Тепловой насос – революция в отоплении?

Тепловой насос – современный источник энергии, используемой для работы  систем кондиционирования, отопления горячего водоснабжения.

В отличии от  других теплогенераторов  (газовых, дизельных, электрических), тепловой насос «выкачивавает» накопленную за теплое время года энергию из окружающей среды – грунта, скальной породы, водоёма.

Какие же преимущества даёт использование теплового насоса? Прежде всего это повышение уровня комфорта. Выбрав тепловой насос вместо системы, работающей на жидком топливе, вы уменьшите пожароопасность своего дома, избавитесь от  дымовой трубы, запаха дизельного топлива и необходимости помнить о том, чтобы вовремя заказать его доставку.

Если вы хотели бы установить систему, работающую на электричестве, но для этого не хватает подключённой электрической мощности дома, тепловой насос может решить эту проблему – для его использования хватит четверти мощности, необходимой для традиционной системы отопления.


Таким образом, использование теплового насоса – это ещё и экономия энергии и денег.  В России сегодня стоимость  производства тепловой энергии значительно зависит от вида топлива: дороже всего электроэненргия, затем идёт дизельное топливо и газ. Но цены на энергоносители всё время меняются, и разница между ними сокращается. При этом разница в стоимости установки теплового насоса с грунтовым теплообменником и котельной на дизельном топливе с топливным хозяйством, дымовой трубой, системой автоматического управления окупится за 3-5 лет.

Принцип работы теплового насоса. Общие данные.

Принцип работы теплового насоса достаточно прост. Его суть сводится к работе наиболее важной детали — компрессора. Тепловой насос сжимает рассеяное тепло ( т.н. низкопотенциальное) с помощью компрессора. Таким образом тепловая энергия прохладной воды или воздуха за счет более компактного объема имеет более высокую концентрацию и, следовательно, температуру.

Рассмотрим пример: один литр воды с температурой в 1 °С — это приблизительно 4.192 кДж тепла. Эту же тепловую энергию, 4.192 кДж тепла, имеет 100 грам воды с температурой 10 °С.

Это объясняет высокий КПТ теплового насоса. Если тепловой насос обеспечивает горячую воду с температурой °С60, то это не значит что он просто нагрел ее электричеством на 50 °С. Тепловой насос тратит электроэнергию только на сжатие и перенос тепла, а само по себе тепло — бесплатное. Таким образом тепловые насосы дают 10 кВт тепла, затратив 2-3 кВт/час электроэнергии.

А на практике это выглядит так: под землей есть грунтовые воды. Температура такой воды стабильно высокая — около 10 °С. После того, как тепловой насос сделает свою работу (сжатие), температура воды на выходе в отопительном контуре будет уже 60 °С. Следует заметить, что непосредственно сама вода не поддается сжатию. Сжимается посредник — фреон, который чувствителен к температуре. Он легко заберет тепло у грунтовой воды через испаритель (из 10 °С через фреоновый контур будет отобрано около 4 °С) и также хорошо отдает полученное тепло отопительному контуру через конденсатор.

То есть принцип работы теплового насоса – это обратный цикл Карно, а когда тепловой насос работает на кондиционирование — сам цикл Карно.

Из чего состоит и как работает тепловой насос

Итак, внутренний контур тепловых насосов состоит из следующих компонентов:

  • Конденсатор;
  • Капилляр;
  • Испаритель;
  • Компрессор, работающий от электрической сети.

Внутреннее строение теплового насоса

Помимо этого, во внутреннем контуре теплового насоса есть:

  • Терморегулятор, который управляет устройством;
  • Хладагент, циркулирующий в системе газ с определёнными физическими свойствами и характеристиками.

