Переваги використання теплового насоса і принцип його дії

Хочете отримати доступ до практично невичерпного джерела енергії? Тоді варто придбати тепловий насос для опалення будинку, який є одним з основних елементів геотермальних систем. Цей пристрій дозволяє отримувати теплову енергію з землі, води, повітря, використовуючи мінімальну різницю температур у різних середовищах.

Принцип дії теплового насоса

З подібними приладами доводилося стикатися кожному, навіть не підозрюючи про це. Згадайте звичайний холодильник або кондиціонер, адже вони відбирають тепло з одного обсягу і передають його в іншій. Той же кондиціонер, працюючи в режимі обігріву, здатний забезпечити відбір теплової енергії з вулиці, навіть якщо температура атмосферного повітря мінімальна, і віддачу його вже всередині квартири. За таким же принципом працюють і теплові насоси для опалення квартири, які стають все більш затребуваними.

ecc4a4abfed4fd2198a74521178ccdcf Переваги використання теплового насоса і принцип його дії

Принцип дії теплового насоса

За рахунок чого ж вдається отримати такий ефект. Все дуже просто, у всіх подібних приладах використовується енергія, що вивільняється в процесі випаровування та конденсації спеціального хладагента, що має низьку температуру кипіння.

Холодоагент, проходячи через основний контур системи, випаровується, починаючи активно поглинати теплову енергію. Потрапляючи в спеціальний теплообмінник, газоподібний холодоагент починає остигати і конденсуватися, що вивільняється при цьому теплова енергія передається в контур стандартної системи опалення будинку. Як кажуть, все геніальне дійсно просто.

Конструкція системи опалення на основі теплонасоса

За своєю суттю система опалення на основі теплового насоса має просту конструктивну схему. Правда варто визнати і те, що її втілення в життя технічно складний процес, який вимагає виконання великого обсягу робіт і відрізняється високою вартістю (про причини цього поговоримо далі).

А сама схема опалення досить проста, в неї обов’язково входять наступні основні вузли і елементи:

  • Первинний контур системи розташовується в середовищі, що має стабільну температуру, що перевищує температуру кипіння та випаровування хладагента.
  • Вторинний контур являє собою звичайну систему будинкового опалення. Система трубопроводів, радіатори, стандартний теплоносій (вода або мінеральне масло).
  • Циркуляцію хладагента в первинному контурі забезпечує електричний компресор невеликої потужності.
  • Конденсація холодоагенту і передача теплової енергії вторинного контуру системи опалення відбувається в теплообміннику-конденсаторі.

Ось в принципі і всі конструктивні системи опалення на основі теплового насоса, на словах все досить просто, а практична реалізація все-таки вимагає серйозної підготовки і виконання великого обсягу робіт.

Види систем опалення на основі теплових насосів

Варто враховувати той факт, що енергія не береться нізвідки. Тому, враховуючи незначну різницю температурного режиму в різних середовищах, необхідно використовувати первинний контур досить великого об’єму, щоб при різниці температур в декілька градусів забезпечити нагрів теплоносія з вторинного контуру до необхідних величин.

Конструктивно тепловий насос може забезпечити відбір теплової енергії з різного середовища, тому варто розглянути різні схеми пристрою теплового насоса:

  • Здавалося б, найбільш оптимальний варіант, використовувати енергію повітря. Для цього цілком достатньо розмістити на вулиці трубопровід потрібної довжини, заповнити його холодоагентом і качай собі безкоштовну теплову енергію. Так, змонтувати повітряний тепловий насос для опалення будинку досить просто, не вимагається виконання ніяких додаткових робіт. Але в зимовий період така система працювати не буде з-за негативних температур повітря, причому дуже низьких в окремих регіонах.

Такий режим не дозволить забезпечити безперервне випаровування і конденсацію холодоагенту, при температурах менше -10 теплоносій постійно буде знаходитися в рідкому стані. Випаровуватися буде тільки мала його частина, чого недостатньо для ефективної роботи системи. Крім того, проникнення рідкого холодоагенту в компресорну установку, що забезпечує циркуляцію в первинному контурі, призведе до швидкого його виходу з ладу під впливом гідроудару.

