Тепловые насосы для дома: особенности технологии, спектр применения и стоимость оборудования

Содержание

Что такое тепловой насос

img

Белоногова Нарцисса Николаевна Ответственный редактор

РУКОВОДИТЕЛЬ И РЕДАКТОР: ОАО “Издательский дом “Комсомольская правда”.

Сетевое издание (сайт) зарегистрировано Роскомнадзором, свидетельство Эл № ФС77-50166 от 15 июня 2012 года. Главный редактор – В. Сунгоркин. N. Главный редактор сайта – О. Носова.

Сообщения и комментарии читателей сайта публикуются без предварительного редактирования. Редакция оставляет за собой право удалять или редактировать их с сайта, если такие сообщения или комментарии нарушают свободу слова или другие требования законодательства.

ВОЗРАСТНАЯ КАТЕГОРИЯ САЙТА: 12+

127287, Москва, Старый Петровско-Разумовский проезд, 1/23, стр. 1. Тел. +7 (495) 777-02-82.

Что такое тепловой насос и как он работает

Отопление газом, электричеством или дровами не всегда доступно по цене. Альтернативой традиционной системе являются нетрадиционные способы передачи тепла, такие как тепловой насос.

Описание и назначение тепловых насосов

img

Тепловой насос определяется как конструкция, которая способна поглощают рассеянное тепло из земли, воды и воздуха и передают его в отопительный контур здания. Основное отличие от других вариантов заключается в способности теплового насоса передавать тепло от от низкотемпературного источника к высокотемпературной системе.

Земля постоянно получает тепло от солнца. Часть его поглощается воздухом, но большая часть – водой и землей. В результате даже в самые сильные морозы температура сохраняется в пределах +4 – +6°C в глубине водоемов и +8°C на глубине ниже точки промерзания грунта. Это низкопотенциальное тепло передается насосом в отопительный контур, где оно нагревает хладагент до требуемой температуры +35-+80°C.

Конструкция и принцип работы

Работа теплового насоса заключается в следующем схож с холодильником.. Теплообмен становится возможным благодаря использованию фреонов – веществ, которые отбирают тепло у охлаждаемого объекта путем испарения и отдают его обратно воде или воздуху путем конденсации. Хладагенты кипят при низкой температуре, что делает возможным этот необычный на первый взгляд процесс.

img

img

Система Thermopump состоит из 4 основных компонента:

  • Компрессор – Здесь происходит сжатие хладагента, что приводит к повышению давления и температуры.
  • Расширительный клапан – это термостатический клапан, который быстро снижает давление.
  • Испаритель – теплообменник. Здесь фреон поглощает тепло, забирая его из окружающей среды.
  • Конденсатор – второй теплообменник, который конденсирует и сжимает хладагент, передавая тепло теплоносителю.

Основой работы любого отопительного прибора является обратный цикл Карно. Теплообмен происходит в несколько этапов.

Фреон поступает в испаритель в жидком состоянии, т.е. под низким давлением. Согласно второму закону термодинамики, тепло передается от объекта с высокой температурой к объекту с низкой температурой. В случае теплового насоса низкотемпературным объектом является фреон, а высокотемпературным – рассол, теплая жидкость, которая течет из скважин. Поскольку в земле температура выше +8°C остается ниже нуля, охлаждающая жидкость в скважинах, а точнее в вертикальных зондах, нагревается. И когда он соприкасается с холодным хладагентом, он отдает тепло.

В результате нагрева хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное. В таком виде он поступает в компрессор, где газ сжимается. В результате фреон сильно нагревается. Сжатый, но не сжиженный газ поступает в испаритель, где отдает тепло второму теплообменнику. Сам фреон, отдавая тепло, переходит обратно в жидкую фазу.

Затем хладагент проходит через термостатический расширительный клапан, буквально “выдавливаясь” через заслонку. Затем жидкость расширяется, ее давление и температура падают. Фреон подается обратно в испаритель, и цикл повторяется.

img

Все контуры в тепловом насосе закрыты: контур хладагента, контур с вертикальными зондами в земле и сам отопительный контур. Циркуляционный насос отвечает за транспортировку жидкости.

Сфера применения

img

Системы рекуперации тепла можно использовать для отопления частных и офисных зданий. Эта практика используется в Европе уже более 30 лет. В настоящее время лидерами по использованию ТНУ являются Швеция и США.

В России Использование тепловых насосов ограничено следующим.

