Теплові насоси для опалення вашого будинку. Тепловий насос для опалення будинку Установка теплового насоса для опалення будинку

Спалювання класичного палива (газ, дрова, торф) одна із древніх способів отримання тепла. Проте виснаження традиційних джерел енергії спонукали людину шукати складніші, але з менш ефективні альтернативні варіанти. Одним з них став винахід теплового насоса, робота якого заснована на шкільних законах фізики.

Робота теплового насосу

Дуже складний на перший погляд принцип роботи теплових насосів базується на кількох простих законах термодинаміки та властивостях рідин та газів:

1. Коли газ переходить у рідкий стан (конденсація), виділяється тепло
2. Коли рідина переходить у газ (випар), поглинається тепло

Більшість рідин можуть закипати за досить високих температур, близьких до 100 градусів. Але зустрічаються речовини з досить низькими температурами кипіння. У фреона вона близько 3-4 градусів. Перетворюючись на газ, він легко стискається і всередині ємності починає зростати температура.

Теоретично фреон можна стискати до отримання будь-яких бажаних температур, але практично обмежуються 80-90 градусами, необхідні повноцінної роботи класичної системи опалення.

Кожен стикається з тепловим насосом не один раз на день, коли проходить повз холодильник. Однак у ньому він працює у зворотному напрямку, забираючи тепло продуктів та розсіюючи в атмосферу.

Відео про технологію роботи

Схема теплового насосу

Працездатність більшості теплових насосів базується на теплі ґрунту, в якому протягом року температура практично не коливається (в межах 7-10 градусів). Тепло переміщається між трьома контурами:

1. Контур опалення
2. Тепловий насос
3. Розсільний (він же земляний) контур

Класичний принцип роботи теплових насосів в опалювальній системі складається з наступних елементів:

1. Теплообмінник, що віддає внутрішньому контуру тепло, що забирається у землі
2. Стиснувальний пристрій
3. Другий теплообмінний пристрій, що передає опалювальній системі енергію, що отримується у внутрішньому контурі
4. Механізм, що знижує тиск у системі (дроселі)
5. Розсільний контур
6. Земляний зонд
7. Опалювальний контур

Труба, яка виконує роль первинного контуру, поміщається в колодязь або закопується безпосередньо в землю. Нею переміщається незамерзаючий рідкий теплоносій, температура якого підвищується до аналогічної характеристики землі (близько +8 градусів) і надходить у другий контур.

Вторинний контур забирає тепло у рідини. Циркулюючий усередині фреон починає закипати і перетворюватися на газ, який прямує в компресор. Поршень стискає його до 24-28 атм, завдяки чому відбувається підвищення температури до +70-80 градусів.

На цьому робочому етапі відбувається концентрування енергії в один невеликий потік. Завдяки цьому підвищується температура.

Розігрітий газ надходить до третього контуру, який представлений системами гарячого водопостачання або навіть опалення будинку. При передачі тепла можливі втрати до 10-15 градусів, але вони не суттєві.

Коли фреон остигає, відбувається зменшення тиску, і він знову перетворюється на рідкий стан. При температурі 2-3 градуси він надходить назад у другий контур. Цикл повторюється знову і знову.

Основні види

Влаштований принцип роботи теплових насосів так, щоб вони легко експлуатувалися без перебоїв у широкому діапазоні температур – від -30 до +40 градусів. Найбільшу популярність набули такі два види моделей:

• Абсорбційного типу
• Компресійного типу

Абсорбційний тип моделі мають досить складний пристрій. Вони передають отриману теплову енергію безпосередньо джерелом. Їх експлуатація значно знижує матеріальні витрати на електрику і паливо, що витрачаються. Компресійного типу моделі для перенесення тепла споживають енергію (механічну та електричну).

Залежно від теплового джерела, що застосовується, насоси поділяються на такі види:

1. Переробні вторинне тепло– найдорожчі моделі, що набули популярності для обігріву об'єктів у промисловості, в яких вторинне тепло, що виробляється іншими джерелами, витрачається в нікуди
2. Повітряні- забирають тепло з навколишнього повітря
3. Геотермальні– вибирають тепло із води чи землі

За видами вхідного/вихідного всі моделі можна класифікувати так – грунт, вода, повітря та їх різні поєднання.

Геотермальні теплові насоси

Популярними є геотермальні моделі насосів, які поділяються на два види: замкнутий або відкритий тип.

Простий пристрій відкритих систем дозволяє нагрівати воду, що проходить всередині, яка згодом знову надходить в землю. Ідеально вона працює за наявності необмеженого обсягу чистого рідкого теплоносія, який після споживання не шкодить середовищу.

Замкнуті системи геотермальних теплових насосів ділять на такі різновиди:

• Водний – розташовується у водоймищі на непромерзаній глибині
• З вертикальним розташуванням - колектор поміщається в свердловину на глибину до 200 м і застосовується в місцевостях з нерівним ландшафтом
• З горизонтальним розташуванням - колектор поміщається в землю на глибину 0.5-1 м, дуже важливо забезпечити на обмеженій площі великий контур

Насос типу повітря-вода

Одним із найбільш універсальних варіантів є модель «повітря-вода». У теплі періоди року вона дуже ефективна, але взимку продуктивність може значно падати.

Перевагою системи є простий монтаж. Підходяще обладнання може монтуватися в будь-якому зручному місці, наприклад, на даху. Тепло, яке у вигляді газу або диму видаляється з приміщення, може використовуватися повторно.

Тип вода-вода

Тепловий насос «вода-вода» один із найефективніших. Але його використання може бути обмежене наявністю поблизу водойми або недостатньою глибиною, на якій у зимовий період не спостерігається суттєвого падіння температури.

Низько потенційна енергія може вибиратися з таких джерел:

• Грунтова вода
• Водойми відкритого типу
• Стічні промислові води

Найбільш простий принцип роботи теплових насосів у моделей, що відбирають тепло у водоймі. Якщо прийнято рішення використовувати підземні води, може знадобитися буріння колодязя.

Тип ґрунт-вода

Тепло з ґрунту можна отримувати протягом усього року, тому що на глибинах від 1 м температура практично не змінюється. Як носій тепла використовують «розсіл» - незамерзаючу рідину, яка циркулює.

Один із недоліків системи «грунт-вода» — необхідність великої площі для досягнення бажаної ефективності. Нівелювати його намагаються укладанням труб кільцями.

Колектор можна розташовувати у вертикальному положенні, але знадобиться свердловина глибиною до 150 м. На дні монтуються парасольки, що відбирають тепло ґрунту.

Плюси та мінуси опалювальних систем з тепловим насосом

Теплові насоси знайшли широке застосування у системах опалення приватної житлової площі чи промислових площ. Вони поступово витісняють класичніші джерела енергії завдяки надійності та економічності.