Хладагент под высоким давлением через капиллярное отверстие попадает в испаритель, где за счёт резкого уменьшения давления происходит процесс испарения. При этом хладагент отбирает тепло у внутренних стенок испарителя, а испаритель в свою очередь отнимает тепло у земляного или водяного контура, за счёт чего он постоянно охлаждается. Компрессор вбирает хладагент из испарителя, сжимает его, за счёт чего температура хладагента резко повышается и выталкивает в конденсатор. Кроме этого, в конденсаторе, нагретый в результате сжатия хладагент отдает тепло (температура порядка 85-125 градусов Цельсия) отопительному контуру и переходит в жидкое состояние. Процесс повторяется постоянно. Когда температура в доме достигает необходимого уровня, электрическая цепь разрывается терморегулятором и тепловой насос перестает работать. Когда температура в отопительном контуре падает, терморегулятор вновь запускает тепловой насос. Таким образом хладагент в тепловом насосе совершает обратный цикл Карно.

Как мы видим, перекачивают рассеяную тепловую энергию земли, воды или даже воздуха в относительно высокопотенциальное тепло для отопления объекта. Примерно 75% отопительной энергии можно собрать бесплатно из природы: грунта, воды, воздуха и только 25% энергии необходимо затратить для работы самого теплового насоса. Другими словами, владелецы тепловых насосов экономят 3/4 средств, которые он бы регулярно тратил на дизтопливо, газ или электроэнергию для традиционного отопления. Попросту говоря, тепловой насос с помощью теплообменников собирает тепловую энергию из земли (воды, воздуха) и «переносит» ее в помещение.

Тепловые насосы способны не только отапливать помещения, но и обеспечивать горячее водоснабжение, а также осуществлять кондиционирование воздуха. Но при этом в тепловых насосах должен быть реверсивный клапан, именно он позволяет тепловому насосу работать в обратном режиме.

Необходимые требования к источнику энергии

Источником энергии может быть грунт, скальная порода, озеро, вообще любой источник тепла с температурой – 1 градус Цельсия и выше, доступный в зимнее время. Это может быть река, море, выход теплого воздуха из системы вентиляции или какого-либо промышленного оборудования.

Внешний контур, собирающий тепло окружающей среды, представляет собой полиэтиленовый трубопровод, уложенный в землю или в воду. Теплоноситель – 30% раствор этиленгликоля (либо этилового спирта).

Скважина.При использовании в качестве источника тепла скалистой породы трубопровод опускается в скважину. Можно пробурить несколько не глубоких скважин – это, возможно, обойдётся дешевле, чем одна глубокая. Главное – получить общую расчетную глубину.Для предварительных расчетов используется следующее соотношение – 50-60 Вт тепловой энергии на 1 метр скважины. То есть, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной 170 метров.

скважина

Земляной контур.При укладке контура в землю желательно использовать участок с влажным грунтом, лучше всего с близкими грунтовыми водами. Использование сухого грунта тоже возможно, но это приводит к увеличению длины контура. Трубопровод должен быть зарыт на глубину примерно 1 м, расстояние между соседними трубопроводами  – примерно 0.8-1.0 м.Удельная тепловая мощноть трубопровода, уложенного в землю трубопровода – 20-30 Вт/м. Т. е. для установки теплового насоса производительностью 10 кВт достаточно 350-450 м теплового контура, для чего хватит участка 20х20 кв.м.Специальной подготовки почвы не требуется, влияния на растения трубопровод при правильном расчёте не оказывает. земляной контур
Водоём.Ближайший водоём – идеальный источник тепла для теплового насоса. При использовании в качестве источника тепла воды озера или реки контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения – «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), короткий внешний контур, высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом.На 1 метр трубопровода приходится ориентировочно 30 Вт тепловой мощности.Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длинной 300 метров.Для того, чтобы трубопровод не всплывал, необходимо установить около 5 кг груза на 1 погонный метр трубопровода. водоём
Теплый воздух.Существует и специальная модель теплового насоса с воздушным теплообменником для получения тепловой энергии из воздуха, например, из вытяжки вентиляционной системы. Она может использоваться на производственных предприятиях вырабатывающих большое количество тёплого воздуха (пекарни, производство керамики и т.д.).Такая модель пригодится и для загородного дома для работы системы горячего водоснабжения в летний период. тёплый воздух

Видео о принципе работы тепловых насосов разных типов.

Требуется звук!

