость воздушных тепловых насосов ниже чем у других типов за счет простоты конструкции. По сути, это кондиционер, но имеющий высокую надежность, производительность и способный работать при экстремально низких и высоких температурах. Монтаж теплового насоса прост и не требует проведения сложных работ.
Чем холоднее на улице, тем ниже эффективность (КПД). При очень низких температурах (в зависимости от модели и производителя) перестает вырабатывать тепло. Есть модели, способные работать и при -35, но они слишком дороги.
Тепловой насос воздух-воздух, это тот же кондиционер. Но его стоимость выше, ведь он нормально функционирует при низких температурах. Например, средней руки кондиционер не будет эффективно работать на обогрев при 0 градусов, а тепловой насос сможет не только обогревать помещение, но и позволит сэкономить.
Еще одно отличие – воздушный теплонасос имеет большую производительность и лучший КПД, чем любой из кондиционеров.
Внутренний блок воздушного теплового насоса очень похож на внутренний блок кондиционера.
Водяные тепловые насосы: за и против
Температура в водоеме стабильная на протяжении года, поэтому эффективность работы не зависит от погодных условий. Для отбора термальной энергии из озера, пруда или реки нужно укладывать трубопровод (поле), но это несложный процесс.
За счет погружаемого в воду поля и прокладки магистрали между ним и испарителем стоимость оборудования и монтажа удорожается. Чем дальше от теплового насоса находится водоем, тем выше энергопотери и ниже КПД.
И, конечно, основной минус – необходимо наличие водоема.
Не каждый водоем может быть использован в качестве источника тепла для теплового насоса вода-вода или вода-воздух. Если объем воды небольшой, то она будет переохлаждаться и на трубопроводах образуется наледь. Она будет своеобразной «шубой», которая не позволит эффективно получать тепло.
Последние публикации:
- Теплоноситель пропиленгликоль, его растворы – температура замерзания, характеристики, применение, ТБ
- Фреон R410a – свойства, характеристики, особенности и таблицы параметров
- Фреон R404a – характеристики, свойства, особенности, таблицы
- Как избавиться от запаха в холодильнике – ищем причину и уничтожаем последствия
- Виды теплых электрических полов, особенности, совместимость с покрытиями
Идеальный вариант – устанавливать поле в проточной воде, тогда можно не беспокоиться о температуре. Но не у всех есть река рядом с домом или дачей.
Идеальное месть для установки водяного теплового насоса
Плюсы и минусы грунтовых (геотермальных) тепловых насосов
На уровне ниже 1-1,5 метра под поверхностью земли температура не меняется на протяжении года. Поэтому производительность оборудования не зависит от того, лето на дворе или зима. На глубине почва прогрета лучше, чем в водоемах зимой, поэтому КПД грунтовых тепловых насосов выше, чем водяных.
Для прокладки труб нужно бурить скважины, либо укладывать трубопровод горизонтально. Это существенно удорожает процесс монтажа по сравнению с водяными тепловыми насосами. Что касается стоимости оборудования – она сравнима с последними.
Большую опасность для грунтового теплового насоса представляет неправильный расчет мощности. Если потребление тепла из земли будет высоким, а площадь поля или глубина и количество скважин – небольшими, почва начнет промерзать. Так как в грунте содержится влага, она образует ледяной кокон и доступ тепла прекратится.
Процесс эксплуатации грунтовых установок отличается в каждом отдельном случае. Геотермальный тепловой имеет свои насос за и против в зависимости от многих факторов, таких как:
- Тип установки теплообменника;
- Мощность теплового насоса;
- Необходимая температура теплоносителя или воды;
- Требуемая тепловая мощность;
- Сложность грунтов;
- Близость грунтовых вод;
- Климат региона.
Так происходит укладка горизонтального поля для грунтового теплового насоса.
Система отопления на основе теплового насоса
Произведенную тепловым насосом тепловую энергию можно использовать как угодно. Как правило, такое оборудование используют для нагрева воды, которая далее идет на нужды горячего водоснабжения (кухня, ванная, баня) и на отопление.
Практика показывает, что лучше использовать теплый пол, чем отопление с помощью радиаторов. Кроме того, что это мягкое тепло и не требует подогрева воды до высокой температуры, есть третья, и немаловажная с точки зрения экономии.