Серед численних переваг, які надає експлуатація теплового насоса, виділяють:

• Економія матеріальних засобів на технічному обслуговуванні систем та теплоносія
• Насоси працюють повністю в автономному режимі
• У довкілля не виділяються шкідливі продукти горіння та інші токсичні речовини
• Пожежна безпека обладнання, що монтується
• Можливість легко реверсувати роботу системи

Незважаючи на безліч переваг, необхідно взяти до уваги і негативні сторони експлуатації теплового насоса:

• Великі початкові вкладення на облаштування опалювальної системи – від 3 до 10 тисяч доларів
• У холодні періоди, коли температура відпускається нижче -15 градусів, необхідно подумати про альтернативні варіанти опалення
• Опалення, засноване на роботі теплового насоса, найбільше ефективно тільки в системах низькотемпературним теплоносієм

Ще одне схематичне відео:

Підбиваємо підсумки

Дізнавшись та освоївши принцип роботи теплового насоса, можна подумати та прийняти рішення про доцільність його встановлення та використання. Початкові витрати, які можуть бути дуже масштабними, незабаром окупляться і почнуть приносити своєрідний прибуток у вигляді економії на класичному паливі.

1.
2.
3.
4.
5.
6.

Такий агрегат як тепловий насос принцип роботи має подібний до побутових приладів – холодильник і кондиціонер. Приблизно 80% своєї потужності він запозичує у довкілля. Насос перекачує тепло з вулиці до приміщення. Його робота подібна до принципу функціонування холодильника, відрізняється лише напрямок перенесення теплової енергії.

Наприклад, для охолодження пляшки з водою люди ставлять її в холодильник, потім побутовий прилад частково «забирає» у цього предмета тепло і тепер, згідно із законом збереження енергії, повинен його віддати. Але куди? Все просто, для цього в холодильнику є радіатор, який зазвичай знаходиться на його задній стінці. У свою чергу, радіатор, нагріваючись, віддає тепло приміщенню, в якому стоїть. Таким чином, холодильник опалює кімнату. Наскільки вона прогрівається, можна відчути в невеликих магазинах спекотного літа, коли включено кілька холодильних установок.

А тепер трохи фантазії. Припустимо, що в холодильник постійно підкладаються теплі предмети, і він обігріває кімнату або його розташували у віконному отворі, відчинили дверцята морозильної камери назовні, при цьому радіатор перебував у приміщенні. У процесі своєї роботи, побутовий прилад, охолоджуючи повітря на вулиці, одночасно переноситиме теплову енергію, яка є зовні, до будівлі. Такий має тепловий насос принцип дії.

Звідки насос бере тепло?

Функціонує тепловий насос завдяки експлуатації природних низькопотенційних джерел теплової енергії, серед яких:

• навколишнє повітря;
• водоймища (річки, озера, моря);
• ґрунт та ґрунтові артезіанські та термальні води.

Система опалення з тепловим насосом

Коли для обігріву використовується тепловий насос – принцип роботи його ґрунтується на інтеграції в опалювальну систему. Вона складається з двох контурів, до яких додається третій, що є конструкцією насоса.

Теплоносій, що забирає на себе тепло з навколишнього середовища, циркулює за зовнішнім контуром. Він потрапляє у випарник насоса і віддає холодоагенту приблизно 4 -7 °C, при тому, що температура кипіння дорівнює -10 °C. В результаті холодоагент закипає і далі переходить у газоподібний стан. Охолоджений теплоносій у зовнішньому контурі направляється на наступний виток для набору температури.

Складається функціональний контур теплового насоса:

• випарника;
• холодоагенту;
• електричного компресора;
• конденсатора;
• капіляра;
• терморегулюючого керуючого пристрою.

Процес, як працює тепловий насос, виглядає приблизно так:

• холодоагент після закипання, рухаючись трубопроводом, потрапляє в компресор, що працює за допомогою електроенергії. Цей пристрій стискає холодоагент, що знаходиться в газоподібному стані, до високого тиску, що викликає підвищення температури;
• гарячий газ потрапляє в інший теплообмінник (конденсатор), в якому тепло холодоагенту віддається теплоносія, що циркулює за внутрішнім контуром опалювальної системи, або повітря в приміщенні;
• остигаючи, холодоагент переходить у рідкий стан, після чого проходить крізь капілярний редукційний клапан, втрачаючи тиск, і потім знову виявляється у випарнику;
• таким чином, цикл завершився і процес готовий повторитися.

Зразковий розрахунок теплопродуктивності

Протягом години через насос по зовнішньому колектору проходить 2,5-3 кубометри теплоносія, який земля може нагріти на ∆t = 5-7 °C (прочитайте також: " "). Щоб розрахувати теплову потужність цього контуру, слід скористатися формулою:

Q = (T 1 - T 2) x V, де:
V – витрата теплоносія на годину (м 3 /годину);
T 1 - T 2 - різниця температури на вході та вході (°C) .

Види теплових насосів

Залежно від виду споживаного розсіяного тепла теплові насоси бувають:

• ґрунт-вода - для їх роботи у водяній опалювальній системі використовуються закриті ґрунтові контури або геотермальні зонди, що знаходяться на глибині (докладніше: "");
• Вода-вода - принцип роботи в даному випадку ґрунтується на використанні відкритих свердловин для забору ґрунтових вод та їх скидання (прочитайте: ). При цьому зовнішній контур не закольцований, а система опалення у будинку – водяна;
• вода-повітря – встановлюють зовнішні водяні контури та залучають опалювальні конструкції повітряного вигляду;
• повітря-повітря – для їх функціонування використовують розсіяне тепло зовнішніх повітряних мас плюс повітряна система опалення будинку.

Переваги теплових насосів

1. Економічність та ефективність. Принцип дії теплових насосів, зображених на фото, ґрунтується не на виробництві теплової енергії, а на перенесенні її. Таким чином, ККД теплового насоса має бути більше одиниці. Але як це можливо? Щодо роботи теплових насосів використовується величина, яка називається коефіцієнтом перетворення тепла або скорочено КПП. Характеристики агрегатів цього типу порівнюють саме за цим параметром.Фізичний зміст величини полягає у визначенні співвідношення між кількістю одержаного тепла та витраченою на його одержання енергії. Наприклад, якщо коефіцієнт КПП дорівнює 4,8, це означає, що електроенергія в 1кВт, витрачена насосом, дозволяє отримати 4,8 кВт тепла, причому безоплатно від природи.
2. Універсальне повсюдне застосування. У разі відсутності доступних для споживачів ліній електропередач роботу компресора насоса забезпечують дизельний привод. Оскільки природне тепло є усюди, принцип роботи цього пристрою дозволяє використовувати його повсюдно.
3. Екологічність. Принцип роботи теплового насоса ґрунтується на малому споживанні електроенергії та відсутності продуктів горіння. Хладагент, що використовується агрегатом, не містить хлорвуглеців і повністю озонобезпечний.
4. Двонаправлений режим функціонування. У опалювальний період тепловий насос здатний обігрівати будинок, а влітку охолоджувати його. Тепло, відібране у приміщення, можна застосовувати для забезпечення будинку гарячим водопостачанням, а якщо є басейн, підігрівати в ньому воду.
5. Безпечна експлуатація. У роботі теплових насосів відсутні небезпечні процеси – немає відкритого вогню і не виділяються шкідливі для здоров'я людини речовини. Теплоносій не має високої температури, що робить пристрій безпечним і водночас корисним у побуті.
6. Автоматичне керування процесом обігріву приміщень.