  • (или рассол-вода, использование грунтового зонда);
  • (открытая система, использование водяной скважины);
  • ; (использование зондов или скважины + воздушная система отопления)
  • .

Вот еще нормальное видео, смотреть неторопливо – вдумчиво читать что написано – звук можно выключить

YouTube Трейлер

 

Достоинства тепловых насосов

    • Экономичность. Тепловой насос использует электрическую энергию на много эффективнее любых котлов, которые сжигают топливо. Коэффициент эффективности тепловых насосов на много больше единицы. Между собой тепловые насосы сравнивают по условоной величине – коэффициенту преобразования тепла (КПТ), также это понятие называется коэффициентом трансформации тепла, мощности, преобразования температур. Он показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. К примеру, КПТ = 4,5 означает, что номинальная (потребляемая) мощность теплового насоса составляет 1 кВт, на выходе мы получим 4,5 кВт тепловой мощности, то есть 3,5 кВт тепла мы получаем из природы;
    • Повсеместность применения. На нашей планете существует множество рассеянного тепла. Земля и воздух есть везде, также большенство людей не имеют проблем с водой. Именно они местят в себе тепловую энергию, полученную от солнца. Тепловые насосы вне зависимости от погодных условий, падения давления в газовой трубе соберут это тепло для вас. Все что нужно для этого – электрическая энергия. Но если ее нет, это тоже не проблема – некоторые модели теплоых насосов могут использовать дизельное топливо или бензин для своей работы;
    • Экологичность. Тепловой насос не только сэкономит деньги, но и бережет здоровье хозяевам дома и их детям. Прибор не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, СO2, NOх, SO2 , PbO2. Поэтому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Да и для нашей планеты применение тепловых насосов несомненно благо. Ведь на ТЭЦ сокращается расход газа или угля на производство электричества. Применяемые же в тепловых насосах хладоны не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны;
    • Универсальность. Тепловые насосы, оборудованные реверсивным клапаном, работают как на отопление, так и на охлаждение. Теплонасос может отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его. Летом избыточное тепло можно использовать для подогрева бытовой воды или для бассейна;
    • Безопасность. Тепловые насосы «Атмосистемы» взрыво- и пожаробезопасны. В процессе отопления отсутствуют опасные газы, открытый огонь или вредоносные смеси. Детали теплонасоса не нагреваются до высоких температур, способных стать причиной пожара. Остановка теплового насоса не приведет к его поломке, им можно смело пользоваться после длительного простоя. Также исключено замерзание жидкостей в компрессоре или других составляющих частей.

Стоит отметить, что все тепловые насосы имеют ряд особенностей, которые характерны для всех их типов:

    • Во-первых, тепловые насосы оправдывают себя только в хорошо зданиях с теплопотерями не более 100 Вт/м². Чем теплее дом, тем больше выгода. Этот принцип относится к любым видам отопления;
    • Во-вторых, чем меньше разница температуры теплоносителя в контуре теплового насоса и отопительном контуре, тем больше коэффициент преобразования тепла (КПТ). Поэтому выгоднее отапливать помещение низкотемпературными системами отопления: системой «теплый пол» или , так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям и строительным нормам не должен быть выше 35°С.

 

Стоимость теплового насоса

Цена достаточно высока. Насос мощностью 15Квт для обогрева дома площадью 150-170м2 обойдется в 75-90 тыс руб. + монтаж в зависимости от вида тепловой энергии от 150 до 500 тыс. руб. Самое дорогое – бурить скважину в скальных  породах, примерно 4500 руб. за 1 м., самое дешевое погружать в открытый водоем.

Вот такие пироги. Получается что дешевле, чем газ с собственным газгольдером, но в разы дороже чем угольно-дровянные котлы и тем более электрические.. и все же при всех затратах на покупку и монтаж теплового насоса он очччень хорош: обслуживание котла как при отоплении дома электрокотлом, а текущие затраты на электричество в 5 раз меньше. Вот и считай.

 

по материалам сайта: http://atmosystems.com.ua, http://www.topclimat.ru

Просмотров:2295

Оставить комментарий