Тепловые насосы
обновлено: 2021-12-15

Тепловой насос – это устройство, позволяющее использовать тепло, рассеянное в окружающей среде, для обогрева зданий. Источником тепла могут служить воздух, открытые водоемы, грунт и земные недра – достаточно, чтобы температура была выше +1°С. Теплонасос позволяет собрать в природе эти крохи бесхозной тепловой энергии, повысить ее потенциал до уровня, достаточного для нужд отопления, и передать в систему теплоснабжения здания. Пользователь, затратив на приведение установки в действие всего 1 кВт электричества, получает 5-6 кВт тепловой энергии. Помимо этого тепловой насос служит источником горячей воды и может заменить собой систему кондиционирования, охлаждая здание летом, а также обеспечить подогрев и осушение воздуха в системе принудительной вентиляции.Правда, уровень первоначальных капиталовложений в установку достаточно высок, но взамен владелец дома получает компактную, надежную и безопасную в эксплуатации, а также безупречную с экологической точки зрения систему отопления с длительным сроком службы (20-25 лет до капитального ремонта).


Дополнительными аргументы в пользу теплового насоса служат отсутствие необходимости в согласованиях при подключении оборудования и особых требований к его размещению в доме (теплонасос по габаритам не больше стиральной машины).

Тепловые насосы – не новинка сезона и не писк моды. Идея теплового насоса сформулирована и реализована в лабораторных условиях более 150 лет назад. Практическое применение теплонасосных установок началось в 30-х годах прошлого века. Около 30 лет назад в связи с разразившимся энергетическим кризисом появились первые бытовые модели, с тех пор успешно применяющиеся в развитых странах и доказавшие свою надежность и долговечность на практике.

Теоретическое обоснование

Принцип действия теплового насоса заключается в том, чтобы создать такие физические условия, при которых рабочая жидкость, циркулирующая в замкнутом контуре, испаряясь, отбирала бы некоторое количество тепла у холодной окружающей среды, а затем, конденсируясь, передавая эту тепловую энергию в систему отопления дома. Процесс обеспечивается с помощью компрессора, конденсатора, испарителя, дросселей, трубопроводов – аналогично тому, как это происходит в холодильнике и кондиционере.

Теоретически источниками низкопотенциального тепла могут быть грунтовые воды (температура более 10°С), озерная и речная вода (0-10°С), поверхностный (0-10°С) и глубинный грунт (10°С), а также наружный воздух, даже если его температура ниже нуля. В условиях нашей страны, чтобы работа тепло-насосной установки была эффективной, в качестве источника тепла целесообразнее использовать грунт и открытые водоемы, поскольку их температура в течение всего года стабильна. Применение воздушных тепловых насосов в Украине оправдано только в Крыму.

Схематично тепловой насос, использующий тепло грунта или водоема, можно представить в виде системы из трех замкнутых контуров: в первом, внешнем, циркулирует теплоотдатчик (теплоноситель, собирающий тепло окружающей среды, – незамерзающая жидкость или антифриз), во втором – хладагент (вещество, которое испаряется, отбирая тепло у теплоот-датчика, и конденсируется, отдавая тепло теплоприемнику,- чаще всего фреон), в третьем – теплопри-емник (вода в системе отопления здания).

В качестве антифриза во внешнем контуре используется раствор гликоля или так называемый «рассол» (растворы солей с низкой температурой замерзания).

Правда, существуют также тепловые насосы прямого геобмена – в этом случае в землю укладывается контур с циркулирующим фреоном: теплообмен происходит непосредственно через поверхность тонких медных трубочек.
Экономичность работы теплового насоса оценивают по коэффициенту преобразования тепла, который отражает отношение получаемой тепловой мощности к потребляемой электрической. Эта величина зависит от разности уровня температур на входе в систему (в испарителе) и на выходе (в конденсаторе): чем больше разность, тем меньше коэффициент преобразования, а значит, и эффективность. Поэтому в системах отопления на базе теплового насоса в качестве отопительного прибора целесообразнее всего использовать водяной теплый пол, температура воды в котором ограничена 35°С. Находят применение и смешанные решения (теплый пол плюс радиаторы).

Первичный контур

Поскольку получить в личное распоряжение часть акватории открытого водоема для укладки на его дно первичного контура с теплоносителем довольно проблематично, наиболее предпочтительным источником тепла оказывается грунт. Возможны два варианта получения низкопотенциального тепла из грунта: либо с помощью горизонтально коллектора в виде уложенных в траншеи пластиковых труб, либо с помощью вертикального геотермального зонда из скважины глубиной 20-300 м.

Преимущество горизонтального коллектора – относительно невысокие затраты на его организацию. Однако для этого необходим свободный земельный участок.