Принцип роботи теплового насоса, достатньо докладне відео:

Деякі особливості експлуатації насосів

Щоб забезпечити ефективну роботу теплового насоса, необхідно дотримуватися низки умов:

• приміщення має бути якісно утепленим (тепловтрати не можуть перевищувати 100 Вт/м²);
• тепловий насос вигідно використати для низькотемпературних опалювальних систем. Цей критерій відповідає системі теплої підлоги, оскільки її температура 35-40°C. КПП багато в чому залежить від співвідношення між температурою вхідного контуру і вихідного.

Принцип роботи теплових насосів полягає в перенесенні тепла, що дозволяє отримувати коефіцієнт перетворення енергії величиною від 3 до 5. Тобто кожен 1 кВт використаної електроенергії приносить до будинку 3-5 кВт тепла.

Тепловий насос – універсальний прилад, що функціонально поєднав у собі характеристики кондиціонера, водонагрівача та опалювального котла. Цей прилад не використовує звичайне паливо, для його роботи потрібні відновлювані джерела з навколишнього середовища – енергія повітря, ґрунту, води.

Тому тепловий насос сьогодні – найбільш економічно вигідний агрегат, оскільки його робота не залежить від вартості палива, також екологічний, оскільки джерелом тепла є не електрика або продукти згоряння, а природні джерела тепла.

Для кращого розуміння, як працює тепловий насос для опалення будинку, варто згадати принцип роботи холодильника. Тут випаровується робоча речовина, віддаючи холод. А в насосі навпаки, воно конденсується та продукує тепло.

Принцип роботи теплового насосу

Весь процес роботи системи представлений у вигляді циклу Карно – названого на ім'я винахідника. Описати його можна в такий спосіб. Теплоносій проходить через робочий контур - повітряний, земляний, водний, їх поєднання , звідки прямує до 1-го теплообмінника – випарної камери. Тут він передає накопичене тепло холодоагенту, що циркулює у внутрішньому контурі насоса.

Принцип роботи теплового насосу опалення будинку

Рідкий холодоагент надходить у випарну камеру, де низькі значення тиску та температури (5 0 С) переводять його в газоподібний стан. Наступний етап – перехід газу в компресор та його стиск. Внаслідок чого температура газу різко зростає, газ переходить у конденсатор, тут він обмінюється теплом із системою опалення. Охолоджений газ перетворюється на рідину, і цикл повторюється.

Переваги та негативні сторони теплових насосів

Роботою теплових насосів для опалення будинку можна керувати за допомогою спеціально встановлених терморегуляторів. Насос автоматично вмикається під час падіння температури середовища нижче заданого значення і вимикається, якщо температура перевищує задану позначку. Тим самим пристрій підтримує постійну температуру в приміщенні – це одна з переваг пристроїв.

Достоїнствами приладу є його економічність - насос споживає невелику кількість електроенергії та екологічність або абсолютна безпека для навколишнього середовища. Основні переваги пристрою:

• Надійність. Термін служби перевищує 15 років, всі частини системи мають високий робочий ресурс, перепади енергії не завдають системі шкоди.
• Безпека. Відсутні сажа, вихлоп, відкрите полум'я, витік газу виключено.
• Комфорт. Робота насоса безшумна, затишок та комфорт у будинку допомагають створити кліматконтроль та автоматична система, робота якої залежить від погодних умов.
• Гнучкість. Прилад має сучасний стильний дизайн, його можна поєднати з кожною системою опалення будинку.
• Універсальність. Застосовується у приватному, цивільному будівництві. Оскільки має широкий діапазон потужностей. За рахунок чого може забезпечити теплом приміщення будь-якої площі від невеликого будинку до котеджу.

Складна структура насоса визначає його головний недолік - високу вартість обладнання та його монтажу. Для встановлення приладу необхідно проводити земляні роботи у великих обсягах.

Теплові насоси – класифікація

Робота теплового насоса для опалення будинку можлива у широкому температурному діапазоні – від -30 до +35 градусів за Цельсієм. Найбільш поширені абсорбційні прилади (переносять тепло за допомогою його джерела) і компресійні (циркуляція робочої рідини відбувається за рахунок електроенергії). Найбільш економічні абсорбційні пристрої, проте вони більш дорогі і мають складну конструкцію.

Класифікація насосів типу джерел тепла:

1. Геотермальні. Забирають тепло води чи землі.
2. Повітряні. Забирають тепло атмосферного повітря.
3. Вторинного тепла. Забирають так зване виробниче тепло, що утворюється на виробництві, при опаленні, інших промислових процесах.

Теплоносієм може бути:

• Вода із штучної або природної водойми, ґрунтові води.
• Грунт.
• Повітряні маси.
• Комбінації перелічених вище носіїв.

Насос геотермального типу – принципи пристрою та роботи

Гетермальний насос для опалення будинку використовує тепло грунту, яке він відбирає вертикальними зондами або горизонтальним колектором. Зонди розміщуються на глибині до 70 метрів, зонд знаходиться на невеликій відстані від поверхні. Такий тип пристрою є найбільш ефективним, оскільки у джерела тепла досить висока постійна протягом усього року температура. Тому необхідно витратити менше енергії на транспортування тепла.

Таке обладнання потребує великих витрат на встановлення. Високою вартістю відрізняються роботи з буріння свердловин. Крім того, площа, відведена під колектор, повинна бути в кілька разів більша за площу опалювального будинку або котеджу. Важливо пам'ятати: земля, де знаходиться колектор, не може використовуватися для посадки овочів або плодових дерев – коріння рослин буде переохолоджене.

Використання води як джерело тепла

Водойма – джерело великої кількості тепла. Для насоса можна використовувати незамерзаючі водоймища від 3 метрів завглибшки або ґрунтові води при їх високому рівні. Реалізувати систему можна так: трубу теплообмінника, обтяжену вантажем з розрахунку 5 кг на 1 метр погонний, укладають на дно водойми. Протяжність труби залежить від метражу будинку. Для приміщення 100 м.кв. оптимальна довжина труби – 300 метрів.

У разі використання ґрунтових вод необхідно пробурити дві свердловини, розташовані одна за одною за напрямом ґрунтових вод. У першу свердловину поміщають насос, який подає воду теплообмінник. До другої свердловини надходить вже охолоджена вода. Це так звана відкрита схема збирання тепла.Її основний недолік у тому, що рівень ґрунтових вод нестабільний і може значно змінюватись.

Повітря – найбільш доступне джерело тепла

У разі використання повітря як джерело тепла теплообмінником виступає радіатор, що примусово обдувається вентилятором. Якщо працює тепловий насос для опалення будинку за системою «повітря-вода», користувач отримує переваги:

• Можливість обігріти весь будинок. Вода, яка виступає як теплоносій, розлучається по приладах опалення.
• За мінімальних витрат електроенергії – можливість забезпечити мешканців гарячим водопостачанням. Це можливо за рахунок наявності додаткового теплоізольованого теплообмінника з накопичувальною ємністю.
• Насоси аналогічного типу можуть бути використані для нагрівання води в басейнах.

