Как применить тепловой насос для отопления дома

Схема теплового насосаРеализация отопления дома с использованием тепловых насосов является самым экологически чистым и достаточно экономичным в применении, поскольку они используют для получения тепла − грунтовые воды, озера, реки, воздух и землю.  По своей сути они являются инверсией, широко применяемого в быту, холодильника, который отбирает тепло внутри холодильной камеры и выводит его наружу, а тепловой насос отбирает тепло в окружающей среде и направляет внутрь помещения. Для его работы также необходима электроэнергия, а при использовании источников электропитания в виде солнечных батарей и ветряных генераторов это является самым эффективным преобразованием электрической энергии в тепловую, чем использование обычных электронагревательных отопителей.

Тепловой насос работает с использованием испарения и конденсации хладагента, что позволяет обеспечить перемещение тепла из одного места в другое. Для этого используется компрессор, который перемещает хладагент внутри системы. К основным конструктивным составляющим теплового насоса относятся: конденсатор, дроссельный клапан, испаритель и компрессор, питающийся от электросети. Хладагент, используемый в тепловом насосе, кипит при +3°С и это позволяет извлекать из достаточно холодного окружения необходимое количество тепла, чтобы после сжатия и «перекачки» получить высокую температуру в тепловом конденсаторе, которая позволит обогреть дом и обеспечить его теплом и горячим водоснабжением. Коэффициент полезного действия теплового насоса представляет собой отношение тепла на выходе «теплового резервуара» к потребляемой для его создания мощности. Он позволяет проводить сравнение тепловых насосов по энергоэффективности. Хороший тепловой насос имеет КПД равным 3 ÷ 4, который говорит о том, что на 1 кВт электроэнергии он будет выдавать 3 — 4 кВт тепла. Поэтому по финансовой эффективности тепловые насосы уступают пока только газовым котлам, работающим на природном газе.

Основными источниками тепла для тепловых насосов являются: грунтовые воды, земля и воздух.

 Схемы сбора тепла в ТН

Отбор тепла из грунтовых вод

Такой способ сбора тепла применим на приусадебных участков, где есть грунтовые воды. Поскольку температура грунтовой воды колеблется в пределах от +5 °С до +10 °С, она является идеальным энергоносителем для такой системы отопления. Для этого необходимо пробурить две скважины глубиной 30 ÷ 50 метров − одну для забора воды, доставляемой к тепловому насосу, а вторую, находящуюся на расстоянии в 15 метров от первой, для инфильтрации отработанной в нем воды. Тепловой насос с такой схемой отбора тепла позволяет создать одновалентную систему отопления и горячего водоснабжения в доме без использования дополнительных источников теплоснабжения.  КПД такой системы составляет 5 ÷7.

Отбор тепла из земли

Поскольку температура грунта даже в самые морозные дни в слоях, которые находятся ниже глубины промерзания ( 1,5 ÷ 2 метра) находится в диапазоне 4°С ÷ 8,5°С что на уровне, достаточном для экономичной работы теплового насоса. Для этого необходимо создать тепловой коллектор.в котором отбор тепла может осуществляться либо солевым раствором, либо хладагентом, циркулирующим по полиэтиленовым трубкам. КПД таких тепловых насосов может быть в пределах 4 ÷ 6,5. При создании теплового коллектора требуется большой объем земляных работ на приличной площади, поскольку необходимо, чтобы соблюдалось оптимальное расстояние между трубами 1,5 метра и, при необходимости его уменьшить, было не менее 1,2 метра. Под эти земляные работы лучше выбирать участок с влажным грунтом, поскольку на сухом участке придется увеличивать общую длину трубопровода. Для ориентировки приведу тепловые мощности, приходящие на 1 м трубопровода в средних широтах: в глине − 50 ÷ 60 Вт; в песке − 30 ÷ 40 Вт. Для северных широт значительно меньше. Поэтому для теплового насоса производительностью в 10 кВт  необходим трубопровод длиной в 350 ÷ 450 метров, для укладки которого понадобится площадь участка порядка около 400 м2.

Отбор тепла из воздуха

Если ни вода, ни земля в условиях вашего приусадебного участка не подходят как источник тепла, то можно использовать для этих  целей наружный воздух. По сути это кондиционер работающий наоборот. Большим достоинством такого теплового насоса является простота его установки. Но такая система идеально подойдет лишь для регионов, где зимняя температура не бывает ниже -25 °С. КПД такого теплового насоса может быть в пределах 2,5 ÷ 4,7. Имеются модели, работающие и при -40°С, но их эффективность значительно ниже. Их КПД от 1,5 ÷ 2,2. Использование таких тепловых насосов должна предусматривать создание бивалентной  схемы отопления с использованием дополнительных источников теплоснабжения при экстремальных морозах. Для этого подойдет не большой электро нагреватель.

 Отбор тепла из водоёма

В качестве источника тепла можно использовать близлежащий водоём, уложив коллектор на его дно. Необходимо чтобы глубина водоема в этом месте была не менее 2 метров. КПД теплового насоса такой же как при отборе тепла от земли. Ориентировочное значение тепловой мощности на 1 м такого трубопровода — 30 Вт. Поэтому для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в водоем коллектор длиной 300 м. Чтобы коллектор  не всплывал, необходимо каждый его погонный метр утяжелить грузом в 5 кг.

Учитывая все выше сказанное при выборе теплового насоса как основного элемента системы отопления дома важен точный расчет, поскольку система излишней мощности приведет к ненужным расходам. Для минимизации больших затрат на реализацию проекта необходимо определиться с требуемой его тепловой производительностью, полученную по результатам расчета, а сам дом должен быть надлежащим образом утеплен. Для прикидочных расчетов можно использовать следующие данные: тепловая потребность старых домов с изношенной изоляцией равна 75 Вт/ м2, новых построек с хорошей теплоизоляцией — 50 Вт/ м2, а низкоэнергетических домов — 30 Вт/ м2. Чтобы рассчитать общую тепловую потребность, нужно данные величины умножить на площадь отапливаемых помещений. Эффективность тепловых насосов увеличивается если на выходе требуется более низкая температура, например для теплых полов, однако они обеспечат и радиаторное отопление и тепло-воздушные системы.

Для достижения максимальной энергоэффективности часто практикуется использование тепловых насосов совместно с дополнительным отопителем по бивалентной схеме отопления. Дело в том, что в доме с большими потерями тепла установка насоса повышенной мощности (свыше 30 кВт) невыгодна. Потребность в такой мощности лишь пара месяцев в году, а остальное время она будет лишь перегревать помещения. Поэтому обычно выбирают тепловой насос мощностью 70–80% от максимальной отопительной потребности. А в самые холодные дни ему в помощь подключается дополнительный отопитель.

Эти системы надёжны в эксплуатации и требуют минимального обслуживания после установки, внутренние компоненты имеют расчетный срок службы 25 лет и коллекторы  отбора тепла работоспособны 50 лет.Кроме того тепловые насосы обеспечивают не только полноценное отопление зимой и возможность кондиционирования воздуха летом без назойливого шума кондиционера.

Ну вот вроде и всё что хотел рассказать по этому вопросу в своем обзоре надеясь, что информация будет полезной. Ведь чтобы выбрать что Вам надо, надо знать что выбирать.

 С уважением Гарий Махов

Есть еще, что почитать

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *