Схема отопления дома тепловым насосом

Залежи ископаемых энергоносителей неуклонно истощаются, поэтому растет стоимость их добычи и, как следствие, цена на них для конечного потребителя. Поэтому нужно быть готовым к тому, что с годами стоимость привычных источников тепла, таких как природный газ, твердое топливо или электроэнергия будут только расти. А придет время, когда эти энергоносители, особенно ископаемые, вообще будут в дефиците.

Именно поэтому многие задумываются о применении технологий, позволяющих получать энергию из альтернативных, восполняемых источников. Уже сейчас в некоторых технологически развитых странах широко используется энергия солнечного излучения и ветра. Кроме того, существует и достаточно часто применяется на практике технология отбора энергии из грунта, воды и воздуха, что осуществляется с помощью созданных для этого агрегатов, которые получили название тепловые насосы.

В нашей стране также у многих возникает желание установить для получения тепла подобные установки, причем некоторые реализуют его на практике. Это пока что нельзя назвать массовой тенденцией, так как, что само оборудование, что его монтаж являются достаточно дорогостоящими. Однако, как показывают существующие примеры, подобное оборудование способно себя окупить за несколько лет. Поэтому потенциальных потребителей часто интересует, будет ли целесообразно тратиться на подобную установку для отопления дома в их конкретном случае, что может показать только соответствующий расчет. Давайте попробуем разобраться, что такое тепловой насос, и как провести расчет оборудования на конкретном примере.

За счет чего работает тепловой насос

Все, наверное, замечали, что обыкновенный холодильник, поддерживающий внутри достаточно низкую температуру, снаружи, особенно на боковых и задней стенках, теплый, а иногда и горячий. Получается, что тепло, забранное у продуктов, что мы кладем внутрь холодильной установки, никуда не пропадает, а выходит с наружной стороны агрегата.

В качестве другого примера можно взять кондиционер, который забирает воздух из внутреннего пространства помещения, охлаждает его, а «отобранное» тепло выводит наружу здания.

Эти примеры показывают, что для того, чтобы что-нибудь охладить, неизбежно придется что-либо нагреть. Тепловой насос работает по такому же принципу, что и вышеназванные приборы, только наоборот. Он охлаждает какую-либо внешний субстрат (воздух, воду или грунт), а полученное в результате тепло передает жидкости, что циркулирует по системе отопления дома.

У многих возникнет вопрос, какое же тепло можно получить зимой от воды в водоеме или от грунта. Так вот, вода, если она не превратилась в лед, имеет температуру выше 0 градусов. А теперь посмотрите на температурный режим в бытовой морозильной камере. Там -18, а то и ниже. То есть, воду в реке или пруду зимой есть куда охлаждать. Значит, имеется ресурс для получения тепла.

С грунтом ситуация еще более благоприятная. Ниже уровня промерзания температура стабильно держится в районе +10 градусов. Поэтому здесь вообще неограниченный ресурс тепловой энергии, которую осталось преобразовать и пользоваться как для отопления дома, так и для подогрева горячей воды для бытовых потребностей.

Устройство теплового насоса

Вне зависимости от того, какого типа подобное оборудование, устройство и принцип работы в целом не отличаются. В каждом подобном приборе есть следующие узлы:

• испаритель;
• конденсатор;
• компрессор;
• дроссельный клапан.

Все эти составляющие связаны между собой одним замкнутым контуром, в котором находится хладагент, жидкое вещество с низкой температурой закипания. До недавнего времени во всех подобных приборах в качестве хладагента использовался фреон, сейчас его заменяют другими, подобными по физическим свойствам, веществами, например аммиаком.

Теперь о принципе работы устройства. В испарителе хладагент, имеющий низкую собственную температуру, нагревается от энергии какого-либо внешнего субстрата, от чего вскипает и переходит в состояние пара. В таком виде он попадает в компрессор, где сжимается под давлением, отчего его температура резко повышается. Нагретый таким способом хладагент проходит через спираль конденсатора, который, по сути, является теплообменником. Здесь хладагент остывает, отдавая тепло жидкости, что циркулирует в системе отопления дома. Далее вещество, способное кипеть при низкой температуре, проходит через специальный клапан, где вновь переходит в жидкое состояние и в таком виде поступает в испаритель. Такой цикл повторяется постоянно.

