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.
Разновидности тепловых насосов
Компрессионные тепловые насосы
Компрессионные тепловые насосы - наиболее популярный тип тепловых насосов. Они включают в себя компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Цикл сжатия и расширения теплоносителя применяется для выделения тепла. Этот тип тепловых насосов прост в использовании и высокоэффективен.
Абсорбционные тепловые насосы
Абсорбционные тепловые насосы используют пар абсорбента-хладона в качестве рабочего тела и являются новым поколением тепловых насосов. Использование абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.
Геотермальные тепловые насосы
Тепловая энергия берется из грунта или воды.
Воздушные тепловые насосы
Тепло извлекается из атмосферы.
Тепловые насосы, которые используют вторичное тепло
В качестве источника тепла используются воздух, вода или канализационные стоки.
Тепловые насосы «воздух-воздух»
Этот вид тепловых насосов использует тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.
Тепловые насосы «вода-вода»
Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.
Тепловые насосы «вода-воздух»
Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.
Тепловые насосы «воздух-вода»
Атмосферное тепло используется для водяного отопления.
Тепловые насосы «грунт-вода»
Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
Тепловые насосы «лед-вода»
Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.
Расчет эффективности тепловых насосов для отопления
Эффективность теплового насоса является критерием его работы и зависит от соотношения потребляемой электрической энергии и получаемой теплоты. Для обеспечения максимальной эффективности требуется, чтобы тепловой насос выдавал больше тепловой энергии, чем потреблять электрической. В данном случае говорим о коэффициенте преобразования, который может изменяться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Если уличная температура ниже, то система становится менее эффективной.
Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может быть различным. В среднем коэффициенты преобразования колеблются от 1 до 5. Однако для объективной оценки эффективности необходимо учитывать еще один параметр - годовую эффективность.
Тем не менее расчет эффективности конкретного теплового насоса является сложной задачей, которую невозможно решить с помощью обобщенной формулы. Каждый случай требует индивидуального подхода и обращение к экспертам. Специалисты помогут подобрать необходимый тип теплового насоса и объем хладагента в зависимости от условий и поставленных задач.
Переработанный текст:
- Тепловые насосы распространены в тех случаях, когда другие способы организации системы отопления являются более затратными. Тепловые насосы сегодня широко используются в производстве и быту из-за ряда преимуществ:
- Экономичность. Для передачи 1 кВт•ч тепловой энергии в отопительную систему требуется всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
- Простота эксплуатации.
- Упрощение требований к системам вентиляции помещений и повышение уровня пожарной безопасности.
- Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
- Компактность и отсутствие шума, что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.
- По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени рынок этого оборудования был сосредоточен во Франции. В последние годы он расширяется в Германии, Великобритании и Восточной Европе. Мировой энергетический комитет предполагает, что уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов составит не менее 75% в развитых странах.
- Недостаток тепловых насосов - не высокая температура нагреваемой воды. Обычно это 50-60 °С.
- Кстати, в 2002 году в Москве была сдана в эксплуатацию теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома в микрорайоне Никулино-2. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.
Традиционным и наиболее распространенным вариантом отопления частных домов и коттеджей по-прежнему остается газовое отопление. Однако вариант с использованием теплового насоса не только значительно выгоднее, но и гораздо удобнее в плане монтажа. Для установки газового котла требуется не только специальный дымоход и вентиляция, но и разрешительные документы, что может оказаться непростым делом. В свою очередь, применение тепловых насосов сэкономит время и деньги, а также избавит от необходимости проведения дополнительных работ. Стоимость прокладки газа в Подмосковье составляет около $20 000, при условии, что расстояние до газопровода не превышает 1 км. В противном случае, затраты могут вырасти в несколько раз. Кроме того, стоит учитывать скорость работы газовщиков. Установка теплового насоса под ключ обойдется примерно в $15 000, а монтаж занимает не более 2-3 недель. Таким образом, применение тепловых насосов позволяет сделать эффективный, простой и экономичный выбор для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.
Фото: freepik.com