Такий варіант може бути прийнятним для місцевості з теплими кліматичними умовами, але він застосовується вкрай рідко.

ca2e3a1afdf8d5f739de7665981a3fe2 Переваги використання теплового насоса і принцип його дії

Тепловий насос повітря-вода

  • Найбільш оптимальним вважається система з розміщенням первинного контуру теплового насоса в непромерзаючому повністю водоймах. Вода під льодом навіть в зимовий період має плюсову температуру, тому при значній довжині контура можна цілком ефективно вилучати з цього середовища теплову енергію.

Розділяють два види систем, що дозволяють отримувати тепло з води:

  • Відкрита система передбачає для випаровування хладагента використовувати подається з свердловин воду. Така система не вимагає великих вкладень в монтаж, відрізняється високою ефективністю. Але існує і великий мінус конструкції — необхідність витрачати електроенергію на роботу насосних установок, тому отриманий економічний ефект істотно знижується.
  • Закрита система передбачає розташування первинного контуру теплового насоса на дні водойми. Недоліків така конструктивна схема практично не має, єдина проблема полягає в тому, що не всі домобудівництва розташовані на березі річки або мають власний ставок.

Тому в більшості випадків використовують геотермальні системи опалення, отримують енергію з земних надр.

Геотермальне опалення

Загальновідомо, що навіть у сильні морози грунт промерзає на певну глибину (глибина промерзання), тому цілком достатньо заглибити первинний контур системи нижче цього рівня. Тепловий насос для геотермального опалення може бути виконаний із застосуванням горизонтального або вертикального первинного контуру.

Для горизонтального укладання необхідно підготувати котлован, глибина якого буде перевищувати рівень промерзання не менше ніж на 1-2 метри.

a08f7016c9469bc1349b6145c88573ac Переваги використання теплового насоса і принцип його дії

Горизонтальний геотермальний тепловий насос

Площа зони укладання первинного контуру залежить від розмірів опалюваної будівлі. Так, для дому в 200 квадратних метрів, необхідно забезпечити прокладку первинного контуру на площі не менше 500 м2. Використовуючи землерийну техніку виконати монтажні роботи можна досить швидко, братися за пристрій теплового насоса такого типу, розраховуючи тільки на свої сили і лопату не варто.

Для вертикального розміщення контуру необхідно пробурити ряд свердловин, в яких і будуть розміщені окремі гілки системи.

0d6c7ea0fd25751f908d41bc5c6ff5a7 Переваги використання теплового насоса і принцип його дії

Вертикальний геотермальний тепловий насос

На глибині до 20 метрів постійна температура грунту тримається на рівні 10-15 градусів, чого цілком достатньо для забезпечення працездатності системи. Єдине ускладнення пов’язано саме з необхідністю застосування бурильної техніки, хоча в наш час і це не є проблемою, зараз досить широко поширені малогабаритні мобільні установки даного призначення.

Вартість опалення на основі теплових насосів

Основна причина того, що подібні системи опалення мало поширені, полягає у необхідності вкладення дуже великої суми на придбання обладнання та виконання комплексу монтажних робіт.

Простий повітряний тепловий насос серії NIBE F2026-6kW

b24353337c2565305693c0a97ae3733a Переваги використання теплового насоса і принцип його дії

Повітряний тепловий насос NIBE F2026-6kW

  • Обійдеться покупцеві не менш ніж в 350 тисяч рублів (дана модифікація не відрізняється високою потужністю, всього 6,2 кВт).
  • Вартість систем геотермального опаленням, з урахуванням ціни обладнання та виконання робіт, для будинку площею 130 квадратних метрів, обійдеться не менше 500-600 тисяч рублів (при цьому обладнання буде не найкраще).

Але завжди варто пам’ятати про те, що системи на основі теплових насосів дозволяють отримувати до 5 кВт теплової енергії, витрачаючи всього 1 кВт електричної.

Тому якщо фінансові можливості дозволяють, обов’язково задумайтеся про свою енергонезалежності, яку зможе забезпечити тепловий насос.