  • Высокие первоначальные инвестиции – На рынке представлено только импортное оборудование, как правило, немецкое. Установка теплообменников требует буровых работ на глубине 50-100 м, что не дешево. Было показано, что использование горизонтальных коллекторов нерационально, поскольку площадь над трубами не является экономически полезной. Установка вертикальных зондов обходится дороже.
  • Гетерогенность теплового потенциала – в южных регионах намного выше, чем в северных, поэтому ТГП более эффективна в южной и центральной полосе. В северных районах система отопления сельских домов дополняется традиционными источниками.
  • Пределы температуры на выходе – ТНУ сбрасывает воду с температурой +60-+65°C. Для того чтобы такой контур был эффективным, площадь его поверхности должна быть значительно больше, чем у радиаторов, работающих с водой при температуре +70-+95°C.
  • В конце отопительного сезона тепло, откачанное из земли приводит к снижению температуры грунта.. В северных районах тепловой потенциал почвы летом не восстанавливается.

Установка ТНУ по расчетам обходится дороже установки газового или электрического котла в 2,4-2,8 раза.

Принцип работы теплового насоса

Год от года эксплуатационные расходы на традиционные источники тепла – радиаторы, котлы на различных видах топлива и т.д. – растут. – Эксплуатационные расходы традиционных источников тепла – радиаторов, котлов и т.д. растут год от года, а всем известный комфорт горячей воды и отопления становится все дороже.

Владельцы квартир и особенно частных домов задаются вопросом, как сократить расходы, но пока не очень успешно.

Однако существует альтернатива – тепловой насос.

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос – это парокомпрессионная система, которая переносит тепло от холодных низкопотенциальных источников тепла к горячим высокопотенциальным источникам тепла.

Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, который обычно представляет собой фреон, циркулирующий в замкнутом контуре. Электроэнергия, на которой работает тепловой насос, используется только для этой принудительной циркуляции.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который известен нам по работе холодильных систем. Фактически, холодильник на вашей кухне – это тоже тепловой насос. Когда вы кладете внутрь продукты, даже если они холодные, но их температура выше, чем в камере холодильника, выделяемое ими тепло не может уйти благодаря закону сохранения энергии. Поскольку температура внутри помещения не должна повышаться, тепло выводится наружу через радиаторную решетку, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите в холодильник за один раз, тем выше будет тепловая мощность.

Простейший вариант теплового насоса представляет собой открытый холодильник, размещенный на улице, с радиатором в помещении. Но пусть холодильник выполняет свою прямую задачу, в конце концов, уже существуют специальные устройства – тепловые насосы с гораздо более высоким КПД. Принцип их работы довольно прост.

Как работает тепловой насос

Каждый тепловой насос состоит из испарителя, конденсатора, расширителя, понижающего давление, и компрессора, повышающего давление.

Все эти устройства соединены в единый замкнутый контур с помощью труб. Хладагент, инертный газ с очень низкой температурой кипения, циркулирует по трубам таким образом, что в одной, самой холодной, части контура он находится в жидком состоянии, а в другой, самой теплой, становится газом.

Затем газ поступает в компрессор, где он сжимается под высоким давлением и его температура повышается. После нагрева газ поступает в конденсатор, который также является теплообменником. Здесь тепло передается от горячего газа к теплоносителю в обратном трубопроводе, который является частью системы отопления дома. После передачи тепла газ охлаждается и возвращается в жидкое состояние, а нагретый хладагент поступает в систему горячего водоснабжения и отопления. Сжиженный газ проходит через расширительный клапан обратно в испаритель – цикл замкнут.

Конструктивные особенности тепловых насосов

В настоящее время тепловые насосы используются в различных конструкциях.

Поэтому насос с открытым циклом используется, когда дом расположен вблизи водоема. В этом случае теплоноситель, вода, поступает в открытый контур, проходит весь цикл и после охлаждения сбрасывается обратно в резервуар.

Геотермальные насосы замкнутого цикла перекачивают теплоноситель, воздух или воду, по трубам, зарытым глубоко в землю и проложенным по дну водоема. Замкнутый цикл считается более экологичным. Насосы с замкнутым контуром включают в себя насосы с вертикальным и горизонтальным теплообменником, которые используются, когда поблизости нет водохранилищ. Вертикальные тепловые насосы используются, когда участок земли, на котором расположен дом, невелик. Иногда вертикальные насосы устанавливаются в пробуренных рядом скважинах.

