Использование тепловых насосов для отопления и подогрева воды

Использование тепловых насосов для отопления и подогрева воды

Традиционные системы обогрева и подготовки горячей воды отличаются высоким потреблением энергии. В наибольшей степени это относится к электрическому оборудованию – оно работает за счет дорогостоящей электроэнергии и приводит к гигантским расходам. Не так давно начали набирать популярность системы отопления и водоподготовки, работающие на основе тепловых насосов. Они более экономичны, хоть и работают от электросети. Тепловой насос – это устройство, позволяющее как бы сконденсировать тепловую энергию из окружающего пространства и доставить ее с уже более высокой температурой.

В этом обзоре мы рассмотрим:

  • Принцип действия тепловых насосов;
  • Основные разновидности тепловых насосов;
  • Сферу применения тепловых насосов.

После прочтения данного обзора вы поймете, что эта техника позволит реально сэкономить на электроэнергии и наполнить дома теплом.

Достоинства и недостатки тепловых насосов

Принцип работы тепловых насосов, если говорить простым языком, основан на сборе низкопотенциальной тепловой энергии и ее дальнейшей передаче в отопительные и климатические системы, а также в системы подготовки воды, но уже с более высокой температурой. Можно привести простой пример в виде газового баллона – когда он наполняется газом, компрессор нагревается за счет его сжатия. А если выпустить газ из баллона, то баллон охладится – попробуйте резко выпустить газ из многоразовой зажигалки, чтобы понять суть этого явления.

Таким образом, тепловые насосы как бы отбирают тепловую энергию у окружающего пространства – она есть в земле, в воде и даже в воздухе. Даже если воздух имеет отрицательную температуру, в нем по-прежнему присутствует тепло. Также оно имеется в любых водоемах, которые не промерзают до самого дна, а также в глубоких слоях грунта, тоже не поддающихся глубокому промерзанию – если, конечно, это не вечная мерзлота.

Тепловые насосы обладают довольно сложным устройством, в чем можно убедиться, попробовав разобрать холодильник или кондиционеры. Эти привычные нам бытовые агрегаты чем-то похожи на вышеупомянутые насосы, только работают они в обратном направлении – забирают тепло из помещений и отправляют его наружу. Если приложить руку к заднему радиатору холодильника, то мы отметим, что он теплый. И это тепло есть не что иное, как энергия, отобранная у фруктов, овощей, молока, супов, колбасы и прочих продуктов, лежащих в камере.

Аналогичным образом работают кондиционеры и сплит-системы – тепло, выделяемое уличными блоками, представляет собой тепловую энергию, собранную по крупицам в охлаждаемых помещениях.

Принцип действия теплового насоса обратен принципу действия холодильника. Он по тем же крупицам собирает тепло из воздуха, воды или грунта, после чего перенаправляет его к потребителям – это отопительные системы, теплоаккумуляторы, системы теплых полов, а также водонагреватели. Казалось бы, нам ничто не мешает греть теплоноситель или воду обычным ТЭНом – так проще. Но давайте сравним продуктивность тепловых насосов и обычных ТЭНов:

Принцип работы

При выборе теплового насоса самое главное - наличие конкретного природного источника энергии.

  • Обычный ТЭН – на выработку 1 кВт тепла он расходует 1 кВт электроэнергии (без учета погрешностей;
  • Тепловой насос – на выработку 1 кВт тепла он потребляет всего 200 Вт электроэнергии.

Нет, никакого КПД, равного 500%, здесь нет – законы физики непоколебимы. Просто здесь работают законы термодинамики. Насос как бы аккумулирует энергию из пространства, «сгущает» ее и отправляет потребителям. Аналогичным образом мы можем собирать дождевые капли через большую лейку, получая на выходе солидный ручеек воды.

Мы уже привели множество аналогий, позволяющих понять суть тепловых насосов без заумных формул с переменными и константами. Давайте теперь рассмотрим их достоинства:

  • Экономия электроэнергии – если стандартное электрическое отопление домовладения площадью 100 кв. м. приведет к затратам в 20-30 тыс. рублей в месяц (в зависимости от температуры воздуха на улице), то отопительная система с тепловым насосом снизит расходы до приемлемых 3-5 тыс. рублей – согласитесь, это уже довольно солидная экономия. И это без подвохов, без обмана и без маркетинговых уловок;
  • Забота об окружающей среде – угольные, атомные и гидроэлектростанции вредят природе. Поэтому пониженное потребление электроэнергии позволяет снизить количество вредных выбросов;
  • Широкая сфера использования – полученную энергию можно использовать для обогрева жилища и подготовки горячей воды.

Есть и недостатки:

  • Высокая стоимость тепловых насосов – этот недостаток накладывает ограничение на их использование;
  • Необходимость в регулярном обслуживании – за это нужно платить;
  • Трудность в монтаже – в наибольшей степени это относится к тепловым насосам с закрытыми контурами;
  • Отсутствие восприятия людьми – мало кто из нас согласится потратиться на это оборудование, чтобы снизить нагрузку на окружающую среду. Но некоторые люди, живущие вдали от газовых магистралей и вынужденные отапливать жилье альтернативными источниками тепла, согласны потратить деньги на покупку теплового насоса и снизить расходы на ежемесячную оплату электроэнергии;
  • Зависимость от электросети – если поставка электроэнергии прекратится, оборудование сразу же замрет. Ситуацию спасет установка теплоаккумулятора или резервного источника электропитания.

Как видим, некоторые минусы довольно серьезные.

В качестве источников резервного питания для тепловых насосов могут выступать бензиновые и дизельные электрогенераторы.

