Применение тепловых насосов для отопления дома

Тепловые насосы – это устройства, позволяющие использовать дармовые источники тепловой энергии с относительно невысокой температурой: грунт, воздух или водоем, для отопления помещений дома. Для работы таких систем необходимо только небольшое количество электроэнергии для работы компрессора и циркуляционного насоса, остальная же энергия (приблизительно ¾ ) получается из окружающей среды. Что же такое тепловой насос и как с его помощью можно отапливать дом?

Принцип работы теплового насоса

Тепловые насосы работают по принципу, который можно назвать «холодильник наоборот». Только холодильник забирает тепло из своего внутреннего пространства и отдает его в окружающую среду, а они, наоборот: забирают его из окружающей среды и отдают в помещение. При этом в качестве источника тепловой энергии могут использоваться как воздух, так и почва или ближайший водоем.
Схематически такое отопительное устройство представляет собой три замкнутых контура, каждый из которых выполняет определенную функцию:

• Внешний или первый контур, в котором циркулирует теплоноситель (теплоотдатчик), забирающий тепло из окружающей среды;
• Второй, в котором циркулирует хладагент, который забирает тепловую энергию у первого контура (с помощью испарения) и отдает ее, с помощью конденсации, теплоприемнику — теплоносителю третьего контура;
• Третий контур или теплоприемник, получающий энергию от хладагента, представляет собой систему водяного отопления дома, в которой циркулирует вода или незамерзающая жидкость (чаще всего это водяной теплый пол).

Схема отопительного устройства

Первый (внешний) контур, чаще всего, является трубопроводом большой длинны, уложенным в землю ( скважину, траншею) или воду по которому циркулирует незамерзающая жидкость (антифриз). Чем больше длина трубопровода и площадь его контакта со средой, тем выше эффективность отбора тепловой энергии.
Во втором контуре, циркулирующий жидкий хладагент сначала проходит через специальный дроссель, где его давление снижается, после чего он поступает в испаритель, где под действием относительно низкой температуры теплоотдатчика (теплоносителя первого контура) вскипает, тем самым отбирая его тепловую энергию. После этого он всасывается компрессором, сжимается и подается в конденсатор, где конденсируясь обратно в жидкость, отдает тепловую энергию теплоносителю системы водяного отопления дома. В дальнейшем цикл повторяется.
При необходимости, тепловые насосы могут работать и в обратном порядке, охлаждая помещения, как кондиционер.

В зависимости от используемого источника дармовой низкотемпературной энергии, они могут быть следующих видов:

• «Грунт-вода» — забирающие энергию из грунта и передающие системе водяного отопления дома. Они могут быть двух видов: вертикальные (скважинные) или горизонтальные. Внешний контур первых располагается вертикально в одной или нескольких скважинах. Другие используют внешний контур, который располагается горизонтально на относительно небольшой глубине (ниже глубины промерзания), но на большой площади, в траншеях или широком котловане (изображение в начале статьи).
• «Вода-вода» — внешний контур которых помещается в ближайший водоем, на глубину, большую за максимальный уровень его промерзания. Использование такого вида теплового насоса возможно, только если дом находится на берегу водоема, в непосредственной близости от него.
• «Воздух-вода» — внешний контур которого представляет собой воздушный теплообменник в виде радиатора с большой поверхностью контакта с наружным воздухом. Но такие установки эффективно работают только при температуре наружного воздуха выше -5°С.

Особенности эксплуатации

Использование тепловых насосов для отопления дома имеет свои особенности, которые необходимо учитывать при выборе этого перспективного, современного, экономичного и экологически безопасного вида отопления:

• Максимальный эффект их использование дает только в хорошо утепленных домах. Хотя это будет справедливо и для других способов отопления.
• На эффективность работы такой системы оказывает влияние разница температур теплоносителей в первом и третьем контуре (внешней среды и теплоносителя водяного отопления). Чем она больше, тем ниже эффективность. Поэтому, наиболее выгодно, использовать тепловые насосы для обогрева помещений с помощью низкотемпературных систем (до 35°С), например – теплых водяных полов.
• Для получения максимально эффективной системы отопления дома, желательно, использовать их совместно с другими генераторами тепла, работающих на традиционном виде топлива (газ, электричество, твердое топливо), которые можно подключать, когда энергии теплового насоса будет недостаточно. Мощность теплового насоса, в этом случае, подбирают так, чтобы он покрывал 70-80% всей потребности дома в тепловой энергии. При понижении температуры наружного воздуха до такого уровня, что он уже не в состоянии будет поддерживать комфортную температуру в помещении, подключают параллельно другие, традиционные источники тепла.