Различные типы тепловых насосов и систем

Тепловые насосы с наземным источником тепла

Количество тепловой энергии, полученной от земли, достаточно для нагрева теплоносителя до уровня, при котором он изменяет свое агрегатное состояние, превращаясь в водяной пар. На глубине нескольких метров отсутствуют сезонные колебания температуры. В результате устройство можно использовать круглый год, и в доме всегда будет горячая вода.

Трубопровод может быть помещен в землю двумя способами:

  1. Горизонтальный коллектор – это расположение петель, лежащих горизонтально.
  2. Геотермический зонд – приемники расположены вертикально и соединены между собой.

Для геотермальных насосов с горизонтальными коллекторами предполагается глубина залегания от полутора до двух метров. Самое главное – не превысить предел промерзания грунта. Для каждого региона этот показатель разный. В среднем она составляет 1,2 метра. Если вы хотите обогреть здание площадью до 100 квадратных метров, вам потребуется сделать траншею или сеть траншей площадью 2-3 квадратных метра. Это не обязательно должно быть под самой конструкцией. Самое главное – не сажать на участке растения, корни которых глубоко уходят в землю.

Тепловые насосы с водяным источником тепла

Принцип работы такого теплового насоса одинаков. Но тип источника отличается.

В данном случае это подземные воды. Конечно, их глубина должна быть доступна в регионе. Однако, если это возможно, система характеризуется термической стабильностью, так как грунтовые воды имеют постоянную температуру в течение всего года. Это делает устройство пригодным для использования в течение всех четырех сезонов. Перед установкой проводится геологическое исследование, чтобы убедиться, что вода течет на глубине 30-40 метров.

Однако необходимо также провести химический анализ. Если в составе присутствует небольшое количество солей железа и ряд других примесей, то можно установить геотермальный зонд.

В противном случае это нецелесообразно из-за риска преждевременного выхода из строя и низкой эффективности.

В этом случае используется тепловой насос с наземным источником тепла или тепловой насос с воздушным источником тепла. Это требование является причиной того, что тепловые насосы с водяным источником используются реже, около 5 процентов времени, среди установок, эксплуатируемых в настоящее время.

Тепловые насосы с источником воздуха

Основное преимущество этого метода отопления и горячего водоснабжения заключается в том, что не требуется полномасштабного строительства.

Нет необходимости бурить скважины для геотермальных зондов. Нет необходимости рыть траншеи, как при использовании теплового насоса с грунтовым источником. Все компоненты размещаются на поверхности. Это приводит к значительному снижению сметной стоимости. Меньше времени тратится на установку и обустройство. Однако при всем своем кажущемся удобстве он далек от идеала.

Работа эффективна при температуре воздуха не ниже -15 °C.

Схематически тепловой насос можно представить как систему, состоящую из трех контуров:

  • Первый контур содержит теплоноситель, который передает энергию от низкопотенциального источника тепла.
  • В следующем контуре циркулирует хладагент. Он может испаряться, забирая тепловую энергию у первого контура, или снова концентрироваться, передавая тепло третьему контуру.
  • В последнем контуре теплоноситель (обычно вода) циркулирует и передает тепло радиаторам для обогрева дома.

Основные типы

Тепловая энергия, используемая для отопления фермерского дома и обеспечения горячей водой, является результатом преобразования энергии из внешней среды с помощью термонасоса. Насос концентрирует эту низкотемпературную энергию и передает ее через систему отопления.

Бытовые насосы чаще всего используют лучистое тепло солнца или поверхностное тепло земли, которое накапливается в верхней части земной коры или в грунтовых водах в течение всего года. Это означает, что все тепловые насосы можно разделить по конструкции на воздушные, водяные и грунтовые.

Грунтовые насосы

Охлаждающие насосы

Насосные установки этого типа извлекают тепло из земли. Температура грунта на глубине более 3 м почти не меняется сезонно. Этанол или антифриз циркулирует в замкнутом контуре трубопровода в земле. Трубы теплообменника могут быть проложены горизонтально или вертикально в земле.

При горизонтальной системе трубы должны быть закопаны ниже уровня промерзания грунта (обычно 1,6-2,1 м). Теплообменник такого типа занимает значительную площадь. Например, для обогрева дома площадью 100 м² требуется около 10-20 м² земли.

