Тепловые насосы для отопления или использование природных стихий для обогрева

Вопрос использования восполняемых источников энергии активно обсуждается уже не первый год. Сегодня подобные технологии стали входить в нашу повседневную жизнь, перестав быть только интересными научными разработками. При желании и наличии определенных средств, каждый из нас может установить у себя на крыше гелиоколлектор или использовать тепловые насосы для отопления дома. Основным достоинством этих технологий является, безусловно, экологичность. Но и для человека, не заинтересованного в сохранении окружающей среды, есть весомый аргумент в пользу установки такого оборудования – существенная экономия.

Содержание

• Внутреннее устройство и принцип действия
• Какие преимущества и недостатки у этой технологии?
• Достоинства оборудования
• Недостатки и особые условия установки
• Температурный экстрим и бивалентная схема отопления
• Проверяем теорию на практике — обзорное видео

Внутреннее устройство и принцип действия

Если говорить совсем просто, то тепловой насос это холодильник наоборот. Он состоит из тех же деталей и работает по тому же принципу. Наверняка, все знают, что задняя стенка холодильника всегда остается теплой или даже горячей. Это происходит потому, что фреон забирает тепло из холодильной камеры и выносит его наружу. Условно говоря, при использовании теплового насоса ваши батареи будут выполнять ту же роль, что и задняя стенка холодильника. А холодильная камера, то есть место, откуда забирают энергию тепловые насосы – воздух, вода или земля.

Если же говорить о принципе работы теплового насоса более детально, то состоит он в следующем:

Хладагент – вещество, которое способно в процессе изотермического расширения отнимать теплоту – под давлением подается в испаритель, где переходит в газообразное состояние и отбирает тепло. Испаритель в свою очередь нагревается от грунтового подводного или воздушного контура (это зависит от типа теплового насоса). Дальше в работу вступает компрессор, который сжимает хладагент и транспортирует его в конденсатор, где сжатый газ отдает тепловую энергию нагревательному контуру и переходит в жидкое состояние. Затем процесс повторяется снова.

Важно! Тепловые насосы воздух-воздух и воздух-вода рекомендовано использовать только в южных регионах, так как при температуре окружающей среды ниже 10 градусов их КПД значительно снижается.

Для регулирования температуры теплоносителя используется терморегулятор, который размыкает цепь, отключая компрессор в нужный момент.

В зависимости от типа источника тепла и теплоносителя различают следующие тепловые насосы:

• вода вода;
• воздух вода;
• земля вода;
• вода воздух;
• воздух воздух;
• земля воздух;

Например, тепловой насос воздух вода забирает тепловую энергию из воздуха, где она находится в рассеянном состоянии, а теплоносителем в системе отопления является вода, которой передается уже высокопотенциальное тепло.

Следует отметить, что тепловой насос является энергозависимым устройством, поскольку нуждается в некотором количестве электроэнергии для работы компрессора. Но потребляет он примерно на 60% меньше, чем электрокотел той же мощности.

Какие преимущества и недостатки у этой технологии?

К сожалению, вечный двигатель пока не создан, а значит, любые технические новинки имеют как свои достоинства, так и недостатки. Не является исключением и тепловой насос. Важно детально изучить все положительные и отрицательные последствия его установки и только потом решать подходит вам этот вид оборудования или нет.

Достоинства оборудования

• Экономичность. Тепловой насос воздух воздух, впрочем, как и любого другого типа, имеет КПД около 500%. Имеется в виду соотношение затраченной электроэнергии к тепловой энергии, отданной отапливаемому помещению. Как правило, в качестве основной характеристики теплового насоса используется коэффициент преобразования тепла или КПТ. В его исчислении КПД в 100% принимают за 1. Это значит, что котел с КПТ 4,2 один кВт затраченной энергии преобразует в 4,2 кВт тепловой энергии.
• Доступность. Установить тепловой насос можно абсолютно повсеместно. Даже в лесной хижине вы достаточно легко найдете источники энергии для него. Правда в этом случае придется установить дизельный или бензиновый генератор электроэнергии, что приведет к некоторому увеличению стоимости отопления.
• Возможность охлаждения.Устанавливая геотермальный тепловой насос, вы обеспечиваете свой дом не только отопительным прибором, но и кондиционером.В летнюю жару он способен достаточно эффективно охлаждать воздух в помещении. Избыточное тепло в этом случае, передается земле, воде или воздуху на улице.

• Безопасность. Одним из наиболее существенных недостатков твердотопливных котлов является пожароопасность, а в случае с газовыми котлами еще и взрывоопасность. Тепловой насос лишен этих недостатков. Ни гореть, ни взрываться там нечему.
• Экологичность. Это преимущество является следствием предыдущего. Раз ничего не сгорает, то нет и продуктов горения. А это значит, что в воздух и на почву вокруг дома не попадают такие вредные для здоровья вещества как СO2, CO, NOx, PbO2 и SO2. Конечно, один тепловой насос не способен улучшить экологическую обстановку на планете, но ведь нужно с чего-то начинать.

Недостатки и особые условия установки

• Высокие требования к теплоизоляции здания. Геотермальные тепловые насосы способны качественно обогреть только хорошо утепленные помещения. Если теплопотери в вашем доме составляют более 100 Вт/м?, установка подобного оборудования теряет смысл. Приблизительно рассчитать теплопотери можно по формуле R = ?T / q, где
  • q – потери тепла на 1 м? материала. Это значение можно найти в справочнике;
  • ?T – разница температур в помещении и на улице. При расчете необходимо использовать температурные показатели в самый холодный день года.

  Если стены многослойны, q всех материалов и прослоек воздуха между ними суммируются. Для подсчета общих теплопотерь помещения необходимо сложить R стен, выходящих на улицу, окон (существуют таблицы теплопотерь квадратного метра окон и дверей из разных материалов), потолка и пола.

• Использование низкотемпературных систем отопления. Если вы решили установить водяной или воздушный тепловой насос, то для обогрева помещения лучше использовать не обычные радиаторы, а систему теплого пола. Это обусловлено тем, что КПД системы обратно пропорционально разнице между температурами теплоносителя во входном и выходном контурах. Для оптимального режима работы системы температура внутреннего теплоносителя должна быть около 40 °С. Именно такой теплоноситель используется в системе «теплого пола», в то время как в радиаторах в холодное время года необходимо поддерживать температуру 60-70 °С.

Температурный экстрим и бивалентная схема отопления

Есть еще одна причина, по которой в северных регионах опасаются устанавливать тепловые насосы – считается, что система не способна обогреть дом в сильные морозы. Это утверждение не совсем верно.

Все дело в том, что при расчете системы отопления достаточно редко берутся показатели экстремально низких температур. Да это и не имеет смысла, ведь такие морозы не стоят долго – всего несколько дней в году. Если учитывать их в расчетах, то придется значительно увеличить мощность системы, что неизбежно приведет к ее удорожанию.

Для решения этой проблемы часто используется бивалентная схема отопления. Это значит, что установив тепловой насос вода вода, вы просто подключаете его к существующей системе отопления без демонтажа старого отопительного оборудования. В этом случае в сильные морозы вы сможете протопить дом газом или углем, а затем поддерживать температуру при помощи теплового насоса. Конечно, такое отопление будет дороже, но учитывая краткосрочность использования дополнительного котла, среднегодовой показатель затрат вырастет незначительно.

Проверяем теорию на практике — обзорное видео