Некоторые современные системы отопления на базе теплового насоса, включают в себя возможность подключения в общую схему солнечного коллектора. В этом случае, тепловая энергия, получаемая от обеих источников в дневное время, смешивается в выравнивающем бойлере и увеличивает мощность всей тепловой установки.

Выбор и применение такого отопительного устройства требует достаточно больших первоначальных затрат на само оборудование и его монтаж. Эти вложения со временем окупятся, но все же, в настоящее время, являются главным тормозом к более широкому использованию таких систем.

Как выбрать мощность установки

Необходимая мощность теплового насоса для отопления зависит как от суммарной площади отапливаемых помещений дома, так и степени утепления наружных конструкций и режима проживания в нем. В среднем можно принять, что для отопления 1 м² дома, в зависимости от теплоизоляции его наружных конструкций, потребуется:

• старые постройки с минимальной или отсутствием теплоизоляции – 120 Вт/м²;
• старый дом с удовлетворительной теплоизоляцией – 80 Вт/м²;
• новый дом с достаточно хорошей теплоизоляцией – 50 Вт/м²;
• современный энергоэффективный дом (с низким уровнем потребления тепловой энергии) – 40 Вт/м²;
• режим отопления дома при отсутствии в нем жильцов (пассивный дом) – 10 Вт/м².

Зная отапливаемую площадь дома и выбрав удельный показатель потребности в тепловой энергии, в зависимости от его теплоизоляции, можно приближенно определить какой мощности агрегат потребуется. Иногда с помощью теплового насоса покрывают только часть потребности дома в тепле. В этом случае требуемая мощность агрегата может быть меньше, но в этом случае придется предусмотреть еще один или несколько генераторов тепла, использующих традиционные виды топлива: газ, электричество, твердое или жидкое. Чаще всего их монтируют параллельно и используют при необходимости увеличить тепловую мощность системы отопления.

Сколько может стоить оборудование и его монтаж

Как уже было сказано раньше, стоимость самого оборудования теплового насоса и его монтаж, в настоящее время, достаточно высокая и зависит, главным образом, от его мощности. С другой стороны, удельная стоимость установки 1 кВт его тепловой мощности будет ниже, при установке более мощного оборудования.
Кроме того, стоимость зависит также от вида наружного контура (скважинный, грунтовый, воздушный, водяной) и соответствующего этому виду набора оборудования и необходимого объема работ по его монтажу. С этой точки зрения, наиболее дешевой может быть установка теплового насоса с воздушным теплоотдатчиком. Ее стоимость, практически, соизмерима с установкой обычного отопительного котла на традиционных видах топлива. Но, как было уже сказано, такие установки могут эффективно вырабатывать тепло, только в случае, если температура окружающего воздуха будет не ниже чем -5°С. И в случае более низкой температуры, для отопления дома, придется использовать другие источники тепловой энергии.

Устройство грунтового наружного контура в скважине или на большой площади обойдется уже дороже. Особенно дорого (до 100 у.е./п.м) может стоить бурение скважины и монтаж в нем вертикального коллектора. Но работа таких агрегатов более стабильна и практически не зависит от температуры наружного воздуха.
В настоящее время, в зависимости от выбранной мощности и вида наружного контура, стоимость тепловых насосов может составить от 5 до 10 тысяч у.е. Срок их окупаемости может составлять 5-8 лет.

Видео по теме:

Читайте также:

Как сделать тепловой насос своими руками

Похожие статьи