На территории, занимаемой коллектором, можно высаживать только растения с корнями, которые не очень глубоко уходят в землю, и нельзя возводить постоянные сооружения.

В вертикальном коллекторе трубы прокладываются перпендикулярно уровню земли и закапываются в землю на глубину около 150-220 м. Количество устанавливаемых зондов зависит от мощности системы отопления. Это означает, что для дома площадью 100 м² вам потребуется два зонда длиной около 90 м, расположенных на расстоянии 4-6 м друг от друга.

Типы тепловых насосов

Этот тип насоса “черпает” энергию из грунтовых вод. Этот тепловой насос характеризуется высокой эффективностью и хорошей стабильностью. Это объясняется отличной теплоотдачей в системе и постоянным тепловым режимом грунтовых вод.

Тепловые насосы с источником воздуха

Тепловые насосы с источником воздуха

С точки зрения простоты установки тепловой насос с воздушным источником тепла для отопления дома имеет значительное преимущество перед своими аналогами. Использование воздуха в качестве источника тепла не требует бурения скважин или других обширных земляных работ. Это означает, что воздушный насос значительно дешевле в установке, чем два других типа насосов.

Несмотря на это огромное преимущество, у воздушного насоса есть один существенный недостаток. Этот насос может эффективно работать только при температуре воздуха выше -17C. Ниже этой температуры, которая характерна для многих регионов в зимний период, коэффициент полезного действия этого устройства значительно снижается.

Откуда насос получает тепло?

Тепловой насос работает за счет использования естественных источников тепла с низкой стоимостью, таких как

  • Окружающий воздух;
  • Водные объекты (реки, озера, моря);
  • Подземные воды, артезианские и термальные подземные воды.

Теплоноситель циркулирует во внешнем контуре и поглощает тепло из окружающей среды. Он поступает в испаритель насоса и отдает хладагенту около 4 -7 °C, в то время как его температура кипения составляет -10 °C. В результате хладагент закипает, а затем переходит в газообразное состояние. Уже охлажденный хладагент во внешнем контуре направляется в следующий контур для повышения температуры.

Функциональная схема теплового насоса состоит из:

  • испаритель;
  • хладагент;
  • электрический компрессор;
  • конденсатор;
  • капилляр;
  • устройство термостатического контроля.

Процесс работы теплового насоса выглядит примерно следующим образом:

  • После кипячения хладагент направляется по трубам к компрессору с электрическим приводом. Это устройство сжимает хладагент, находящийся в газообразном состоянии, до высокого давления, что приводит к повышению его температуры;
  • Горячий газ поступает в другой теплообменник (конденсатор), где тепло хладагента передается теплоносителю, циркулирующему во внутреннем контуре системы отопления, или воздуху в помещении;
  • По мере охлаждения хладагент переходит в жидкое состояние, проходит через капиллярный редукционный клапан, теряя давление, и возвращается в испаритель;
  • Таким образом, цикл завершен, и процесс готов к повторению.

Приблизительный расчет тепловой мощности

За один час через внешний коллектор проходит 2,5-3 кубических метра теплоносителя, который земля может нагреть до ∆t = 5-7 °C (читайте также “Важная информация: Как рассчитать тепловой насос”). Чтобы рассчитать тепловую мощность цепи, используйте формулу:

Q = (T1 – T2) x V, где: V – тепловой поток в час (м3/ч); T1 – T2 – разница температур на входе и выходе (°C) .

Типы тепловых насосов

В зависимости от типа отводимого тепла тепловые насосы могут быть:

  • грунтовые воды – для их работы в системе водяного отопления используются замкнутые контуры грунтовых вод или геотермальные зонды, размещенные на глубине (подробнее: “Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип проектирования системы”);
  • вода-вода – принцип работы теплового насоса для отопления дома в этом случае основан на использовании открытых скважин для добычи и осушения грунтовых вод (читайте: “Как выбрать водяной насос для отопления”). В этом случае внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;
  • вода-воздух – устанавливаются внешние водяные контуры и используются отопительные конструкции воздушного типа;
  • воздух-воздух – использование распределенного тепла внешних воздушных масс и системы воздушного отопления дома.

