Современная альтернатива для отопления дома: тепловые насосы — принципы функционирования, разновидности

Как это работает

Разработки технологии велись с начала XX века на территории Европы и США, а также в СССР. По принципу работы (обобщенно) тепловой насоса для отопления схож с холодильником, который охлаждается внутри, отдавая тепло наружу. Но, рассматриваемые системы работают наоборот: энергия забирается из окружающей среды. Типичная установка функционирует следующим образом:

1. Жидкость (незамерзающая) протекает по размещенной возле здания трубе (помещена в почву или водоем), поступает в испаритель системы, вступает в реакцию с фреоном.
2. Фреон выбирают специально — вещество способно закипать при температурах гораздо ниже нуля.
3. При движении элемент сильно нагревается и испаряется, в результате пар попадает в компрессор и сжимается.
4. В теплообменнике горячий фреон охлаждается, происходит конденсация пара на холодных поверхностях, его переход в жидкое состояние с отдачей тепла. Жидкое вещество переходит на вентиль (дросселирующий), при прохождении через который теряет давление вместе с температурой.
5. Цикл завершается и возобновляется при работающем компрессоре. Взаимодействие хладона с окружающей среду исключено конструкцией насоса (не попадает в водные магистрали).

Разновидности установок

Существующие тепловые системы делятся на несколько групп. По способу передачи энергии оборудование делится на:

1. Компрессионное: ключевые узлы — компрессор, расширитель, конденсатор и испаритель. Принцип действия — цикл из сжимания и расширение. Сфера применение — бытовое.
2. Абсорбционную: технология считается передовой — тепло извлекается за счет взаимодействия хладона с абсорбентом. Для устройств данного типа характерна повышенная продуктивность — пригодны к эксплуатации на крупных коммерческих объектах.

Зависимо от типа энергии выделяют установки:

1. Геотермальные: источником является грунт, либо находящаяся в нем жидкость.
2. Воздушные: работают с атмосферой.
3. Забирающие вторичную энергию: от канализационных стоков и т. п. Вариант востребован на предприятиях промышленности, имеющих источники подлежащей утилизации теплоты.

Также существует принципиальная разница по типу носителя:

1. Тепловой насос воздух-воздух: взаимодействует с холодной атмосферы, еще сильнее ее охлаждая. Универсальное решение — в ряде случаев подобные системы могут функционировать и в обратном направлении, снижая температуру в площади жарким летом.
2. Установки грунт-вода (рассольно-водяные): энергия отбирается из почвы посредством размещаемого под землей коллектора, либо *зонда (наиболее стабильный способ). Рекомендуемая глубина для коллектора — до полутора метров. В отличие от теплового насоса вода-вода, данное оборудование опирается на энергию грунта/водоносных пластов.
3. Вода-воздух: комплекс применяется в купе с зондами/скважинами. Носителем тепла здесь является воздух, решением не считается оправданным для жилых помещений.
4. Прямая противоположность предыдущему типу — взаимодействующие с атмосферой тепловые насосы воздух-вода. После всасывания воздуха и дальнейшего охлаждения производится его сброс обратно в атмосферу.
5. Принцип вода-вода: с целью обеспечения отопления и горячего водоснабжения используется соответствующая энергия. Откачивание производится из верхней скважины в теплообменник, после чего жидкость охлаждается и сбрасывается в нижнюю емкость. Тепловой насос вода-вода — устройство, подходящее для размещения практически в любой части здания. Изъятие тепла из контура осуществляется при помощи бройлера/градирни.
6. Лед-вода: задействуется энергия, вырабатывающаяся во время получения льда (заморозка 200 литров воды может обеспечить теплом строение средней площади).

Выбор конкретного варианта всегда зависит от специфики предстоящей эксплуатации. Компрессионный геотермальный тепловой насос для отопления малоэтажных жилых построек считается оптимальным вариантом по причине стабильности температуры источника.

*Геотермальный тепловой насос с зондом — более сложный вид системы, при сравнении с коллекторными моделями. Использование потребует предварительного бурения скважины, точных расчетов глубины. Разные виды грунта отличаются по уровню теплоотдачи — необходимо проводить соответствующие геодезические исследования. Конструктивно, тепловой насос воздух-воздух также проще обозначенной разновидности, но и результативность в холодную погоду будет значительно ниже.