Якщо насос працює за системою «повітря-повітря», теплоносій для нагрівання приміщення не використовується. Обігрів проводиться за рахунок отриманої теплової енергії. Прикладом реалізації такої схеми може бути звичайний кондиціонер, встановлений режим обігріву. Сьогодні всі пристрої, які використовують повітря як джерело тепла – інверторні. Вони змінний струм в постійний перетворюється, забезпечуючи гнучке управління компресором та її роботу без зупинок. А це збільшує ресурс пристрою.

Тепловий насос – альтернативна система опалення будинку

Теплові насоси – альтернатива сучасним системам опалення. Вони економічні, екологічні та безпечні у використанні. Однак висока вартість монтажних робіт та обладнання на сьогодні не дають змоги використовувати прилади повсюдно. Тепер ви знаєте як працює тепловий насос для опалення будинку та підрахувавши всі плюси та мінуси зможете прийняти рішення про його встановлення.

Тепловий насос (ТН)– це пристрій, який здійснює перенесення, трансформацію та перетворення теплової енергії. За принципом роботи він схожий з відомими всіма приладами та обладнанням, такими як холодильник або кондиціонер. В основі функціонування будь-якого ТН лежить зворотний цикл Карно, названого на честь найвідомішого французького фізика та математика Сіді Карно.

Принцип роботи теплового насосу

Вивчимо детальніше фізику процесів роботи даного обладнання. Тепловий насос складається з чотирьох основних елементів:

1. Компресор
2. Теплообмінник (конденсатор)
3. Теплообмінник (випарник)
4. Сполучна арматура та елементи автоматики.

Компресорнеобхідний для стиснення та переміщення холодоагенту по системі. При стисканні фреону його температура і тиск різко підвищується (розвивається тиск до 40 бар, температура до 140 С), і у формі газу з високим ступенем стиснення він надходить у конденсатор(Адіабатичний процес, тобто процес в якому система не взаємодіє із зовнішнім простором), де передає енергію споживачеві. Споживачем може виступати як безпосередньо середовище, яке необхідно обігріти (наприклад, повітря в приміщенні), так і теплоносій (вода, антифриз і т.д.), який далі розподіляє енергію по системі опалення (радіатори, теплі підлоги, плінтуси, що обігріваються, конвектори, фанкойли та інше). Температура газу при цьому, природно знижується, і він змінює свій агрегатний стан з газоподібного на рідинний (ізотермічний процес, тобто процес, що протікає за постійної температури).

Далі холодоагент у рідкому стані надходить у випарник, проходячи через терморегулюючий вентиль (ТРВ), необхідний зменшення тиску і дозування надходження фреону у випарний теплообмінник. Через зниження тиску при проходженні каналів випарника здійснюється фазовий перехід, і агрегатний стан холодоагенту знову змінюється на газоподібний. При цьому ентропія газу знижується (виходячи з теплофізичних властивостей фреонів), що призводить до різкого падіння температури, і відбувається «відібрання» тепла у зовнішнього джерела. Як зовнішнє джерело може виступати вуличне повітря, надра землі, річки, озера. Далі охолоджений газоподібний фреон повертається компресор, і цикл повторюється знову.

Фактично виходить, що теплова машина сама не виробляє тепла, а є пристроєм з переміщення, модифікування та видозміни енергії від навколишнього середовища до приміщення. Однак для цього процесу необхідна електроенергія, основним споживачем якої є компресорний агрегат. Співвідношення отриманої теплової потужності до витраченої електричної називається коефіцієнтом перетворення (СМР). Він змінюється в залежності від типу ТН, його виробника, інших факторів і варіюється від 2 до 6.

В даний час як холодоагент використовуються озонобезпечні фреони різного типу (R410A, R407C), які завдають мінімальної шкоди навколишньому середовищу.

У сучасних теплових машинах використовуються компресори спірального типу, які не вимагають обслуговування, в них практично немає тертя, і вони можуть безперервно пропрацювати 30-40 років. Це забезпечує тривалий термін служби всього агрегату. Так, наприклад, у німецької фірми Stiebel Eltronє ТН, які пропрацювали без капітального ремонту з початку 1970-х років.

Типи теплових насосів

Залежно від середовищ використовуваних для відбору та перерозподілу енергії, а також конструктивних особливостей та способах застосування, розрізняють чотири основні типи ТН:

Тепловий насос «повітря - повітря»

Як низькопотенційне джерело енергії, даний тип обладнання використовує вуличне повітря. Зовні він не відрізняється від звичайної спліт - системи кондиціонування, проте має ряд функціональних особливостей, що дозволяють йому працювати при низьких температурах (до -30 С) і вилучати енергію з навколишнього середовища. Обігрів будинку здійснюється безпосередньо теплим повітрям, що нагрівається в конденсаторі теплонасоса.

Переваги ТН «повітря - повітря»:

• Невисока вартість
• Малий час монтажних робіт та порівняльна простота встановлення
• Відсутність можливості витоку теплоносія

Недоліки:

• Стійка працездатність до -20°С
• Необхідність встановлення внутрішнього блоку в кожну кімнату або організацію системи повітроводів для подачі нагрітого повітря до всіх приміщень.
• Неможливість отримання гарячої води (ГВП)

На практиці, такі системи застосовуються для сезонного житла і не можуть виступати як основне джерело обігріву.

Тепловий насос «повітря - вода»

За своїм принципом дії схожі з попереднім типом, проте вони нагрівають не безпосередньо повітря всередині приміщення, а теплоносій, який використовується для опалення будинку і приготування ГВП.

Переваги ТН «Повітря – вода»:

• не вимагає організація зовнішнього контуру (буріння)
• надійність та довговічність
• високі показники ефективності (СМР) в осінній та весняний періоди

Недоліки ТН:

• Значне зниження СМР при низьких температурах (до 1,2)
• Необхідність розморожування зовнішнього блоку (реверсивний режим)
• Неможливість експлуатації при температурі нижче -25°С - -30°С

Такі насоси в нашому кліматі все ж таки не можуть виступати єдиним джерелом опалення. Тому вони часто встановлюються (за бівалентною схемою) у зв'язці з додатковим опалювальним обладнанням (електричний, пелетний, твердопаливний, дизельний котел, камін із водяною сорочкою). Також вони підходять для реконструкції та автоматизації старих котелень, що використовують традиційні види палива. Це дозволяє більшу частину року експлуатувати систему в автоматичному режимі (немає необхідності завантажувати тверде паливо або заправляти дизельне паливо), використовуючи лише потужність ТН.

Тепловий насос «розсіл – вода»

Один із найпоширеніших на території Республіки Білорусь. Використовуючи статистику нашої організації 90% встановлених теплонасосів, є геотермальним. В даному випадку як «зовнішній контур» використовується надра землі. За рахунок цього, дані ТН мають найголовнішу перевагу перед рештою типів теплонасосів – стабільний показник ефективності роботи (СМР) незалежно від пори року.

За усталеною термінологією, зовнішній контур називається геотермальним.

Існують два основні різновиди геотермального контуру:

• Горизонтальний
• Вертикальний

Зупинимося на кожному з них докладніше.

Горизонтальний контур

Горизонтальний контурє системою поліетиленових труб, укладених під верхнім шаром грунту на глибині близько 1,5 – 2 м, нижче рівня промерзання. Температура у цій зоні залишається позитивною (від +3 до +15 С) протягом усього календарного року, досягає максимуму у жовтні, а мінімуму у травні. Площа, яку займає колектор залежить площі будівлі, ступеня її утеплення, розмірів скління. Так, наприклад, для двоповерхового житлового будинку площею 200 м2, що має непогане утеплення, що відповідає сучасним нормам, під геотермальне поле доведеться виділити близько чотирьох соток землі (400 м2). Безумовно для більш точної оцінки діаметра використовуваних труб і площі, необхідний докладний теплотехнічний розрахунок.

Ось як виглядає монтаж горизонтального колектора на одному з наших об'єктів у м. Дзержинськ (Республіка Білорусь):

Переваги горизонтального колектора:

• Нижча вартість у порівнянні з геотермальними свердловинами
• Можливість проведення робіт з його влаштування спільно з прокладанням інших комунікацій (водопровід, каналізація)

Недоліки горизонтального колектора:

• Велика займана площа (не забороняється зводити капітальні будівлі, асфальтувати, укладати тротуарну плитку, необхідно забезпечити природний доступ світла і опадів)
• Відсутність можливості облаштування при готовому ландшафтному дизайні ділянки
• Найменша стабільність у порівнянні з вертикальним колектором.

Облаштування такого типу колектора зазвичай здійснюється двома способами. В першому випадкуна всій площі укладання знімається верхній шар ґрунту, товщиною 1,5-2м, виконується розкладання труб теплообмінника із заданим кроком (від 0,6 до 1,5м)і проводитися зворотне засипання. Для виконання таких робіт підходить потужна техніка, така як фронтальний навантажувач, бульдозер, екскаватори з великим вильотом стріли та об'ємом ковша.

У другому випадкуукладання петель ґрунтового контуру проводитися поетапно в підготовлені траншеї, завширшки від 0,6м до 1 м. Для цього підходять невеликі екскаватори та екскаватори - навантажувачі.

Вертикальний контур

Вертикальний колекторявляє собою свердловини завглибшки від 50 до 200 мі більше, в які опущені спеціальні пристрої геотермальні зонди. Температура у цій зоні протягом багатьох років та десятиліть залишається постійною та зростає зі збільшенням глибини. Підвищення відбувається у середньому на 2-5 З кожні 100 м. Величина це характеризує називається температурним градієнтом.

Процес монтажу вертикального колектора на нашому об'єкті в с. Крижівка, під Мінськом:

Вивчаючи карти розподілу температур на різних глибинах на території РБ та міста Мінська, зокрема, можна помітити, що температура змінюється від області до області, і може суттєво відрізнятися залежно від місця розташування. Так, наприклад, на глибині 100 м у районі м. Світлогірськ вона може досягати +13 С, а в деяких районах Вітебської області на тій самій глибині не перевищує +8,5 С.

Безумовно при розрахунку глибини буріння та проектування розміру, діаметра та інших характеристик геотермальних зондів необхідно враховувати цей фактор. Крім цього, необхідно враховувати геологічний склад порід, що проходять. Тільки спираючись на ці дані, можна правильно запроектувати геотермальний контур.

Як показує практика і статистика нашої організації 99% проблем під час експлуатації ТН пов'язані з функціонуванням зовнішнього контуру, причому ця проблема проявляється відразу після введення у експлуатацію устаткування. І цьому є пояснення, так при неправильному розрахунку геоконтуру (наприклад, на території Вітебської області, де, як ми пам'ятаємо, геотермальний градієнт є одним з найнижчих у Республіці), його початкова робота не викликає нарікань, проте з часом товща землі «вихолоджується», порушується термодинамічний баланс і починаються неприємності, причому проблема може виникнути тільки на другий - третій опалювальний сезон. Менш проблемно виглядає перерозмірений контур, але замовник змушений оплачувати непотрібні метри буріння через некомпетентність підрядника, що веде до подорожчання всього проекту.

Особливо критичним до вивчення надр землі слід ставитися при будівництві великих комерційних об'єктів, де кількість свердловин обчислюється десятками, і зекономлені (чи розтрачені) кошти на їх пристрій можуть бути дуже значними.

Тепловий насос «вода – вода»

Одним із різновидів геотермального джерела тепла можуть бути підземні води. Вони мають постійну температуру (від +7 С і вище), і у значній кількості залягають на різних глибинах біля РБ. За технологією підземні води піднімаються відцентровим насосом зі свердловини і надходять на станцію тепломасообміну, де передають енергію антифризу нижнього контуру теплового насоса. Ефективність роботи даної системи залежить від рівня залягання ґрунтових вод (залежно від глибини підйому, потрібна певна потужність помпи), відстані від паркану до станції обміну. Ця технологія має один із найвищих показників COP, проте має ряд особливостей, що обмежують її застосування.

Серед них:

• Відсутність підземних вод або низький рівень їх залягання;
• Відсутність постійного дебету свердловини, зниження статичного та динамічного рівнів;
• Необхідність враховувати сольовий склад та забрудненість (при не належній якості води, відбувається засмічення теплообмінника, знижуються показники продуктивності)
• Необхідність пристрою дренажного колодязя для скидання значних обсягів води, що відпрацювала (від 2200 л/год і більше)

Як показує практика, установка таких систем доцільна, якщо в безпосередній близькості є водоймище або річка. Відпрацьовану воду також можна використовувати в господарських і промислових цілях, наприклад, для поливу, або організації штучних водойм.

Що стосується якості забірної води, то, наприклад, німецький виробник альтернативних опалювальних систем Stiebel Eltronрекомендує такі параметри: загальна частка заліза і магнію не більше 0,5 мг/л, вміст хлоридів менше 300 мг/л, відсутність осаджуваних речовин. При перевищенні цих параметрів необхідно встановлення додаткової системи очищення - станції підготовки та знесолення, що підвищує матеріаломісткість проекту.

Бурові роботи для теплового насосу

Виходячи з досвіду монтажу та експлуатації геотермальних агрегатів, ми рекомендуємо бурити свердловини не менше 100м. Практика показує, що кращі показники ефективності та стабільності теплової машини буде спостерігатися, наприклад, для двох свердловин по 150 м, ніж для трьох по 100м. Безумовно, для облаштування таких шахт потрібна спеціальна техніка та роторний метод виробництва буріння. Малогабаритні шнекові установки не здатні забезпечити необхідної довжини свердловин.

Так як геотермальний контур є найважливішою складовою, і правильність його облаштування є запорукою успішного функціонування всієї системи, то підрядник, що здійснюють буріння, повинен відповідати ряду критеріїв:

• обов'язково мати досвід виробництва такого виду послуг;
• мати спеціальний інструмент для занурення зондів;
• давати гарантію занурення зонда на проектну глибину та гарантувати його цілісність та герметичність у процесі виконання робіт;
• після занурення проводити заходи щодо тампонування свердловини для збільшення її теплообміну та продуктивності, зачеканити стовбур шахти до зворотного засипання.