Преимущества тепловых насосов

  1. Экономичность и эффективность. Принцип работы тепловых насосов, изображенных на рисунке, основан не на выработке тепловой энергии, а на ее передаче. Поэтому эффективность теплового насоса должна быть больше единицы. Но как это возможно? К производительности теплового насоса применяется величина, называемая коэффициентом преобразования тепла, или сокращенно КПТ. На основе этого параметра сравниваются характеристики агрегатов данного типа. Физический смысл этой величины заключается в соотношении между количеством произведенного тепла и затраченной на его производство энергией. Например, если COP составляет 4,8, это означает, что 1 кВт электроэнергии, используемой насосом, произведет 4,8 кВт тепла без затрат для природы.
  2. Применяется повсеместно. Если рядом с потребителем нет линий электропередач, компрессор насоса может приводиться в действие дизельным двигателем. Поскольку естественное тепло есть везде, принцип работы этого устройства позволяет использовать его в любом месте.
  3. Экологически чистый. Принцип работы теплового насоса основан на низком потреблении энергии и отсутствии продуктов сгорания. Охлаждающая жидкость, используемая в устройстве, не содержит хлоруглеродов и является полностью озонобезопасной.
  4. Двустороннее управление. Тепловой насос может обогревать здание в отопительный сезон и охлаждать здание в летний сезон. Извлеченное тепло можно использовать для обеспечения горячей водой дома или, если есть бассейн, для нагрева воды в нем.
  5. Безопасная эксплуатация. В работе тепловых насосов нет опасных процессов – нет открытого пламени и не выделяются вредные для здоровья человека вещества. Теплоноситель не имеет высокой температуры, что делает прибор одновременно безопасным и полезным в быту.
  6. Автоматическое управление процессом нагрева.

Принцип работы теплового насоса, довольно подробное видео:

Некоторые особенности эксплуатации теплового насоса

Для эффективной работы теплового насоса необходимо соблюдение ряда условий

  • Помещение должно быть хорошо изолировано (теплопотери не должны превышать 100 Вт/м²);
  • Для низкотемпературных систем отопления выгодно использовать тепловой насос. Система напольного отопления соответствует этому критерию, поскольку ее температура составляет 35-40°C. COP в значительной степени зависит от соотношения температуры на входе и температуры на выходе.

Принцип работы тепловых насосов заключается в передаче тепла, в результате чего коэффициент преобразования энергии составляет от 3 до 5. Другими словами, каждый 1 кВт потребленной электроэнергии производит 3-5 кВт тепла в доме.

Принцип работы

  1. Хладагент поступает в испарительный контур и изменяет свое агрегатное состояние. Он меняет свое агрегатное состояние с жидкого на газообразное, и тепло поглощается из окружающей среды.
  2. В случае с компрессором газ перемещается под значительным давлением, а не там, где ему нужно отдать тепло. Это приводит к многократному повышению температуры самого хладагента.
  3. Сжатый газ конденсируется в теплообменнике, высвобождая накопленную энергию.
  4. Высвобождаемое тепло передается жидкости, которая циркулирует по системе отопления дома.

Система, способная поддерживать процесс теплообмена таким образом, называется тепловым насосом. Энергия способна непрерывно перемещаться от устройства, из которого она берется, к радиаторам отопления, поэтому процесс похож на перекачку некоторых жидкостей или газов. Хотя тепловой насос использует значительное количество электроэнергии для обогрева вашего дома, этот способ отопления будет значительно дешевле традиционных плит и котлов.

Основные компоненты

Тепловые насосы, используемые для отопления, состоят из следующих компонентов:

Тепловой насос: особенности системы отопления для дома, нюансы выбора

Отопление зданий с помощью тепловых насосов в США, Германии и многих других европейских странах уже давно стало обычным делом. Однако на российском рынке эти устройства появились сравнительно недавно, хотя доля их продаж неуклонно растет из года в год. Учитывая постоянный рост цен на энергоносители, растущие технические навыки российских потребителей, а также мировую тенденцию энергоэффективности и энергосбережения, можно ожидать, что в ближайшем будущем эти системы займут достойное место среди альтернативных систем отопления. В нашей статье мы поговорим о том, что такое тепловые насосы и какие типы этих систем отопления существуют.

Типы тепловых насосов для отопления

Что же такое тепловой насос? Это устройство, используемое для сбора и передачи тепловой энергии от низкотемпературного источника тепла к потребителю. Основное отличие теплового насоса от традиционных радиаторов заключается в том, что первый способен передавать тепло в обратном направлении – от менее нагретого объекта к более нагретому, эффективно повышая температуру теплоносителя. Тепловой насос не производит тепло сам, он просто “извлекает” тепловую энергию из воды, земли или воздуха, а затем передает ее в помещение. Физический принцип работы теплового насоса заключается в том, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля (-273,15°C) обладает определенным количеством тепловой энергии – количеством, прямо пропорциональным теплоемкости и массе самого тела.

Современное семейство тепловых насосов очень многочисленно и делится на несколько типов в зависимости от следующих характеристик:

  1. В зависимости от типа теплоносителя и системы теплообмена:
    • “Воздух-воздух”. В этом случае тепло передается хладагенту, циркулирующему в замкнутом контуре насоса, от наружного воздуха, который затем физически охлаждается. Затем она поступает в обогреваемое помещение через внутренние блоки, которые могут быть любого типа, например, настенные или напольные. Такие насосы быстро нагревают помещения и стоят относительно недорого. Классическим примером такого теплового насоса являются современные кондиционеры с функцией обогрева или реверсивные кондиционеры. Если для отопления используется тепловой насос с источником воздуха, то нет необходимости в дополнительном источнике энергии – резервуаре с водой, грунтовых водах и т.д. Насос воздух-воздух имеет самую низкую стоимость установки и самый быстрый возврат инвестиций, а также может использоваться в качестве кондиционера для охлаждения летом. Однако у этой технологии есть и свои недостатки: насос достаточно энергоемкий, а его эффективность зависит от температуры наружного воздуха – при понижении температуры эффективность агрегата снижается. Кроме того, он требует дополнительных модулей для нагрева воды и не может быть интегрирован с другими источниками тепла.
    • “От воды к воде”. Использует тепловую энергию из водоема или подземных вод – оптимально, если поблизости есть неглубокие водоносные горизонты или водоем, который не полностью замерзает зимой и может быть использован. Технология заключается в следующем: вода закачивается из скважины в отопительный контур – тепло идет в дом, а охлажденная вода выводится через специальный колодец. Если вода поступает из открытого резервуара, ее можно вернуть в тот же резервуар в другом месте. Тепловой насос требует достаточного количества воды и эффективных циркуляционных насосов, которые также потребляют электроэнергию. Однако энергоэффективность этих тепловых насосов высока и с лихвой компенсирует дополнительную энергию, необходимую для транспортировки воды от источника к потребителю.
    • “Воздух – вода”. Тепло наружного воздуха используется для нагрева воды, которая затем поступает в систему отопления. Как и в случае с насосом воздух-воздух, эффективность теплового насоса здесь также зависит от температуры наружного воздуха – чем она ниже, тем больше энергии требуется для производства необходимого количества тепла. Поэтому при выборе насоса следует учитывать среднегодовые температуры и количество морозных дней. Преимуществом теплового насоса “воздух-вода” является возможность дополнительного отопления с помощью альтернативных источников энергии (солнечные коллекторы, солнечные панели), которые можно использовать летом и в межсезонье. Встроенные или отдельные электрические водонагреватели используются для преодоления пиковых отрицательных температур зимой, когда эффективность теплообмена значительно снижается. Эти насосы чаще всего используются в частных и многоквартирных домах, таунхаусах и гостиницах. Эта система теплообмена имеет относительно низкие затраты на установку и быстрый срок окупаемости, и может быть легко интегрирована в существующую систему отопления.
    • “Вода-воздух – Принцип работы основан на использовании энергии скважины или резервуара и передаче ее в систему воздушного отопления. Эта схема похожа на концепцию “вода-вода” и осуществима только при наличии или организации возможных источников тепла (водохранилище, скважина).
    • “Ледяная вода” – Тепловая энергия, выделяемая при производстве льда, используется для нагрева воды в системе отопления. При замораживании 200 литров воды можно получить тепловую энергию, достаточную для обогрева небольшого дома в течение часа. В настоящее время это не самый популярный тип теплового насоса, поскольку процесс хранения льда требует специальной технологии, которая не может быть использована в большинстве коммерческих и жилых зданий.
    • “‘Ground-to-water’ – Тепло извлекается непосредственно из земли через горизонтальный коллектор или вертикальные скважины, а затем направляется в контур отопления и/или горячего водоснабжения. Поскольку температура слоев грунта ниже точки замерзания и всегда положительна на глубине, этот тип насоса практически идеально подходит для круглогодичного использования. Он обладает высокой тепловой эффективностью, прост в управлении и может бесперебойно работать в течение многих лет, но установка носителя для подключения и эксплуатации требует больших капитальных вложений, высококвалифицированного персонала, а общие затраты на оплату труда и оборудование будут выше, чем для всех других типов тепловых насосов.
  2. В зависимости от типа источника тепла:
    • Геотермальные насосы – генерировать тепловую энергию из воды или земли. Они могут быть закрытого или открытого типа.
    • тепловые насосы с воздушным источником тепла – Источником тепла здесь является воздух – и не только наружный воздух, но и воздух, удаляемый из системы вентиляции здания.
    • Они используют вторичное тепло например, тепло от трубопровода централизованного теплоснабжения. Этот вариант подходит для промышленных зданий, где источники тепла должны быть рекуперированы.
  3. В зависимости от способа передачи энергии:
    • Компрессионные насосы состоит из компрессора, расширителя, конденсатора и испарителя, и их работа основана на циклах сжатия-расширения теплоносителя – в результате чего происходит выработка тепла (см. рис. 1). Этот тип насоса является самым популярным на рынке, он достаточно эффективен, прост в эксплуатации и популярен среди потребителей благодаря своей низкой стоимости.

