Все о тепловых насосах

Проблема снижения затрат на отопление, горячее водоснабжение и обогрев бассейнов сегодня достаточно актуальна. Использование традиционных источников энергии требует существенных финансовых затрат. Рост цен на энергоносители и высокие расходы на их доставку заставляют задумываться об экономии. Кроме того, основными недостатками традиционных источников теплоснабжения являются низкая энергетическая и экономическая эффективность. Простое и экономичное решение данной проблемы - Тепловой насос.

К настоящему времени масштабы внедрения геотермальныхp тепловых насосов в мире ошеломляют. В США ежегодно производится около 1 млн. геотермальных тепловых насосов, в Японии около 3 млн. По приблизительным оценкам в мире установлено 90 млн. тепловых насосов. В США, Канаде, странах ЕС, Японии введены строительные нормы, предусматривающие обязательное использование тепловых насосов при строительстве новых жилых, общественных и производственных зданий. В Швеции 70% всего отопления обеспечивают геотермальные тепловые насосы. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими, как источник тепла Балтийское море с температурой + 8°С. В Германии предусмотрена дотация государства на установку тепловых насосов за каждый кВт установленной мощности. По прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году в Мире доля геотермальных тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%.

Геотермальный тепловой насос (GHP система) на сегодняшний день является наиболее эффективной энергосберегающей системой отопления и кондиционирования. Геотермальные тепловые насосы получили широкое распространение в США, Канаде и странах Европейского Сообщества. GHP системы устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах с сохранением или незначительной модификацией прежней отопительной системы.

Что такое тепловой насос ?

Тепловой насос - это компактная отопительная установка, предназначенная для автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии, например, электрических, газовых и дизельных генераторов тепла заключается в том, что при производстве тепла до 80% энергии извлекается из окружающей среды. Тепловой насос «выкачивает» солнечную энергию, накопленную за теплое время года, из грунта, скальной породы или озера и даже воздуха.

Принцып работы теплового насоса

Принцип работы теплового насоса отображен в цикле Карно, опубликованном еще в 1824 году в его диссертации, и изучается в школьном курсе физики. Практическую теплонасосную систему предложил лорд Кельвин в 1852 г. под названием "умножитель тепла". Принципиальная схема отображена на рисунке

Тепловой насос имеет четыре основных элемента: конденсатор, дроссель, испаритель и компрессор, кроме того, он имеет два гидравлических контура. В испарителе хладагент нагревается до температуры 6-8°С, отобранной из окружающей среды (земли, воды или воздуха), закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором, и при росте давления температура хладагента поднимается до 35-65°С. Эта температура отдается через теплообменник конденсатору рабочей жидкости отопительного контура, и хладагент обратно конденсируется. Дроссель сбрасывает давление в конденсаторе, пропуская хладагент в испаритель. Цикл замыкается.

Принцип отопления геотермальным тепловым насосом основан на сборе тепла из природы, окружающей здание, и выбросе собранного тепла в систему отопления здания. Тепловой насос еще называют "холодильником наоборот", поскольку принцип действия его аналогичен принципу действия холодильника. Но холодильник забирает из окружающей среды и аккумулирует холод, а тепловой насос - тепло. В случае, когда здание нужно охлаждать (кондиционировать), то происходит обратный процесс - тепло забирается из здания и сбрасывается в землю (водоем).

Таким образом одно оборудование может выполнить все функции по тепло-холодоснабжению здания - отапливать и кондиционировать здание, греть воду для горячего бытового водоснабжения и бассейнов, охлаждать ледовый каток или подогревать крыши и дорожки от льда и.т.п.

Источники энергии

Источником энергии может быть грунт, скальная порода, озеро, вообще любой источник тепла с температурой - 1 градус Цельсия и выше, доступный в зимнее время. Это может быть река, море, выход теплого воздуха из системы вентиляции или какого-либо промышленного оборудования.

Внешний контур теплового насоса, собирающий тепло окружающей среды, представляет собой полиэтиленовый трубопровод, уложенный в землю или в воду. Теплоноситель – 30% раствор этиленгликоля (либо этилового спирта).