Загалом, при правильному проектуванні та кваліфікованому монтажі, геотермальні зонди дуже надійні та здатні Вам прослужити до 100 років.

Процес опускання геотермального зонда в пробурену свердловину:

Геотермальний зонд на станині, перед проведенням перевірки на герметичність («опресування» тиском):

Висновки

Виходячи з нашого досвіду у влаштуванні систем альтернативної енергетики, ми можемо виділити основні факти, які є основними при виборі нашими Замовниками теплових насосів:

• повна безпека та екологічність(відсутню процеси горіння та рушійні частини)
• можливість «сьогодні» замовити систему та через три тижні насолоджуватися її використанням без будь-яких погоджень з контролюючими та дозвільними органами.
• Повна автономність та мінімальне технічне обслуговування(немає необхідності перебувати в газовому кооперативі, залежати від нього; не треба підкидати дрова або проводити щомісячне чищення повітроводів, організовувати під'їзд паливозаправника та інше)
• Вартість ділянки для будівництва індивідуального будинку без підведеного газу значно нижча і термін здачі житла не залежить від газових служб
• Можливість віддаленого керування через інтернет
• Передове та інноваційне обладнання стильного виконання, яке не соромно показати друзям та знайомим, що безумовно наголошує на статусі домовласника.

Якщо в цій статті ми не торкнулися якихось питань і ви хочете поставити їх особисто – ви можете приїхати до нас в офіс за адресою: м. Мінськ, вул. Одоєвського, 117, компанія ТОВ «Нова Грос» та проконсультуватися у наших інженерів.

Також у нас є можливість організувати безкоштовне відвідування вже реалізованих функціонуючих об'єктів.

Контактний телефон для зв'язку: 044 765 29 58; 017 399 70 51

Ситуація така, що найпопулярнішим на даний момент способом опалювати житло є використання опалювальних котлів - газових, твердопаливних, дизельних і набагато рідше - електричних. А ось такі прості і водночас високотехнологічні системи, як теплові насоси, не набули повсюдного поширення, і дуже дарма. Для тих, хто любить та вміє прораховувати все наперед, їх переваги очевидні. Теплові насоси для опалення не спалюють непоправних запасів природних ресурсів, що вкрай важливо не тільки з погляду охорони навколишнього середовища, але й дозволяє економити на енергоносіях, оскільки вони дорожчають з кожним роком. До того ж, за допомогою теплових насосів можна не лише опалювати приміщення, а й підігрівати гарячу воду для господарських потреб, та кондиціонувати приміщення у літню спеку.

Принцип дії теплового насосу

Зупинимося докладніше на принципі дії теплового насоса. Згадайте, як працює холодильник. Тепло поміщених у нього продуктів викачується та викидається на радіатор, розташований на задній стінці. У цьому легко переконатись, доторкнувшись до нього. Приблизно такий принцип у побутових кондиціонерів: вони викачують тепло з приміщення і викидають його на радіатор, розташований на зовнішній стіні будівлі.

В основу роботи теплового насоса, холодильника та кондиціонера покладено цикл Карно.

1. Теплоносій, рухаючись джерелом низькотемпературного тепла, наприклад, грунту, нагрівається на кілька градусів.
2. Потім він надходить у теплообмінник, званий випарник. У випарнику теплоносій віддає накопичене тепло холодоагенту. Холодоагент- це спеціальна рідина, яка перетворюється на пару за низької температури.
3. Прийнявши він температуру з теплоносія, нагрітий холодоагент перетворюється на пару і надходить компресор. У компресорі відбувається стиск холодоагенту, тобто. підвищення його тиску, за рахунок чого підвищується його температура.
4. Гарячий стиснутий холодоагент надходить до іншого теплообмінника, званого конденсатора. Тут холодоагент віддає своє тепло іншому теплоносія, який передбачений у системі опалення будинку (вода, антифриз, повітря). При цьому холодоагент охолоджується і знову перетворюється на рідину.
5. Далі холодоагент надходить у випарник, де нагрівається від нової порції нагрітого теплоносія, і цикл повторюється.

Для забезпечення роботи теплового насоса потрібна електрика. Але це все одно набагато вигідніше, ніж використовувати лише електрообігрівач. Так як електрокотел або електрообігрівач витрачає рівно стільки ж електроенергії, як і видає тепла. Наприклад, якщо на обігрівачі написана потужність 2 кВт, він витрачає 2 кВт на годину і видає 2 кВт тепла. А тепловий насос видає тепла у 3 – 7 разів більше, ніж витрачає електроенергії. Наприклад, використовується 5,5 кВт/год на роботу компресора та насоса, а тепла виходить 17 кВт/год. Саме такий високий ККД і є основною перевагою теплового насосу.

Переваги та недоліки системи опалення «тепловий насос»

Навколо теплових насосів ходить багато легенд і оман, незважаючи на те, що це не такий новаторський і високотехнологічний винахід. За допомогою теплових насосів опалюються всі "теплі" штати в США, практично вся Європа та Японія, де технологія відпрацьована практично до ідеалу і вже давно. До речі, не варто думати, що подібне обладнання є суто іноземною технологією і прийшло до нас нещодавно. Адже ще СРСР такі агрегати використовувалися на експериментальних об'єктах. Прикладом цього є санаторій «Дружба» у місті Ялта. Крім футуристичної архітектури, що нагадує «хатинку на курячих ніжках», цей санаторій відомий ще й тим, що ще з 80-х років 20 століття в ньому використовуються теплові насоси для промислового опалення. Джерелом тепла є навколишнє море, а сама насосна станція не тільки обігріває всі приміщення санаторію, але й забезпечує гарячою водою, гріє воду в басейні та охолоджує в спекотний період. Тож давайте спробуємо розвіяти міфи і визначити, чи має сенс опалювати житло в такий спосіб.

Переваги систем опалення з тепловим насосом:

• Економія на енергоносії.У зв'язку з зростаючими цінами на газ та дизпаливо дуже актуальна перевага. У графі «щомісячні витрати» буде значитися тільки електроенергія, якої, як ми вже писали, потрібно набагато менше, ніж реально виробляється тепла. При покупці агрегату необхідно звернути увагу на такий параметр, як коефіцієнт трансформації тепла "ϕ" (може називатися ще коефіцієнт перетворення тепла, коефіцієнт трансформації потужності або температур). Він показує відношення кількості тепла на виході до енергії, що витрачається. Наприклад, якщо ? = 4, то при витраті 1 кВт/год ми отримаємо 4 кВт/год теплової енергії.
• Економія на техобслуговуванні. Тепловий насос не вимагає до себе особливого відношення. Витрати його обслуговування мінімальні.
• Можна встановлювати у будь-якій місцевості. Джерелами низькотемпературного тепла для роботи теплового насоса можуть бути грунт, вода або повітря. Де б Ви не зводили будинок, навіть у скелястій місцевості, завжди знайдеться можливість знайти «їжу» для агрегату. У місцевості, віддаленій про газову магістраль, це одна з найоптимальніших систем опалення. І навіть у регіонах без ліній електропередач можна встановити бензиновий чи дизельний двигун для забезпечення роботи компресора.
• Немає необхідності стежити за роботою насоса, додавати паливо, як у випадку з твердопаливним або дизельним котлом. Вся система опалення із тепловим насосом автоматизована.
• Можна виїхати на тривалий терміні не боятися, що система замерзне. При цьому можна заощадити, встановивши насос на забезпечення у житловому приміщенні температури +10 °С.
• Безпека для довкілля.Для порівняння при використанні традиційних котлів, що спалюють паливо, завжди утворюються різні оксиди CO, СO2, NOх, SO2, PbO2, як наслідок навколо будинку на ґрунті осідають фосфорна, азотиста, сірчана кислоти та бензойні сполуки. Під час роботи теплового насоса нічого не викидається. А холодоагенти, що використовуються в системі, абсолютно безпечні.
• Сюди можна відзначити збереження непоправних природних ресурсів планети.
• Безпека для людини та майна. У тепловому насосі нічого не нагрівається до такої температури, щоб викликати перегрівання або вибух. До того ж, у ньому просто нема чого вибухати. Тому його можна віднести до повністю пожежобезпечних агрегатів.
• Теплові насоси успішно працюють навіть за температури навколишнього середовища -15 °С. Тож якщо комусь здається, що такою системою можна обігрівати будинок лише у регіонах із теплими зимами до +5 °С, то вони помиляються.
• Реверсивність теплового насосу. Безперечною перевагою є універсальність установки, за допомогою якої можна і опалювати взимку, і охолоджувати влітку. У спекотні дні тепловий насос забирає тепло з приміщення і спрямовує його в ґрунт на зберігання, звідки знову візьме взимку. Зверніть увагу, що реверсну здатність мають не всі теплові насоси, а лише деякі моделі.
• Довговічність. При належному догляді теплові насоси системи опалення живуть від 25 до 50 років без капітального ремонту, і лише раз на 15 - 20 років потрібно замінити компресор.

Недоліки систем опалення з тепловим насосом:

• Великі початкові капіталовкладення.Крім того, що на теплові насоси для опалення ціни досить високі (від 3000 до 10000 у.о.), ще додатково на облаштування геотермальної системи потрібно витратити не менше, ніж на сам насос. Винятком є ​​повітряний тепловий насос, що не потребує додаткових робіт. Окупиться тепловий насос не скоро (років через 5 – 10). Тож відповідь на запитання, чи використовувати або не використовувати тепловий насос для опалення, скоріше залежить від переваг господаря, його фінансових можливостей та умов будівництва. Наприклад, у регіоні, де підведення газової магістралі та підключення до неї коштує стільки ж, скільки і тепловий насос, має сенс віддати перевагу останньому.

• У регіонах, де температура взимку опускається нижче -15 °С, необхідно використовувати додаткове джерело тепла. Це називається бівалентна система опалення, В якій тепловий насос забезпечує тепло, поки на вулиці до -20 ° С, а коли він не справляється, підключається наприклад, електрообігрівач або газовий котел, або теплогенератор.

• Найбільш доцільно використовувати тепловий насос у системах із низькотемпературним теплоносієм, таких як система «тепла підлога»(+35 °С) та фанкойли(+35 - +45 ° С). Фанкойлиє вентиляторним конвектором, в якому відбувається передача тепла/холоду від води повітрю. Для облаштування такої системи в старому будинку знадобиться повне перепланування та перебудова, що спричинить додаткові витрати. Під час будівництва нового будинку це не є недоліком.
• Екологічність теплових насосів, що беруть тепло з води та ґрунту, дещо відносна.Справа в тому, що в процесі роботи простір навколо труб з теплоносієм охолоджується, а це порушує екосистему, що устала. Адже навіть у глибині ґрунту живуть анаеробні мікроорганізми, що забезпечують життєдіяльність складніших систем. З іншого боку - порівняно з видобутком газу чи нафти збитки від теплового насоса мінімальні.

Джерела тепла для роботи теплового насосу

Теплові насоси беруть тепло з природних джерел, які накопичують сонячну радіацію протягом теплого періоду. Залежно від джерела тепла різняться і теплові насоси.

Грунт

Ґрунт – найстабільніше джерело тепла, яке накопичується за сезон. На глибині 5 - 7 м температура ґрунту практично завжди постійна і дорівнює приблизно +5 - +8 °С, а на глибині 10 м - завжди постійна +10 °С. Способів збирання тепла з ґрунту два.

Горизонтальний ґрунтовий колекторявляє собою покладену горизонтально трубу, якою циркулює теплоносій. Глибина розташування горизонтального колектора обчислюється індивідуально залежно від умов, іноді це 1,5 - 1,7 м - глибина промерзання ґрунту, іноді нижче - 2 - 3 м для забезпечення більшої стабільності температури та меншої різниці, а іноді всього 1 - 1,2 м - тут ґрунт починає швидше прогріватися навесні. Трапляються випадки, коли облаштують двошаровий горизонтальний колектор.

Труби горизонтального колектора можуть мати різний діаметр 25 мм, 32 мм та 40 мм. Форма їхньої розкладки теж може бути різною - змійка, петля, зигзаг, різні спіралі. Відстань між трубами у змійці має бути не менше 0,6 м, і зазвичай становить 0,8 – 1 м.

Питоме теплозніманняз кожного погонного метра труби залежить від структури ґрунту:

• Пісок сухий – 10 Вт/м;
• Глина суха – 20 Вт/м;
• Глина більш волога – 25 Вт/м;
• Глина з великим вмістом води - 35 Вт/м.

Для опалення будинку площею 100 м2 за умови, що ґрунт являє собою вологу глину, знадобиться 400 м2 площі ділянки під колектор. Це досить багато – 4 – 5 соток. А з урахуванням того, що на даній ділянці не повинно бути жодних будівель і допускається тільки газон та клумби з однорічними квітами, то не кожен може дозволити собі облаштувати горизонтальний колектор.

Трубами колектора тече спеціальна рідина, її ще називають «розсіл»або антифризнаприклад, 30% розчин етиленгліколю або пропіленгліколю. «Розсіл» збирає на себе тепло ґрунту і прямує до теплового насоса, де передає його холодоагенту. Остиглий «розсіл» знову тече в ґрунтовий колектор.

Вертикальний ґрунтовий зондЦе система труб, заглиблених на 50 - 150 м. Це може бути всього одна U-подібна труба, опущена на велику глибину 80 - 100 м і залита бетонним розчином. А можливо система U-подібних труб, опущених на 20 м, щоб зібрати енергію з більшої площі. Виконання бурильних робіт на глибину 100 - 150 м не тільки дорого коштує, а й вимагає отримання спеціального дозволу, тому часто йдуть на хитрість і облаштують кілька зондів невеликої глибини. Відстань між такими зондами роблять 5-7 м.

Питоме теплозніманняз вертикального колектора також залежить від породи:

• Осадові породи сухі – 20 Вт/м;
• Осадові породи, насичені водою, та кам'янистий ґрунт – 50 Вт/м;
• Кам'янистий ґрунт із високим коефіцієнтом теплопровідності - 70 Вт/м;
• Підземні (грнутові) води – 80 Вт/м.