Суммарная длина труб горизонтального коллектора и общая площадь участка под него рассчитываются по формулам в зависимости от требуемой мощности теплонасоса, удельного теплосъема (количества тепла, снимаемого с каждого метра трубы коллектора) и рекомендуемого расстояния между трубами (шага укладки), которое должно быть таким, чтобы грунт не промерзал. Для дома площадью 100 м2 длина коллектора составит 300-400 м.

Теплосъем с горизонтального коллектора зависит от глубины его укладки, качества грунта, наличия грунтовых вод и некоторых других параметров. В предварительных расчетах принимают величину 20 Вт/м, а конкретно по грунтам показатели таковы: сухой песок – 10 Вт/м, сухая глина – 20 Вт/м, влажная глина – 25 Вт/м, глина с большим содержанием воды – 35 Вт/м.

Вертикальный геотермальный зонд размещается в специально пробуренной скважине, в которую погружаются U-образные металло-пластиковые или пластиковые трубы. Как правило, в одну скважину вставляется две петли, после чего она заливается бентонитовым раствором. Расстояние между скважинами должно быть больше 5 м.

Глубина скважины определяется расчетом. Вместо одной большой скважины, для которой может потребоваться разрешение природоохранных организаций, бурят несколько неглубоких. В целом вертикальный зонд обходится гораздо дороже, чем горизонтальный коллектор, но если участок небольшой, альтернативы бурению нет.

Для предварительных расчетов удельный теплосъем в среднем принимают равным 50 Вт/м, но конкретные показатели по виду грунтов выглядят так

  • сухие осадочные породы – 20 Вт/м;
  • каменистая почва и насыщенные водой осадочные породы – 50 Вт/м;
  • каменные породы с высокой теплопроводностью – 70 Вт/м;
  • подземные воды – 80 Вт/м.
  • Подбор диаметров труб проводится исходя из потерь давления для требуемого расхода теплоносителя.
За информацией о геологии необходимо обращаться к специализированным компаниям, занимающимся бурением.

В целом тепловые насосы типа «грунт-вода» способны полностью удовлетворять потребности индивидуального дома в тепле. Режим эксплуатации теплонасосной установки без дополнительного источника тепла называется моновалентным. Но, как правило, тепловой насос бытовой мощности оснащается встроенным резервным электрическим нагревателем. Он может работать как вместо теплового насоса, так и параллельно с ним, например, покрывая нехватку тепла в наиболее холодные дни года. Такой режим называется бивалентным.

Работа теплового насоса в бивалентном режиме, предусматривающая включение дополнительного теплогенератора в периоды, когда температура воздуха опускается ниже определенной (-5°С – в южных регионах, – 10°С – в центральных), является наиболее целесообразной. Это позволяет снизить стоимость теплового насоса и работ по монтажу первичного контура (прокладка траншей, бурение скважин и т.п.), которая сильно увеличивается при возрастании мощности установки.

Исходные данные

Чтобы инсталлировать в доме систему отопления на основе теплового насоса, необходимо обратиться в организацию, имеющую опыт разработки проектов, установки и наладки такого оборудования и соответствующие лицензии. Разумеется, стоит говорить только о продукции авторитетных западных производителей, доказавших качество своего оборудования годами успешной эксплуатации.

Для подбора теплонасосного оборудования для конкретного здания его владелец должен предоставить специалистам фирмы такую информацию:

  • генплан участка с указанием на территории строений и деревьев;
  • поэтажный план здания с указанием высоты и площади отапливаемых помещений;
  • данные о материалах стен и крыши здания с указанием толщины слоев в конструкции;
  • данные об окнах (количество оконных проемов и их размеры, материал рам, количество воздушных камер и качество стекол в стеклопакетах);
  • имеющаяся электрическая мощность в кВт;
  • планируемое отопление (радиаторное, теплый пол, смешанное).
На основании предоставленной клиентом информации оцениваются теплопотери здания и подбирается оборудование необходимой мощности. Отдельно рассматривается возможность использования теплового насоса для подготовки горячей воды и кондиционирования воздуха в летний период. Естественно, это влечет за собой установку дополнительного оборудования, а, следовательно, усложнение системы и увеличение ее сметной стоимости. Часто подбор оборудования в необходимой комплектации выполняют специалисты компании-производителя. Так взаимодействует с украинскими партнерами швейцарская компания RIEDO CLIMA AG (генеральный дистрибьютор – фирма «ПЛАСТ»). Она предоставляет технико-экономическое обоснование проекта и рассчитывает ориентировочную стоимость теплонасосного оборудования для конкретного объекта. Выполнение работ по укладке горизонтального коллектора или вертикального зонда производят квалифицированные местные подрядчики.