Тепловой насос является энергозависимым оборудованием, то есть оно работает не само по себе. Компрессор в процессе работы использует электроэнергию. Однако, при потреблении 1кВт электрической энергии, подобные агрегаты, в зависимости от типа и температуры внешней среды, способны отдать до 4,5 кВт тепла. К примеру, наиболее энергоэффективные электрокотлы, потребив то же количество электричества, отдают в виде тепла максимум 0,95 кВт. Как видите, эффективность впечатляющая.

Однако, есть в работе подобных приборов и свои минусы. Дело в том, что максимальный температурный показатель, которого может достигнуть жидкость системы отопления дома, не превышает 40 градусов. Такой температуры слишком мало для того, чтобы отапливать помещения с помощью радиаторов. Поэтому пользование таким агрегатом предусматривает отопление дома с помощью системы теплых полов, для эффективного функционирования которых такая температурная величина теплоносителя вполне подходит.

Виды тепловых насосов

В зависимости от того, из какой внешней среды берется преобразуемая тепловая энергия, тепловые насосы бывают воздушными, водными и грунтовыми.

Первый тип самый простой и менее дорогостоящий. Здесь хладагент в испарителе нагревается потоком воздуха, который нагнетается с помощью мощного вентилятора. Преимущество такого оборудования в относительной несложности монтажа и небольшой стоимости. Однако производительность установки невелика и сильно зависит от постоянно меняющейся температуры воздуха. При -10 и ниже, такой прибор малоэффективен, хотя некоторые промышленные образцы работают и при -20.

Оборудование, использующее тепло водной среды, намного более эффективно и стабильно в плане эксплуатации. В этом случае на дно близлежащего водоема укладывается змеевик из металлопластиковой трубы, в котором циркулирует особый теплоноситель, что забирает тепловую энергию у воды и передает ее в испарителе хладагенту. Такие агрегаты всем хороши, кроме более высокой стоимости что оборудования, что его установки, и обязательного наличия поблизости с домом естественного водоема. Хотя есть установки, что используют грунтовые воды при их наличии недалеко от поверхности земли.

Самым эффективным в работе считается грунтовый тепловой насос. В этом случае тепло отбирается от грунтов, что лежат на глубине 1,5 и ниже метров. Элементы системы, по которым циркулирует нагревающийся от грунта теплоноситель, укладываются горизонтально на упомянутой выше глубине, или вертикально в специально пробуренных скважинах. Понятно, что работы, связанные с установкой такого оборудования, достаточно дорогостоящие. Да и сам грунтовой насос стоит немалых денег. Однако при определенных условиях даже такой агрегат способен окупить свое приобретение и монтаж. Подобное оборудование эффективно при обслуживании домов большой площади.

Расчет необходимой мощности агрегата

Если исходить из того, что тепловой насос будет работать только на обогрев дома с помощью водяного пола, расчет нужно производить согласно суммарному количеству теплопотерь здания. То есть, мощность отопительного оборудования должно несколько превышать имеющиеся теплопотери.

Для того, чтобы сделать расчет потерь тепла, нужно учесть степень теплоизоляции стен, потолка и пола. Считается, что если пол и другие поверхности имеют недостаточную теплоизоляцию, расход энергии на обогрев 1м2 жилья будет равняться примерно 80 Вт. К примеру, на отопление здания, с площадью пола 100 м2 в этом случае понадобиться 8 кВт в течение часа. Если поверхности, контактирующие с внешней средой, такие, к примеру, как пол, хорошо утеплены современными материалами, то расчет производится исходя из расхода 50 Вт на м2. Значит мощность системы отопления, которая в данном случае будет представлена теплым полом, должна быть около 5 кВт.

Делая расчет мощности теплового насоса, нужно учитывать его тип, так как у воздушного агрегата, к примеру, производительность сильно зависит от внешних условий. К тому же не стоит забывать, что подобное оборудование само по себе является энергозависимым, поэтому нужно предусмотреть наличие соответствующей мощности в бытовой электрической сети.

Также при расчете нужно учесть тип напольного покрытия. Например, кафельная плитка намного лучше прогреется от системы водяного подогрева пола, чем ламинат или ковровое покрытие.

Конечно же, далек тот день, когда для отопления домов повсеместно будут применять энергоэффективное оборудование, примером которого является тепловой насос. Пока что такие агрегаты достаточно дороги, для того, чтобы устанавливаться массово. Однако тенденция к использованию энергосберегающих технологий, что четко наметилась в последнее время, подтолкнет производителей к созданию более доступных систем получения недорогого тепла.