Площа під вертикальний колектор потрібна дуже невелика, але ціна їх облаштування вище, ніж у горизонтального колектора. Перевагою вертикального колектора є більш стабільна температура і більший теплознімання.

Вода

Використовувати воду як джерело тепла можна по-різному.

Колектор на дні відкритого незамерзаючого водоймища- річки, озера, моря - є труби з «розсолом», притоплені за допомогою вантажу. За рахунок високої температури теплоносія цей спосіб виходить найвигіднішим та економічним. Облаштувати водний колектор можуть тільки ті, від кого водоймище знаходиться не далі 50 м, інакше втрачається ефективність установки. Як Ви знаєте, такі умови є не у всіх. Але не використовувати теплові насоси мешканцям узбережжя просто недалекоглядно та безглуздо.

Колектор у каналізаційних стокахабо скидання після технічних установок можна використовувати для опалення будинків і навіть багатоповерхівок і промислових підприємств у межах міста, а також для приготування гарячої води. Що з успіхом робиться у деяких містах нашої Батьківщини.

Свердловину або ґрунтову водувикористовують рідше, ніж інші колектори. Така система має на увазі будівництво двох свердловин, з однієї забирається вода, яка передає своє тепло холодоагенту в тепловому насосі, а в другу скидається охолоджена вода. Замість свердловини може бути фільтраційний колодязь. У будь-якому випадку скидна свердловина повинна знаходитись на відстані 15 - 20 м від першої, та ще й нижче за течією (підземні води теж мають свою течію). Дана система досить складна в експлуатації, так як за якістю води необхідно стежити - фільтрувати її, і захищати деталі теплового насоса (випарник) від корозії та забруднення.

Повітря

Найпростішу конструкцію має система опалення з повітряним тепловим насосом. Жодного додаткового колектора не потрібно. Повітря з довкілля безпосередньо надходить до випарника, де передає своє тепло холодоагенту, а той у свою чергу передає тепло теплоносія всередині будинку. Це може бути повітря для фанкойлів або вода для теплої підлоги та радіатора.

Витрати на установку повітряного теплового насоса найменші, проте продуктивність установки дуже залежить від температури повітря. У регіонах із теплими зимами (до +5 - 0 °С) це одне з найбільш економічних джерел тепла. А от якщо температура повітря опускається нижче -15 °С продуктивність падає настільки, що не має сенсу використовувати насос, а вигідніше включити звичайний електрообігрівач або котел.

На повітряні теплові насоси для опалення відгуки дуже суперечливі. Все залежить від регіону їхнього використання. Їх вигідно використовувати в регіонах із теплими зимами, наприклад, у Сочі, де навіть не знадобиться дублююче джерело тепла на випадок сильних морозів. Також можна встановлювати повітряні теплові насоси у регіонах, де відносно сухе повітря та температура взимку до -15 °С. А ось у вологому та холодному кліматі такі установки страждають від зледеніння та обмерзання. Бурульки, що налипають на вентиляторі, не дають нормально працювати всій системі.

Опалення тепловим насосом: вартість системи та витрати на експлуатацію

Потужність теплового насоса підбирається в залежності від тих функцій, які на нього буде покладено. Якщо тільки опалення, то розрахунки можна зробити у спеціальному калькуляторі, що враховує теплові втрати будівлі. До речі, найкращі показники роботи теплового насоса за теплових втрат будівлі не більше 80 - 100 Вт/м2. Для простоти приймемо, що для опалення будинку в 100 м2 зі стелями заввишки 3 м і втратами 60 Вт/м2 необхідний насос потужністю 10 кВт. Для підігріву води доведеться взяти агрегат із запасом за потужністю – 12 або 16 кВт.

Вартість теплового насосузалежить не тільки від потужності, а й від надійності та запитів виробника. Наприклад, агрегат потужністю 16 кВт російського виробництва обійдеться в 7000 у.о., а іноземний насос RFM 17 потужністю 17 кВт коштує близько 13200 у.о. з усім супутнім обладнанням, окрім колектора.

Наступним рядком витрат буде облаштування колектора. Вона також залежить від потужності установки. Наприклад, для будинку 100 м2, в якому скрізь встановлені теплі підлоги (100 м2) або радіатори опалення 80 м2, а також для підігріву води до +40 ° С об'ємом 150 л/год потрібно буде виконати буріння свердловин під колектори. Такий вертикальний колектор коштуватиме 13000 у.о.

Колектор на дні водоймища обійдеться трохи дешевше. За таких самих умов він коштуватиме 11000 у.о. Але краще вартість монтажу геотермальної системи уточнювати в компаніях, що спеціалізуються, вона може дуже сильно відрізнятися. Наприклад, облаштування горизонтального колектора для насоса потужність 17 кВт обійдеться лише 2500 у.о. А для повітряного теплового насоса колектор не потрібний зовсім.

Отже, вартість теплового насоса 8000 у.о. в середньому облаштування колектора 6000 у.о. в середньому.

У щомісячну вартість опалення тепловим насосом входять лише витрати на електроенергію. Розрахувати їх можна так - на насосі повинна бути вказана потужність, що споживається. Наприклад, для вищезгаданого насоса потужністю 17 кВт споживана потужність становить 5,5 кВт/година. Усього опалювальна система працює 225 днів на рік, тобто. 5400 годин. З урахуванням того, що тепловий насос та компресор у ньому працюють циклічно, то витрата електроенергії необхідно зменшити вдвічі. За опалювальний сезон буде витрачено 5400*5,5 кВт/год/2=14850 кВт.

Помножуємо кількість витрачених кВт на вартість енергоносія у Вашому регіоні. Наприклад, 0,05 у.о. за 1 кВт/год. Разом за рік буде витрачено 742,5 у.о. За кожен місяць, у якому працював тепловий насос на опалення, припадає по 100 у. Витрат на електроенергію. Якщо ж поділити витрати на 12 місяців, то на місяць вийде 60 грн.

Зверніть увагу, що чим менша споживана потужність теплового насоса, тим менші щомісячні витрати. Наприклад, є насоси 17 кВт, які за рік споживають лише 10000 кВт (витрати 500 у.о.). Також важливо, що продуктивність теплового насоса тим більша, чим менше різниця температур між джерелом тепла та теплоносієм у системі опалення. Саме тому кажуть, що вигідніше встановлювати теплу підлогу та фанкойли. Хоча стандартні радіатори опалення з високотемпературним теплоносієм (+65 - +95 ° С) також можна встановлювати, але з додатковим акумулятором тепла, наприклад, бойлером непрямого нагріву. Для донагрівання води у ГВП також використовується бойлер.

Теплові насоси вигідні при використанні у бівалентних системах. На додаток до насоса можна встановити сонячний колектор, який зможе повністю забезпечувати насос електроенергією влітку, коли той працюватиме на охолодження. Для зимового підстрахування можна додати теплогенератор, який догріватиме воду для ГВП та високотемпературних радіаторів.