Где применяют

Тепловой насос для бассейна — это востребованный способ снижения расходов на обогрев. Энергия от сред внешних передается воде, при сравнении с электронагревательными устройствами, экономия составляет вплоть до 80%. Также рассматриваемые установки востребованы:

1. При организации отопительных комплексов для коммерческих построек и частных нежилых помещений (гаражей и т.), на предприятиях (дополнительно помогают утилизировать отходы).
2. Как тепловые насосы для дачи (непостоянное проживание): так можно оптимизировать затраты, запуская отопление ситуативно.
3. В коттеджах: возможно сочетание с солнечными панелями, что обеспечивает полную автономию.

Инверторный тепловой насос (воздух-воздух или воздух-вода) может применяться при организации полов с подогревом. Общие преимущества технологии:

1. Простота эксплуатации и экономичность. В нормальных условиях, на каждые затраченные 1,24 кВт вырабатывается 5,5 кВт энергии.
2. Компактность, низкий уровень шума — допускается использование в небольших домах.

Эффективность прямо зависит от разницы между температурами — наружной и внутренней (контуров вход-выход). Чем холоднее снаружи, тем меньше КФ преобразования (значения варьируются от 1 до 5) — это прямо влияет на энергозатраты во время обогрева площади. Пример: тепловой насос воздух-вода прост в применении, но не сможет обеспечить отопление при похолодании до минус 20 ⁰С

Как выбрать

При подборе подходящей модели оборудования необходимо учитывать следующие факторы:

1. Мощность: зависит от площади постройки и средней наружной температуры.
2. Энергоэффективность: определяется теплоносителем для выбранных условий и моделью техники.
3. Занимаемое пространство: имеет значение, если внутреннее пространство ограничено.
4. Цена: должна быть окупаема, с учетом возможной экономии.

Для каждого случая придется производить сложные расчеты. Упростить задачу можно с помощью специальных калькуляторов. Для оценки рентабельности потребуется указать:

1. Модель устройства — зависит эффективность в условиях предстоящего применения.
2. Текущую стоимость электроэнергии за кВт (с целью сравнения существующих и предполагаемых затрат).
3. Желаемую температуру носителя тепла (35-45⁰С для отопления и 55 ⁰С для ГВС оптимально).
4. Площадь и тип дома (качество теплоизоляции).

Важно: использование большинства установок будет не эффективно и не позволит сэкономить со средними месячными температурами ниже минус 20 ⁰С. Также общим недостатком данного оборудования является предел в 50 ⁰С-60 ⁰С при нагреве воды. Тепловой насос для бассейна будет вполне отвечать требованиям, имея такие показатели, но обогреть дом в сильные морозы не получится.

Заключение

Тепловой насос может стать эффективным способом снизить издержки на отопление собственного дома, либо коммерческих площадей, при соблюдении определенных условий. Первое, что следует учитывать — это разновидность теплоносителя и его показатели в климатической зоне.

Пример: понимая, как работает тепловой насос воздух-воздух, можно делать выводы об его круглогодичной эффективности. Доступно переключение режимов — обогрев или кондиционер. На территориях с холодными зимами лучше себя покажет грунтовый тепловой насос (воды в почве крайне редко холоднее 10 ⁰С).

Технология тепловых насосов перспективна, вероятно развитие и продвижения с последующим замещением менее экологичных и более затратных способов отопления. Ключевое преимущество — целесообразность для малоэтажного строительства. Геотермальный тепловой насос для отопления (либо установку с иным принципом действия) поставить и эксплуатировать в доме обойдется дешевле, чем котел на газе. Зависимость от поставок топлива и централизованных сетей отсутствует полностью. Оптимально сочетание с печью, которая компенсирует недостатки оборудования в холода. Также установка вполне справится с задачей обогрева гаража, хозяйственных построек — когда не обязательно сильно прогревать помещение (достаточно простого воздушного теплового насоса).

Для точно просчета теплового насоса для ваших целей, вы можете обратить к нашим консультантам e-solarpower.ru