img

Рис. 1. Принцип работы компрессорного теплового насоса.

img

Рис. 2. Принцип работы абсорбционного теплового насоса.

Выбор наиболее подходящего теплового насоса для отопления конкретного здания зависит от нескольких факторов. Они будут проанализированы ниже.

Как выбрать систему

Тепловой насос может иметь смысл, если установка, подключение или возврат инвестиций в другие системы отопления считаются нерентабельными, как в случае с энергоемкими электрическими котлами. Перед приобретением и установкой оборудования необходимо тщательно проанализировать ситуацию с различных точек зрения.

  1. Назначение помещения. Поскольку производительность насосов разных типов различна, при выборе агрегата важную роль должна играть цель, для которой он предназначен. Если это большой жилой дом, в котором постоянно проживают люди, тепловой насос должен обеспечить надежное и качественное отопление дома и горячее водоснабжение круглый год. В этом случае подойдут насосы типа воздух-вода или геотермальные насосы (если они могут быть использованы на месте). В случаях, когда требуется лишь эпизодическое использование теплового насоса для обогрева помещений, оптимальным вариантом является высокоэффективный тепловой насос типа “воздух-воздух”.
  2. Наличие/отсутствие центрального отопления и системы горячего водоснабжения. Если такая система существует, а насос используется только в качестве “канала” в отдельных помещениях, следует оценить эффективность взаимодействия систем – она будет тем выше, чем меньше разница температур между нагревательными элементами и источником тепла. Например, использование теплового насоса в сочетании с напольным отоплением имеет больше смысла, чем с традиционными радиаторами (температура теплоносителя в полах всегда ниже).
  3. Регион использования. Необходимо также учитывать температурные показатели, состояние почвы, водоемов и другие геоклиматические условия. Например, если среднегодовая температура слишком низкая, насос “воздух-воздух” будет неэффективен, поскольку он будет слишком энергоемким и неэффективным. Если на участке невозможно пробурить скважину или недостаточно места для горизонтального коллектора, то установить грунтовый насос также не удастся. Решением в этом случае является установка насоса “воздух-вода”. Для зданий, расположенных вблизи водоемов или там, где имеется достаточный поток грунтовых вод, можно использовать насос типа “вода-вода”.
  4. Размер дома. Если отапливаемая жилая площадь превышает 250 м2 и есть возможность бурения скважин, лучшим выбором будет грунтовый насос. Для домов площадью менее 200 м2 идеально подходит насос типа “воздух-вода”. Для небольших квартир, офисов или коммерческих помещений можно использовать насос “воздух-воздух”.
  5. Используйте в качестве кондиционера. В этом случае можно использовать тепловые насосы типа “вода-вода” или “грунт-вода” с пассивным охлаждением (без компрессора). Все остальные типы насосов будут охлаждать помещение в активном режиме, поэтому эксплуатационные расходы могут быть выше в теплое время года.
  6. Наличие вентиляционной системы. Если возможно, интегрировав в систему тепловой насос, можно эффективно использовать систему для нагрева воздуха. Данная схема установки, как правило, подходит для офисных и административных зданий, а также спортивных комплексов, где механическая система вентиляции является обязательным атрибутом.

Еще одним важным фактором выбора является стоимость оборудования. Этот показатель может варьироваться в зависимости от типа теплового насоса, марки, страны-производителя и многих других факторов.