Чем ниже температура воды, которую нужно нагреть, тем выше КПД любого теплового насоса. Если для радиаторов вода должна быть прогрета до 50-55 градусов, то для теплых полов – 30-35 градусов. Даже если температура воды на входе составляет 1-2 градуса, то разница в КПД составит около 30%.
Нередко для обогрева помещений используют воздух. Это особенно эффективно в регионах, где температуры не опускаются ниже 0, а также если использовать тепловой насос в качестве дополнительного источника тепловой энергии.
Удобнее всего для этого использовать фанкойлы, но для их монтажа придется либо сооружать подвесной потолок, либо жертвовать эстетикой. В случае если есть приточная вентиляция, для подачи теплого воздуха можно использовать ее.
Тепловые насосы воздух-воздух: отзывы реальных владельцев
Так происходит установка фанкойлов под подвесные потолки.
Сейчас тепловые насосы не так широко распространены на территории СНГ, чем в других странах. У нас по-прежнему дешевы традиционные источники тепла, такие как уголь, газ и древесина. Но ситуация постоянно меняется и тепловые насосы все чаще используют для отопления домов и нежилых зданий.
Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!
Источник: https://VTeple.xyz/plyusyi-i-minusyi-teplovogo-nasosa/
Тепловой насос для отопления дома – плюсы и минусы
Постоянное подорожание привычных энергоносителей (газа и электричества) побуждает многих людей искать альтернативные методы обогрева помещений. Одним из эффективных технологических установок является тепловой насос. Перед покупкой и установкой такого оборудования стоит рассмотреть его основные особенности.
- Виды
- Преимущества
- Дополнительные особенности
- Недостатки
Виды
Тепловые насосы представлены тремя разновидностями:
- Грунтовые.
- Воздушные.
- Водные.
В первом случае тепло берется непосредственно из земной коры. Это практичный метод отопления с высоким КПД, так как температура грунта на определенной глубине в любое время года остается неизменной.
В воздушных насосах тепло добывается из воздуха. Это недорогая и простая в установке система, однако ее КПД нестабилен и зависит от температуры воздуха на улице.
Водные конструкции получают необходимое тепло из подземных или наземных водоемов: реки, моря, грунтовых вод.
Перед выбором оптимального рекомендуем вам обратить внимание на:
- цену;
- необходимости дополнительных источников тепла (применимо для местностей, где температура зимой ниже -15).
Преимущества
В первую очередь, основное преимущество – это высокий уровень эффективности в сравнении с аналогичными конструкциями. К примеру, если газовый котел для подачи тепла мощностью 0,9 кВт должен потребить около 1 кВт электричества, то у теплового насоса уровень эффективности составляет до 5 кВт. Причина в том, данная система не производит, а передает тепло.
Среди следующих дополнительных достоинств стоит отметить следующее:
- быстрая окупаемость;
- высокий уровень рентабельности;
- безопасность;
- экологическая чистота;
- надежность.
Дополнительные особенности
Хотя сама система стоит дорого, а ее монтаж не так уж прост, у нее большой уровень окупаемости в сравнении с другими аналогичными установками отопления. Газ не падает в цене, и использовать его в качестве единого вида топлива не всегда благоразумно. Тепловая конструкция имеет гораздо меньший уровень расходов и оправдывает себя уже через несколько лет.
Другая особенность – высокая безопасность установки, так как она не выделяет опасных газов при работе. Насос имеет высокий уровень безопасности в сравнении с другими отопительными системами, где в большинстве случаев используется определенный вид взрывоопасного топлива.
Потребность в оборудовании, которое является экологически чистым, довольно большая, так как на этот момент сегодня обращается особое внимание. Тепловой насос в данном вопросе считается идеальным решением. Причина проста – система не имеет каких-либо вредных выбросов, так как насос не производит, а лишь переносит тепло.
Конструкция обладает большим ресурсом использования и высоким уровнем надежности, ведь здесь применяется герметичный контур. Такой подход позволяет в разы увеличить срок эксплуатации.
Это универсальная конструкция отопления, потому что она выполняет сразу несколько функций. Прежде всего, это обогрев жилого помещения, а также нагрев воды и кондиционирование. Если сравнивать данную систему с привычным кондиционером, то последний имеет существенный недостаток. Они обладает быстрым износом, хотя принцип работы у него похож на технологию теплового насоса.
Недостатки
Главным недостатком является высокая цена, которая превосходит стоимость электрических систем обогрева, а также газового котла. Это инвестиции в будущее, так как природное тепло не исчезнет. Поэтому такие вложения вполне оправданы.
Если дома применяется радиаторная система, то использование данной конструкции будет не самым практичным подходом. Ее монтаж выполнить можно, а эффективность будет ниже. Для самоокупаемости потребуется больше времени. Учитывая плюсы и минусы теплового насоса, можно сделать осознанный выбор.
Источник: https://nadoremont.com/teplovoy-nasos-dlya-otopleniya-doma-plyusyi-i-minusyi/
Тепловые насосы: достоинства, недостатки и перспективы применения в России
Первые тепловые насосы появились около 60 лет назад, а сегодня их производство превратилось в отдельную индустрию. По всему миру функционируют сотни изготовителей тепловых насосов, которые предлагают множество различных моделей альтернативных отопительных систем с широким набором всевозможных функций.
На сегодняшний день теплонасосы являются основным видом отопления в Европе. Согласно разным источникам почти 70% всех новых зданий снабжаются системами отопления и горячего водоснабжения на базе тепловых насосов. И это легко объяснимо, так как данное оборудование обладает длинным перечнем достоинств.
Достоинства тепловых насосов
Главными преимуществами применения теплонасосов являются:
1. Использование современных энергосберегающих технологий, обеспечивающих экономическую эффективность
Тепловой насос использует электроэнергию немного эффективнее других видов котлов. При затратах на функционирование системы 1 кВт электроэнергии вырабатывается от 3-х до 4-х кВт тепловой энергии. То есть коэффициент эффективности теплонасоса намного больше единицы. Между собой агрегаты сравниваются по коэффициенту преобразования тепла (КПТ) — отношению полученного тепла к израсходованной энергии.
2. Экологичность
Аппарат при работе не сжигает топливо, а значит, не выбрасывает вредные вещества в окружающую среду. Ни в воздухе, ни на почве не накапливаются опасные для здоровья людей и природы соединения. Хладогены системы не содержат хлоруглеродов, что делает их озонобезопасными. Для планеты использование теплонасосов — это безусловное благо.
3. Возможность повсеместного использования
Если не вода, то земля и воздух есть повсюду, что позволяет использовать тепловые насосы в разных уголках Земли. При отсутствии электричества можно применять модели с дизельными или бензиновыми генераторами. Ветряные генераторы и солнечные батареи также обеспечат нужное количество энергии для отопления частного дома.
4. Многофункциональность
Тепловые насосы, оснащенные реверсивным клапаном, способны не только обогреть дом и обеспечить горячее водоснабжение, но и охладить воздух в летний зной. Летом теплонасос можно использовать как кондиционер и нагреватель воды для дома и бассейна.
5. Безопасность
При работе агрегата нет открытого огня, не используется топливо, и не выделяются опасные смеси и газы. Узлы системы не прогреваются выше 90°С, а значит, не могут стать причиной пожара.
Теплонасосы не опаснее холодильников. К тому же им не вредят простои, агрегаты можно эффективно использовать даже после длительных остановок.
Кроме того, используя подобное оборудование, никогда не придется столкнуться с замерзанием жидкости в системе.
Но, как и любое другое оборудование, тепловые насосы имеют недостатки.
Недостатки тепловых насосов
Главным и, возможно, единственным весомым недостатком теплонасосов является их цена.
К примеру, для обогрева дома, имеющего площадь около 80 м², снабжения его горячей водой и кондиционирования воздуха летом, потребуется приобрести агрегат мощностью не менее 6 кВт и стоимостью 8-10 тысяч евро, а также побеспокоиться о монтаже, который будет предполагать создание 100-метровой скважины, а, как известно, земляные работы обходятся недешево.
Отметим также, что теплонасосы полностью оправдываю себя только в качественных зданиях, где тепловые потери составляют не более 100 Вт/м². Другими словами, чем теплее дом, тем выгоднее использовать подобное оборудование. Собственно, это правило работает со всеми видами отопления.
КПТ выше тогда, когда разница температур теплоносителя в системе и отопительном контуре минимальна. Максимальной эффективности можно добиться, используя отопление на базе теплонасоса в помещениях, где организована низкотемпературная система обогрева, например, теплый пол и тому подобное.
Перспективы использования тепловых насосов в нашей стране
Теплонасосы — надежные устройства. Период службы компрессора и контура системы превышает 30 лет. Практика использования подтверждает, что узлы и автоматика агрегатов практически никогда не выходят из строя на протяжении всего срока эксплуатации.
Стоимость вырабатываемого тепла в 2,5 раза дешевле по сравнению со стоимостью тепла от газовых котлов и в 3 раза дешевле, если сравнивать с выработкой тепла централизованной системой отопления.
Подогрев воды не вызывает никаких сложностей и весомых затрат, так как 75% требуемого нагрева уже сделал теплонасос.
Практика применения подобного оборудования подтверждает, что оно способно полностью обеспечить потребности в тепле. Лишь в особо холодные дни может потребоваться дополнительный обогрев.
Сроки окупаемости теплонасосов в разных странах оценивается по-разному — 2…6 лет, на это влияют расценки и субсидии на приобретение отопительного оборудования, действующие в некоторых странах.
Несмотря на то что в Швеции более половины всех зданий отапливаются геотермальными тепловыми насосами, Швейцария является лидером в Европе по их использованию, а в Японии производится свыше трех миллиона насосов в год, в России они пока не получили широкого распространения.
Прежде всего, это связано с тем, что стоимость тепла, выдаваемого теплонасосом, соизмерима со стоимостью тепла, вырабатываемого газовым котлом. А, как известно, газа в стране пока хватает, котлы стоят дешевле теплонасосов, да и технология газового отопления изучена лучше.
Но, тем не менее, в России уже начался процесс применения тепловых агрегатов. Конечно, общая мощность установленного оборудования в сравнении со странами-лидерами несоизмеримо мала, но многие общественные здания Перми, Калининграда, Туапсе, Самары, Пензы, Московской и Ленинградской областей уже отапливаются по данной энергосберегающей технологии.
Тенденции к росту стоимости природного газа, а также дороговизна подключения к электрическим и тепловым сетям, несомненно, выступают теми факторами, которые дадут толчок популяризации тепловых насосов. Уже сейчас некоторые застройщики и владельцы частных домов прибегают к организации альтернативных систем отопления. И их число с каждым годом возрастает.
Тепловые насосы: устройство, принцип действия и виды конструкций
Тепловой насос своими руками: особенности сборки системы, окупаемость
Источник: http://blog.flexyheat.ru/teplovye-nasosy-dostoinstva-nedostatki-i-perspektivy-primeneniya-v-rossii/
Геотермальный тепловой насос: экономия плюс автономия
7 декабря 2014
В связи с постоянным подъемом цен на энергоносители, все больше людей задумываются об энергетической автономии и естественным образом обращают свое внимание на разнообразные альтернативные источники энергии.
Одним из наиболее перспективных источников тепловой энергии для отопления дома или коттеджа является тепловой насос – оборудование, способное работать за счет относительно незначительного перепада температур в глубине грунта и на его поверхности.
Как работает тепловой насос
Принцип работы теплового насоса такой же, как у обычного холодильника или кондиционера. Только вместо того, чтобы отбирать тепло у внутреннего помещения и сбрасывать его во внешнюю среду, тепловой насос берет тепло во внешней среде и передает его в отапливаемое помещение.
Для отбора тепла у окружающей среды служит внешний контур теплового насоса. Он размещается либо в грунте ниже глубины промерзания почвы, либо под водой, либо просто на открытом воздухе. В качестве теплоносителя в этом контуре используется чаще всего фреон, но может быть использован рассол или даже вода. Теплоноситель нагревается под воздействием окружающей среды, а затем поступает в теплообменник (испаритель).
В испарителе циркулирует хладагент с низкой температурой кипения. Закипевший хладагент испаряется, и газ поступает в компрессионную установку.
В результате резкого сжатия его температура повышается, и в максимально разогретом состоянии газ поступает в конденсатор, с которым соединен внутренний теплообменный контур установки.
Теплоноситель, циркулирующий во внутреннем контуре, нагревается под воздействием горячего газа, и поступает в отопительную систему дома, а газ, охлаждаясь, конденсируется, и эта жидкость вновь возвращается в испаритель.
Лучше всего, если тепловой насос сочетается с такими отопительными системами как теплые полы или теплый экран, которые в состоянии обеспечить тепло в доме уже при температурах теплоносителя 35-40ºС, в то время как отопительные радиаторы требуют более высоких температур.
Большинство тепловых насосов оснащается оборудованием для перекачки рабочих жидкостей, которое требует электроэнергии.
Однако, рынок предлагает и такие модели, которые могут преобразовывать часть получаемой тепловой энергии в электрическую, и таким образом обеспечить полную энергетическую автономию от внешних источников.
А использование тепловых насосов-рекуператоров в сочетании с хорошей теплоизоляцией помещения позволяет реализовать оптимальную схему теплоснабжения дома.
Виды тепловых насосов
В основном тепловые насосы подразделяются по типу источника, из которого берется тепловая энергия (внешний контур теплового насоса). Это может быть как грунт, так и вода, и воздух.
Также различаются системы отопления, к которым подключен тепловой насос (внутренний контур теплового насоса). Это может быть водяная или воздушная система отопления.
Таким образом выделяют несколько основных типов тепловых насосов:
- тепловой насос грунт-вода (водяная система отопления в сочетании с внешним контуром, погруженным в грунт);
- тепловой насос вода-вода (водяная система отопления в сочетании с внешним контуром, находящимся на дне водоема или использующим водяную скважину);
- тепловой насос вода-воздух (воздушная система отопления в сочетании с внешним контуром, находящимся на дне водоема или использующим водяную скважину);
- тепловой насос воздух-вода (водяная система отопления в сочетании с внешним контуром, использующим тепло окружающего воздуха);
- тепловой насос воздух-воздух (воздушная система отопления в сочетании с внешним контуром, использующим тепло окружающего воздуха).
Наименее эффективными являются воздушные тепловые насосы, то есть, те, которые используют тепло, отбираемое у окружающего воздуха. Такие насосы могут работать только в теплых регионах, где отрицательные температуры редкость. Правда, считается, что они работают и при температурах до -25ºС, но обеспечить полноценное отопление дома уже не в состоянии.
Наиболее долговечными и простыми в обслуживании считаются тепловые насосы грунт-вода. Они не зависят от температуры окружающей среды, так как низкотемпературное тепло берут непосредственно из глубины почвы, и могут обеспечить полноценное отопление дома при любых температурах.
Плюсы и минусы тепловых насосов
Несомненным плюсом теплового насоса является то, что он предоставляет требуемую автономию жилища от внешних поставщиков тепловой энергии: оборудование соответствующей мощности (для каждого дома подбирается индивидуально в зависимости от площади, толщины стен и так далее) обеспечивает как отопление, так и подогрев воды в системе водоснабжения. При этом система абсолютно экологична и практически не требует обслуживания.
Если сравнивать тепловые насосы с другими альтернативными источниками энергии, такими, как гелиопанели или ветрогенераторы, то оказывается, что солнечная и ветроэнергетика проигрывают по сравнению с геотермальной.
Дело в том, что эффективность работы гелиопанелей зависит от уровня инсоляции данной местности, а также от времени года и времени суток. В темное время суток, туманную и дождливую погоду солнечные элементы не работают.
Эффективность работы ветрогенераторов зависит от силы ветра в данной местности, времени года и времени суток (в различное время скорость ветра изменяется), высоты установки прибора и так далее.
В результате, при использовании ветрогенераторов и солнечных элементов для снабжения дома энергией, приходится устанавливать аккумуляторные батареи (дополнительные расходы), а на большей части территории России для получения полной энергетической автономии следует дополнять такие источники энергии более традиционными, начиная от мини-гидроэлектростанций и заканчивая различными генераторами. Также следует учитывать, что ветрогенераторы и солнечные батареи требуют регулярного обслуживания, а срок эксплуатации такого оборудования составляет двадцать-двадцать пять лет.
Эффективность работы тепловых насосов не зависит ни от времени года, ни от времени суток. Фактически она определяется лишь разностью температур на поверхности и в глубине грунта. При достаточном заглублении внешний контур теплового насоса оказывается в области постоянных температур – там, где температура грунта неизменна, и эффективность работы оборудования всегда высока. При наличии теплового насоса не требуется дополнительного оборудования для выработки тепловой энергии, а, следовательно, дополнительных затрат. Все начинается и заканчивается приобретением и установкой самого теплового насоса.
Минусом тепловых насосов является высокая стоимость оборудования и значительные затраты на его установку. К тому же, если устанавливать тепловой насос, имеющий горизонтальную конфигурацию внешнего контура, то это означает и занятие значительных площадей участка.
Однако, имеются тепловые насосы с вертикальной конфигурацией, и они занимают минимальную площадь, сохраняя ландшафт в целости. Правда, установка таких насосов обходится дороже, зато они вполне пригодны для эксплуатации на небольших земельных участках.
Особенно актуален такой вариант, когда речь идет о частном доме или коттедже с относительно небольшой придомовой территорией.
В результате самым значительным недостатком теплового насоса является его высокая стоимость на первоначальном этапе (закупка оборудования, бурение скважин, монтажные работы).
Но уже через три-четыре года все затраты окупаются за счет экономии на оплате энергоносителей, а дальше оборудование начинает приносить чистую прибыль – ведь вырабатываемая им тепловая энергия практически бесплатна.
С учетом того, что срок эксплуатации тепловых насосов составляет до ста лет (за исключением компонентов, имеющих механические двигающиеся детали, как, например, перекачивающий насос в системе вода-вода – хорошие производители дают на такое оборудование гарантийный срок двадцать пять-тридцать лет), это – чрезвычайно выгодное приобретение.
С.Варган
Источник: https://altenergiya.ru/termal/geotermalnyj-teplovoj-nasos.html
Отопление дома тепловым насосом: выбор системы обогрева, плюсы и минусы
Согласно исследованиям ученых, действующие системы отопления имеют крайне низкий КПД и активно разрушают окружающую среду, насыщая воздух и почву вредными выбросами.
Поиски альтернативных вариантов привели к появлению множества разработок, одной из которых являются тепловые насосы.
Конструкция известна уже давно, хотя используется в другом качестве и с противоположными целями. Рассмотрим их подробнее.
Устройство
Тепловой насос — высокоэффективная и экономичная конструкция, основанная на использовании как физических явлений (цикла Карно), так и низкопотенциальных природных ресурсов — тепла грунта, воды и воздуха.
На первый взгляд, возможности этих источников практически отсутствуют, однако, все эти ресурсы обладают огромным запасом тепловой энергии.
Мало того, они совершенно бесплатны и практически неисчерпаемы, что делает их привлекательными для использования.
Принцип работы
Основным элементом теплового насоса является замкнутый контур, в котором циркулирует хладагент (фреон), воспроизводящий цикл Карно. Последовательно происходят следующие действия:
- испарение. Жидкий фреон переходит в газообразную стадию, забирая у окружающей среды большое количество тепловой энергии
- сжатие. Фреон проходит через компрессор, где его давление многократно увеличивается. При этом температура хладагента значительно повышается
- конденсация. Хладагент переходит в жидкую стадию, параллельно отдавая тепловую энергию
- резкое расширение, вызывающее падение давления. После этого цикл повторяется
Примечательно, что этот цикл без изменений используется в любом холодильнике, только там полезным продуктом становится холод, а в тепловых насосах используется противоположная фаза цикла — нагрев.
Горячий фреон, находящийся в состоянии конденсации, пропускается сквозь змеевик теплообменника, в котором тепловая энергия отдается в систему отопления. Тепло от внешнего источника необходимо для подогрева холодного фреона, находящегося в стадии испарения.
Для отбора тепловой энергии используется испаритель, также являющийся теплообменником. Различие в том, что здесь хладагент не отдает, а забирает тепло у воды или воздуха, чтобы во время конденсации высвободить его, многократно усиленное при повышении давления.
Система работает, потребляя только электроэнергию, требующуюся на питание компрессора и циркуляционных насосов. Коэффициент эффективности (COP) равен как минимум 2, а при благоприятных условиях он поднимается до 5-6 и даже выше.
Плюсы и минусы
Тепловые насосы обладают массой достоинств:
- устойчивость работы, надежность
- экономичность, высокая эффективность
- источник тепловой энергии обладает неисчерпаемым ресурсом и достается бесплатно
- экологически чистое оборудование
- система совершенно безопасна в пожарном отношении
К недостаткам устройств следует отнести:
- не все виды способны работать в сложных условиях, имеется зависимость от внешней температуры
- для работы системы требуется электричество, отсутствие которого сразу остановит процесс
- оборудование и установка очень дорогие и недоступны для большинства пользователей
- для некоторых видов ТН требуется разрешение на земляные работы
Большинство недостатков тепловых насосов являются, скорее, особенностью их конструкции, вызывающей отрицательное влияние на возможности этого вида отопительных систем. В любом случае, планируя использование ТН, надо учитывать все положительные и отрицательные стороны конструкции.
Какой насос выбрать?