Принцип работы тепловых насосов

Давайте посмотрим, как работает тепловой насос и как он устроен. Он состоит из трех основных частей:

Грунтовый зонд

Использование грунтового зонда зачастую является самым простым и эффективным решением. Он многофункционален, долговечен и не требует сложного технического обслуживания.

  • Испаритель;
  • Компрессор;
  • Конденсатор.

Все эти узлы объединяются между собой трубками, по которым циркулирует хладагент – он закипает и испаряется при отрицательных температурах, отбирая крупицы энергии у окружающего пространства. Именно этот процесс и протекает в испарителе.

После своего испарения хладагент попадает в конденсатор, где происходит обратный процесс – тепловая энергия передается на дальнейшие нужды, а хладагент остывает и конденсируется. Тем самым тепло переносится из окружающего пространства и выделяется в конденсаторе. Все процессы протекают под большим давлением, создаваемым компрессором.


Именно за счет отбора тепла и получается вожделенная экономия. Электроэнергия в тепловых насосах используется только для работы управляющей электроники и компрессора. Еще часть электричества идет на поддержку циркуляционного насоса в отопительном контуре и на терморегулятор в бойлере. В целом, если сравнивать расходы на традиционное электрическое отопление, а также на подготовку горячей воды в бойлере, затраты будут как минимум на четверть более низкими.

Разновидности тепловых насосов

Тепловые насосы подразделяются на пять видов:

  • Грунт – вода;
  • Вода – вода;
  • Воздух – вода;
  • Вода – воздух;
  • Воздух – воздух.

Рассмотрим их более подробно.

Система Грунт – вода

Грунт – вода

Забор тепловой энергии из грунта – идея отличная, тем более что на глубине от 3-х до 200 метров ее более чем много. Здесь прокладываются специальные трубы, по которым циркулирует вода, либо закладывается вертикальный зонд. Полученное тепло забирается из толщи грунта, после чего попадает в тепловой насос, откуда отправляется к потребителям. Учитывая относительную стабильность температуры на глубине, оборудование порадует большим количеством тепла, передающегося в отопление и на подготовку горячей воды.

Система Вода – вода

Вода – вода

Тепловой насос «вода – вода» представляет собой систему забора тепла из водоемов или подземных скважин. Если забор ведется из скважин, то там температура всегда стабильная, что связывается с отсутствием глубокого промерзания грунта. Что касается забора из озер и рек, то тут необходимо принимать во внимание температуру незамерзающего слоя – от нее зависит эффективность работы теплового насоса. Полученная энергия отправляется в батареи, теплые полы или в контур ГВС.

Воздух – вода

Воздух – вода

Забор тепловой энергии насосом из окружающего воздуха нельзя назвать самым оптимальным вариантом обогрева жилья. Все дело в том, что температура воздушных масс не отличается особой стабильностью – здесь наблюдаются суточные и сезонные колебания. В наиболее холодное время года их эффективность может равняться полному нулю, поэтому совместно с насосами нужно будет использовать какое-то дополнительное отопительное оборудование.

Система Вода – воздух

Вода – воздух

Тепловые насосы данной конструкции похожи на современные сплит-системы, которые могут работать не только на охлаждение воздушных масс, но и на их нагрев. Они применяются там, где необходимо установить систему воздушного отопления. Забор тепла здесь ведется из воды – скважин, рек или озер. Оборудование отличается высокой эффективностью, но требует положительной температуры воды.

Система Воздух – воздух

Воздух – воздух

Фактически перед нами кондиционер «наоборот». Он забирает тепло снаружи и отправляет его в помещения. Кстати, так умеет работать любая сплит-система, в которой предусмотрен реверс хладагента с помощью четырехходового клапана. Представленные тепловые насосы отличаются эффективностью только при положительной температуре, в отрицательном сегменте их энергоэффективность быстро падает почти до нуля.

Наибольшей популярностью пользуются тепловые насосы, забирающие тепло из толщи грунта или из воды – они отличаются эффективной и стабильной работой.

Открытые и закрытые контуры

Также тепловые насосы подразделяются еще на две категории – открытого и закрытого цикла. Агрегаты открытого цикла забирают воду из скважин, озер и рек напрямую, отправляют ее в испаритель, где она отдает свою энергию. Охлажденная вода отправляется туда же, откуда была забрана, но сброс осуществляется на некотором удалении, чтобы не снижать эффективность. Такие системы отличаются простотой в монтаже, но меньшей эффективностью. Зато они позволяют обеспечить подачу в дом чистой воды (актуально для скважин).

Что касается тепловых насосов закрытого цикла, то они забирают тепло посредством водяного коллектора-теплообменника – он прокладывается в толще грунта или воды. Здесь вода меняет свою температуру и отправляется в испаритель, где она заставит испаряться хладагент. Такие системы отличаются сложностью в монтаже и дороговизной, но именно они позволяют добиться предельно эффективного преобразования тепла в указанном в начале статьи соотношении – до 80% из окружающей среды.

Сфера применения

Тепловой насос для отопления дома – это главная сфера применения этого оборудования. Полученное тепло отправляется в радиаторы и конвекторы, направляется в системы теплых полов или используется для нагрева воздух так, как это делают сплит-системы. Теплонасос может заниматься этим самостоятельно или выступать в качестве вспомогательного оборудования, позволяя экономить на электроэнергии.

Используя тепловой насос для отопления дома, можно задействовать его и для подготовки горячей воды – чаще всего для этого применяются бойлеры косвенного нагрева, по которым циркулирует нагретый теплоноситель, берущий тепло от конденсатора. Также теплонасосы ставятся в самых современных электрических бойлерах – они пока не получили широкого распространения, но уже приобретаются теми, кто заботится о сохранении окружающей среды и желает сэкономить деньги в своем кошельке.

Видео

Добавьте свой комментарий: