Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования
Успешное использование тепловых насосов в быту и промышленности в Европе и США длится уже более 25 лет. Технология заключается в преобразовании низкопотенциального тепла окружающей среды, такой как земля, вода и воздух. В России эта экологически чистая технология начала применяться сравнительно недавно.
В СССР существовали экспериментальные поселки, отапливаемые с помощью тепловых насосов. То, что было смелым экспериментом в прошлом веке, сегодня - уже практика.
Устройство и работа бытового теплонасоса
Одним из альтернативных источников энергии являются тепловые насосы, которые позволяют перемещать тепло от менее нагретого тела к теплому и тем самым повышать его температуру. Тепловые насосы являются экологически чистым способом получения дешевого тепла без вреда для окружающей среды.
Принцип работы бытового теплонасоса заключается в том, что тела с температурой выше абсолютного нуля обладают запасом тепловой энергии, который пропорционален массе и удельной теплоемкости. При рассмотрении каких-либо тел, например, морей, океанов, подземных вод, которые обладают огромной массой, можно понять, что их запасы тепловой энергии можно использовать для отопления домов без вреда для экологии мира. Охладив теплоноситель, его тепловую энергию можно получить по формуле Q = C*M*(T2 − T1), где Q является полученным теплом, С — теплоемкость, M – масса, T1 и T2 – соответственно начальная и конечная температуры охлаждаемого тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 °C, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 °C.
Современные тепловые насосы могут быть разных типов в зависимости от целевой задачи. В целом определить тип теплового насоса можно по нескольким основным характеристикам. Первое, что следует учитывать при выборе теплового насоса, это способ передачи энергии. Тепловые насосы бывают компрессионными и абсорбционными. Компрессионные тепловые насосы используют цикл сжимания-расширения теплоносителя для переноса энергии и являются основными элементами установки таких систем, как компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Они просты в использовании, очень эффективны и наиболее распространены. Абсорбционные насосы, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон, являются новым поколением тепловых насосов. Они обеспечивают более высокую эффективность и экономичность в использовании, чем компрессионные насосы. Второй фактор выбора теплового насоса – это источник тепла. Типичные варианты включают геотермальные тепловые насосы, воздушные тепловые насосы и те, которые используют вторичный источник тепла, такие как воздух, вода или канализационные стоки. Третьим фактором является тип теплоносителя входного и выходного контура. Есть несколько основных вариантов тепловых насосов, которые работают с различными источниками тепла. Например, тепловые насосы «воздух-воздух» используют тепло более холодного воздуха для отапливаемых помещений, тогда как тепловые насосы «вода-вода» используют тепло грунтовых вод, используемых для отопления и горячего водоснабжения. Тепловые насосы «грунт-вода» используют трубы, которые прокладываются под землей, и по которым циркулирует вода, забирающая тепло из грунта. Тепловые насосы, которые используют тепло, выделяемое при формировании льда, называются тепловыми насосами «лед-вода», и они могут использоваться для теплового энергопотребления в системах отопления и горячего водоснабжения. В целом, выбор теплового насоса зависит от нескольких факторов, таких как требуемый вид передачи энергии, источник тепла и тип теплоносителя входного и выходного контура.Переписанный текст:
Рассчитываем эффективность тепловых насосов для отопления
Эффективность теплового насоса можно определить через соотношение тепловой энергии, выдаваемой им, к электроэнергии, которую он потребляет. Это отношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может изменяться в зависимости от температурных различий между входным и выходным контурами. Чем ниже температура на улице, тем менее эффективно будет работать система. У различных типов тепловых насосов коэффициент может варьироваться в пределах от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса также необходим параметр годовой эффективности.
Расчет эффективности конкретного теплового насоса достаточно сложен и зависит от множества факторов. На практике нет обобщенной формулы, которая бы работала всегда. Поэтому для каждого конкретного случая требуется обращение к опытному персоналу, который учитывая условия и требования задачи, подберет оптимальный тип теплового насоса и объем хладагента.
За последние годы тепловые насосы стали все более популярными как на производстве, так и в быту. Главной причиной этого стало их экономическое преимущество перед другими системами отопления, так как их стоимость значительно ниже. Также тепловые насосы имеют низкий уровень шума, что делает их привлекательными для использования в частных домах.
Кроме того, системы на основе тепловых насосов просты в использовании, не требуют обслуживания и имеют более низкие требования к вентиляции помещений, что повышает безопасность пожара. Еще одно преимущество заключается в том, что системы на основе тепловых насосов могут работать и как системы отопления, и как системы кондиционирования воздуха в летний период.
Согласно Европейской ассоциации тепловых насосов, рынок этого оборудования растет быстрыми темпами в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценкам Мирового энергетического комитета, в ближайшие пять лет, доля систем отопления и горячего водоснабжения, работающих на тепловых насосах, увеличится в развитых странах не менее чем на 75%.
Однако у тепловых насосов есть свой недостаток - они не могут обеспечить высокую температуру нагреваемой воды. Обычно она составляет около 50-60 градусов Цельсия. Но несмотря на это, проекты на основе тепловых насосов все больше возникают в разных уголках мира, например, уже в 2002 году в Москве была сдана в эксплуатацию система горячего водоснабжения на основе тепловых насосов.
Традиционно, для отопления частных домов и коттеджей выбирают газовое отопление, но использование тепловых насосов зачастую является более выгодным и удобным вариантом. Установка газового котла требует специальных строительных работ, таких как установка дымохода и вентиляции, а также документов на разрешение, в то время как тепловые насосы эти проблемы устраняют и значительно экономят затраты. Если вам необходим газ в доме, расположенном в Подмосковье, то это обойдется вам в сумму около $20 000, если дом расположен на расстоянии менее, чем в 1 км от газопровода. В противном случае стоимость может увеличиться в несколько раз. Кроме этого, вам придется учитывать скорость работы газовиков. Установка теплового насоса “под ключ” обойдется вам в сумму от $15 000, а все работы займут 2-3 недели. Поэтому можно сделать однозначный вывод, что использование тепловых насосов - это экономически выгодное, экологически чистое, удобное и эффективное решение для отопления и горячего водоснабжения частных домов.
Фото: freepik.com