Комментарии (0)
Подключитесь чтобы коментировать

Инструкции и познавательные статьи

Как выбрать камин для дома

Выбор камина для дома, монтаж и установка камина, обогревающие камины

Какое отопление лучше выбрать

Сравнение существующих отопительных систем, какое отопление лучше сделать в частном доме

Кладка варочной плиты, печи

Варочная плита с отопительным щитком, камин.

Плоские солнечные коллекторы

Устройства и работа плоских солнечных коллекторов, эфективность плоских солнечнных колекторов, окупаемость солнечных колекторов

Укладка электрического теплого пола

Схема монтажа электрического теплого пола, укладка теплого пола под ламинат, материалы для теплого пола, инфракрасная пленка

Установка системы вентиляции

Монтаж системы вентиляции, проект, монтаж воздуховодов. Рекуператор, диффузор, подключение системы вентиляции

Утепление стены изнутри

Утепление внутренних стен квартиры, утепление стен изнутри термопанелями, приклеивание пенопласта на клей-пену, монтаж термопанелей

Познавательные статьи

Утепление стены изнутри

Утепление внутренних стен квартиры, утепление стен изнутри термопанелями, приклеивание пенопласта на клей-пену, монтаж термопанелей

Укладка электрического теплого пола

Схема монтажа электрического теплого пола, укладка теплого пола под ламинат, материалы для теплого пола, инфракрасная пленка

Установка системы вентиляции

Монтаж системы вентиляции, проект, монтаж воздуховодов. Рекуператор, диффузор, подключение системы вентиляции

Плоские солнечные коллекторы

Устройства и работа плоских солнечных коллекторов, эфективность плоских солнечнных колекторов, окупаемость солнечных колекторов

Кладка варочной плиты, печи

Варочная плита с отопительным щитком, камин.

Как выбрать камин для дома

Выбор камина для дома, монтаж и установка камина, обогревающие камины

Какое отопление лучше выбрать

Сравнение существующих отопительных систем, какое отопление лучше сделать в частном доме

Статьи краткий обзор

Утепление стены изнутри

Утепление внутренних стен квартиры, утепление стен изнутри термопанелями, приклеивание пенопласта на клей-пену, монтаж термопанелей

Укладка электрического теплого пола

Схема монтажа электрического теплого пола, укладка теплого пола под ламинат, материалы для теплого пола, инфракрасная пленка

Установка системы вентиляции

Монтаж системы вентиляции, проект, монтаж воздуховодов. Рекуператор, диффузор, подключение системы вентиляции

Инфракрасный теплый пол

Инфракрасный обогрев достаточно новый, перспективный вид отопления помещений

Плоские солнечные коллекторы

Устройства и работа плоских солнечных коллекторов, эфективность плоских солнечнных колекторов, окупаемость солнечных колекторов

Дымоход по правилам

Трубы дымоходов украшают даже те загородные дома, которые отапливаются с помощью электричества.

Облицовка изразцами.

Свойства, виды и конструкция изразцов для печей или камина.. Технология укладки изразцов.

Кладка варочной плиты, печи

Варочная плита с отопительным щитком, камин.

Каменные радиаторы

Новаторские технологии отопления: свойство камня равномерно распределять тепло.

Дополнительные потери тепла

Дополнительные потери тепла и способы борьбы с ними

Новые добавления статей

Утепление стены изнутри

Утепление внутренних стен квартиры, утепление стен изнутри термопанелями, приклеивание пенопласта на клей-пену, монтаж термопанелей

Укладка электрического теплого пола

Схема монтажа электрического теплого пола, укладка теплого пола под ламинат, материалы для теплого пола, инфракрасная пленка

Установка системы вентиляции

Монтаж системы вентиляции, проект, монтаж воздуховодов. Рекуператор, диффузор, подключение системы вентиляции

Инфракрасный теплый пол

Инфракрасный обогрев достаточно новый, перспективный вид отопления помещений

Плоские солнечные коллекторы

Устройства и работа плоских солнечных коллекторов, эфективность плоских солнечнных колекторов, окупаемость солнечных колекторов

Дымоход по правилам

Трубы дымоходов украшают даже те загородные дома, которые отапливаются с помощью электричества.

Облицовка изразцами.

Свойства, виды и конструкция изразцов для печей или камина.. Технология укладки изразцов.

Кладка варочной плиты, печи

Варочная плита с отопительным щитком, камин.

Каменные радиаторы

Новаторские технологии отопления: свойство камня равномерно распределять тепло.

Дополнительные потери тепла

Дополнительные потери тепла и способы борьбы с ними