Выбор теплового насоса производится по нескольким критериям:
- размеры отапливаемой площади
- наличие доступных источников, их качество
- климатические условия в регионе
- финансовые возможности пользователя
Каждый из этих факторов способен определить выбор типа насоса. Так, для обогрева большого дома потребуется мощная система, что означает большие расходы и трудозатраты.
Тип источника определяет степень устойчивости системы, зависимости от внешних факторов. Климат определяет уровень зимних температур, что важно для воздушных систем.
А от платежеспособности пользователя зависит, сможет ли вообще данная система появиться в доме.
Исследование участка
Выбирая оптимальный вариант, надо прежде всего определиться с наиболее перспективным источником тепловой энергии, доступным в данном регионе. Следует тщательно исследовать участок и произвести ревизию доступных ресурсов.
Наличие открытого водоема в непосредственной близости от дома (100 м и меньше) позволяет использовать систему «вода-вода», устойчивую и надежную в сложных климатических условиях.
Большой участок позволит создать коллекторное поле для системы «грунт-вода». Важным фактором станет состав грунта и уровень почвенных вод. В благоприятных условиях можно пробурить скважины, обеспечивающие источник для систем «вода-вода» или «грунт-вода».
Отсутствие возможностей, сложные геологические условия или иные причины вызывают необходимость ограничиться системой «воздух-вода» или «воздух-воздух», являющиеся наиболее ограниченными в функционале. Рассмотрим их внимательнее:
Воздушные теплонасосы «воздух-воздух»
Аэротермальные тепловые насосы используют тепловую энергию наружного воздуха. Работа бытовых моделей завершается при понижении наружной температуры до -15°С, промышленные образцы способны работать при минимуме в -25°С.
Эксперименты показывают, что для большинства регионов России системы «воздух-воздух» работают эффективно, есть примеры действующих систем в Подмосковье. В качестве теплоносителя используется воздух, что делает систему низкоинерционной.
Это означает, что при отключении температура в доме очень быстро понизится — поэтому рекомендуется постоянная работа устройства.
Воздушно-водяные теплонасосы «воздух-вода»
Это еще один тип аэротермического теплового насоса, только в качестве теплоносителя используется вода. Вариант имеет те же особенности, что и предыдущий вид, но инерция системы значительно выше. Вода остывает дольше, поэтому при отключении теплового насоса некоторое время температура не изменится.
Это позволяет экономить электроэнергию, периодически отключая систему до момента снижения температуры до критического значения. Воздушные системы удобны тем, что не требуют никаких работ по доставке внешнего источника в испаритель насоса — понадобится лишь вентилятор.
Недостаток — зависимость от внешней температуры, неустойчивость режима работы системы.
Водяные теплонасосы «вода-вода»
Этот вариант является наиболее устойчивым ко всем внешним изменениям — температурным, погодным или климатическим. Смена сезона не оказывает существенного влияния на результат работы системы.
Источником тепловой энергии является вода, взятая в открытом водоеме или поднятая с помощью насоса из дебетовой скважины. Теплоноситель системы отопления — тоже вода, обеспечивающая эффективное и устойчивое функционирование системы обогрева.
Недостатком является необходимость ухода за скважинами, иногда приходится их менять или бурить новые. Уровень воды в открытом водоеме также изменяется, что угрожает полной остановкой системы.
Грунтово-водяные теплонасосы «грунт-вода»
Эта конструкция напоминает вариант «вода-вода», но, в отличие от него, источник циркулирует в замкнутом контуре, нагреваясь от подземного тепла почвы и отдавая тепло в испарителе теплового насоса.
В условиях морозных зим источник меняют на этиленгликоль (антифриз), чтобы исключить возможность перемерзания питающей системы.
Для размещения контура питания используется либо коллекторное поле, представляющее собой котлован глубиной около 2 м (как минимум, на 0,5 м ниже глубины промерзания почвы), либо скважину с питающим зондом (петлей из трубы, опущенной в скважину).
Системы «грунт-вода» являются самыми дорогостоящими, требующими трудоемких земляных работ и представляющими большие сложности с административным решением вопроса об использовании земляных участков.
Дело в том, что коллектор должен быть в 2 раза больше, чем площадь дома. Участок земли под ним практически выбывает из эксплуатации, так как его температура снижается, что губительно воздействует на растения.
Проблему можно решить бурением скважины, но этот вариант не всегда возможен по геологическим причинам.
Что купить? Рекомендуемые товары
Источник: https://Energo.house/otoplenie/teplovoj-nasos-dlya-otopleniya-doma.html
Загрузка...