Грунт

Пожалуй, наиболее универсальный источник рассеянного тепла. Он хорошо аккумулирует солнечную энергию и круглый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда "под ногами" и способен отдавать тепло вне зависимости от погоды. Ведь на глубине температура практически постоянна в течение всего года, это обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким коэффициентом мощности. При использовании в качестве источника тепла грунта, внешний контур, собирающий тепло окружающей среды, опускается в скважину на 50-150м (вертикальный коллектор) или закапывают на глубину 1,2-2,0м (горизонтальный коллектор).

Вода из водоемов

Также как и грунт хорошо аккумулирует солнечную энергию. Источником тепла может быть как грунтовые (подземные) воды так и открытые водоемы (озеро, река, море). Для использования грунтовых вод необходимо построить водоотборную и сбросную скважину, а также получить разрешение соответствующих ведомств.

При использовании в качестве источника тепла воды ближайшего озера, реки контур укладывается на дно. Этот вариант является идеальным с любой точки зрения – короткий внешний контур, «высокая» температура окружающей среды (температура воды в водоеме зимой всегда положительная), высокий коэффициент преобразования энергии тепловым насосом. Плюсом такого способа является его относительная дешевизна.

Воздух

Окружающий (атмосферный) воздух особенно легко использовать в качестве источника тепла, поскольку он имеется везде и в неограниченном количестве. Тепловые насосы позволяющие получать тепло из воздуха в настоящее время могут эксплуатироваться почти круглый год. Однако при низких температурах коэффициент мощности резко уменьшается, поэтому такие насосы рекомендуется использовать в бивалентных схемах отопления.
По сравнению с другими видами тепловых насосов воздушные тепловые насосы требуют наименьших капиталовложений.

Для получения тепла из теплого воздуха, например, из вытяжки системы вентиляции, устанавливается специальная модель теплового насоса с воздушным теплообменником. Тепло из воздуха для системы отопления и горячего водоснабжения также можно собирать на производственных предприятиях, например, на хлебопекарнях, предприятиях по производству керамики и т.п. предприятиях с большим количеством вырабатываемого теплого воздуха.

Преимущества системы отопления на тепловом насосе

1. Автономность - поскольку работа теплового насоса не зависит от поставок органического топлива и не нужно прокладывать тепло-газо коммуникации.
2. Экономичность - тепловой насос использует введенную в него энергию на порядок эффективнее любых котлов, сжигающих топливо и использующих электрическую энергию. Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД системы (от 300% до 700%) и позволяет получить на 1 кВт затраченной энергии 3-7 кВт тепловой энергии или 15-25 кВт мощности по охлаждению.
3. Универсальность - в одном комплекте оборудования потребитель получает одновременно систему отопления, охлаждения и нагрева воды.
4. Надежность - тепловой насос надежен, его работой управляет автоматика. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют особых навыков и описаны в инструкции.
5. Долговечность - срок службы тепловых насосов несравнимо больше, чем у классических систем отопления, они могут прослужить без особого внимания к себе от 25 до 50 лет, и даже после этого срока сохраняют свою работоспособность.
6. Безопасность - эти агрегаты взрыво и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Взрываться здесь просто нечему, нельзя также угореть или отравиться. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей. В сущности тепловой насос опасен не более чем холодильник.
7. Комфорт - тепловой насос работает устойчиво, колебания температуры и влажности в помещении минимальны, отсутствует шум, применяется климатический контроль.
8. Экологичность - экологически чистый метод отопления и кондиционирования. Во время работы отсутствуют вредные выбросы в окружающую среду CO, СO2, NOх, SO2, PbO2, приводящие к нарушению озонового слоя, кислотным дождям, не оказывает вредного воздействия на ваш организм
9. Не требует никаких согласований: при монтаже тепловых насосов не нужно никаких согласований, нет бумажной волокиты.

Окупаемость

Система отопления на основе теплового насоса - единственная система которая окупается!
Практика показывает, что тепловой насос окупается в течение трех-пяти отопительных сезонов. За это время можно затратить на сжигаемое топливо столько денег, сколько стоил этот насос, но он и дальше будет исправно давать почти бесплатное тепло еще лет 50. Следует отметить, что в будующем период окупаемости будет только уменьшаться, поскольку цены на газ будут постоянно расти опережающими темпами по сравнению с ценами на электроэнергию. Это объясняется тем, что природный газ является наиболее дорогим энергоносителем, ресурсы которого ограничены и близки к истощению.