Затраты на системы отопления с тепловым насосом

Выбирая тепловой насос в качестве основного компонента системы отопления, важно помнить, что конечная стоимость будет складываться не только из цены самого насоса (агрегата), но и стоимости дополнительных инженерных систем, расходных материалов и монтажных работ.

Как уже упоминалось, самыми дешевыми являются насосы типа “воздух-воздух”. Стоимость оборудования здесь начинается от 35 000 рублей за очень эффективную установку для помещений площадью до 20-30 м 2 : эта стоимость может быть экстраполирована на большие площади. Однако в качестве полноценной системы отопления эти тепловые насосы могут использоваться только в южных регионах, в России это актуально для климатических зон Черноморского побережья, Кавказа и Крыма с расчетными зимними температурами в диапазоне от -5ºС до -7ºС. Как правило, цена установки такого теплового насоса не превышает стоимость установки сплит-кондиционера и составляет от 7 500 до 16 000 рублей. Важно также отметить, что согласно действующим в Российской Федерации Строительным нормам и правилам (СНиП), использование системы воздушного отопления в жилых и административных зданиях требует обязательного 100% резервирования мощности воздушного отопления. Поэтому тепловые насосы “воздух-воздух” обычно используются в частном секторе.

Отопление и горячее водоснабжение дома площадью около 100-150 м 2 с помощью теплового насоса “воздух-вода” потребует более значительных инвестиций. Во-первых, помимо насоса, потребуется приобрести дополнительное оборудование: расширительные баки, циркуляционный насос, промежуточный бак (бойлер), а в отапливаемых помещениях необходимо будет установить высокоэффективные воздуховоды – конвекторы отопления / радиаторы и/или организовать систему теплого (водяного) пола. Как компоненты теплового насоса, так и потребители соединены друг с другом посредством водопроводных труб, что означает, что установка этой системы должна быть совмещена со строительством или реконструкцией здания. Кроме того, высоки затраты на установку и ввод в эксплуатацию. В среднем, окончательная стоимость решения для дома площадью около 100 м2 будет начинаться примерно от 500 000 рублей, при очень скромном бюджете.

Самыми дорогими являются геотермальные насосы. В этом случае вам придется потратиться на само оборудование и на монтаж, который включает в себя земляные работы, размещение колодцев и коллекторов, подводку труб к дому, установку и обвязку насоса, установку вспомогательного оборудования (радиаторов, конвекторов, теплых полов), а также подключение всего комплекта оборудования и ввод в эксплуатацию.

В среднем оборудование и его монтаж для дома площадью 100 м 2 будет стоить от 700 000 рублей, для дома площадью 200 м 2 – от 1 млн рублей.

Тепловые насосы – это современный, экономичный и экологически чистый способ получения тепловой энергии. Окупаемость инвестиций в тепловые насосы очень высока, и при правильной организации системы отопления объекта, а также при соответствующей изоляции стен и полов здания, они могут стать отличной альтернативой традиционным для России электрическим и дизельным котлам, а также котлам на сжиженном газе и пеллетном топливе. В случае установки теплового насоса вопрос стабильного электроснабжения основного объекта, а также наличие аварийного источника энергии становится более актуальным для потребителя: в случае длительного отключения электроэнергии тепловой насос должен поддерживаться автономным генератором.

img

Пармон Анна Сергеевна Ответственный редактор

Тепловые насосы, несомненно, очень перспективны, и их конструкция постоянно совершенствуется. В некоторых странах Западной Европы, таких как Германия, Швеция и Норвегия, правительства частично субсидируют покупку и установку таких систем, чтобы стимулировать людей переходить на экологически чистые и энергоэффективные системы отопления.

Производители кондиционеров

Производители кондиционеров: знакомство с ассортиментом кондиционеров

Настенные кондиционеры

Настенные кондиционеры: как выбрать кондиционер и на какую сумму рассчитывать?

VRF-системы .

VRF-системы: в чем особенности мультизональных систем кондиционирования воздуха и какова их стоимость?

© 2021 “Аргументы и факты” АО Руслан Новиков, генеральный директор. Игорь Черняков, главный редактор еженедельника “Аргументы и факты”. Денис Халаимов, директор по цифровому развитию и новым медиа АиФ.ru. Владимир Шушкин, главный редактор АиФ.ru.

«Июль в Швейцарии» — издательский дом
«Июль в Швейцарии» — издательский дом