В поисках тепла

Тепловой насос VIESSMANN

Неоспоримые достоинства

Впервые тепловые насосы «были явлены миру» в далеком 1852 году лордом Кельвином. Но «народную популярность» эти устройства получили только после Второй мировой войны, во время энергетического кризиса.

В наше время, когда стоимость энергоресурсов постоянно возрастает, отопление тепловыми насосами, использующими подведенную к ним энергию намного эффективнее любых котлов, весьма актуально. За рубежом популярность тепловых насосов растет как снежный ком. В Швеции эти устройства обеспечивают уже около 50% всего отопления. Вполне закономерно встретить подобное оборудование в домах шведов, немцев, финнов, французов и чехов. В США ежегодно производится около 1 млн тепловых насосов, а в Японии – около 3 млн штук.

По прогнозам Мирового энергетического комитета, к 2020 году во всем мире доля тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%! 

О выборе теплового насоса
Подбирать тепловой насос и прочее оборудование, необходимое для создания современной системы отопления загородного дома, должны опытные специалисты. Однако с помощью приблизительных расчетов заказчик может самостоятельно оценить уровень первоначальных затрат на закупку теплово- го насоса. Для этого надо умножить подлежащую отоплению площадь жилища (или вспомогательного помещения) на коэф- фициент к = 30 – 100 Вт/м² (этот коэффициент определяет нор- мативы тепловых потерь в помещениях, и его величина зависит от степени их утепления). Для домов с нормальной теплоизоля- цией в средней полосе России значение коэффициента к можно принимать равным 100 Вт/м². В результате получите потребную мощность теплового насоса для вашего дома в Ваттах. Если тепловой насос будет качать энергию из прилегающего к коттеджу грунта, то длина труб, укладываемых в грунт (в метрах), определяется умножением вычисленной потребной мощности ТНУ (на примере ТНУ фирмы VIESSMANN) в кВт на коэффициент 56 м/кВт (25 Вт/м²) или 25 Вт/1,4 м зонда. В качестве примера можно рассмотреть нуждающийся в отоплении современный кирпичный загородный дом площадью 180 квадратных метров. Значение коэффициента к для него 100 Вт/м². Определяем требуемую мощность теплового насоса Тм = 180 x 100 = 18000 Вт = 18 кВт. Теперь достаточно выбрать из представленных на рынке моделей аппарат такой же или немного большей мощности и уточнить у продавцов его цену. Определяем длину трубопровода: Дт = 18 x 56 = 1008 м. Если поставщик готов отмерить требуемую длину, достаточно будет ориентироваться на стоимость отреза, в противном случае при- дется потратиться и купить трубу с запасом (целую бухту).
По материалам ОКБ КАРАТ

Тепловые насосы работают от электросети коттеджа, на каждый киловатт/час затраченной электрической энергии отдавая в систему отопления от 3 до 7 киловатт/час тепловой энергии! Поэтому, несмотря на довольно высокие затраты на покупку теплового насоса (стоимость бытовой модели, приведенная к кВт отдаваемого в систему отопления тепла, – от 280 до 760 евро), суммарные затраты на его покупку, установку и эксплуатацию сравниваются с аналогичными затратами в случае применения электрических, жидкотопливных и твердотопливных котлов уже через 3–5 лет.

К достоинствам этих установок можно отнести и их способность в летний период охлаждать помещение, снижая нагрузку на системы кондиционирования здания.

С точки зрения экологов, тепловые насосы безопасны, так как работают без сжигания топлива и не производят вредных выбросов в атмосферу (не образуется вредных окислов типа CO, CO2, NOx, SO2), так что вокруг дома на грядках и газонах не будет и следов серной, азотистой и других кислот и бензольных соединений. Эти замечательные устройства взрыво-пожаробезопасны: ведь нет топлива, открытого огня, опасных газов или смесей. Срок службы до капитального ремонта у современных тепловых насосов – достаточно большой (до 15–20 отопительных сезонов), работают они полностью в автоматическом режиме. Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима их работы.

Как он работает?

Внешне тепловой насос представляет собой довольно компактную установку для автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и вспомогательных помещений. По сути это немного переделанный бытовой холодильник для хранения продуктов. Даже и по размерам, и по форме тепловой насос как две капли воды похож с «ответственным за продукты» в современном доме.

Только холодильник выкачивает тепло из хранящихся в нем продуктов и «отапливает» кухню (поднесите руку к решетке за холодильником, и вы убедитесь, насколько она горяча), а тепловые насосы забирают абсолютно бесплатное, природное тепло из незамерзающих слоев грунта, грунтовой воды или прямо из окружающего дом воздуха и отдают это тепло теплоносителю системы отопления, который по трубам далее идет к расположенным в отапливаемых помещениях радиаторам или системам теплых полов. Температура воды и грунта, из которого откачивается тепло, может быть близка к нулю, воздуха – до –25 °С! Температура же теплоносителя в системе отопления при правильном проектировании системы и надежном электроснабжении в течение зимы поддерживается на уровне +30 – +70 градусов! Перекачку энергии из окружающей среды в дом тепловой насос, как и холодильник, осуществляет в замкнутом циклическом процессе непрерывной смены агрегатных состояний рабочего тела – хладагента (испарение, сжатие, конденсирование, расширение).

Котел De Dietrich и тепловой насос Thermia Diplomat

Тепло окружающей среды в испарителе теплового насоса передается рабочему телу – хладагенту, находящемуся в жидком состоянии, который за счет полученного от окружающей среды тепла закипает (даже при отрицательной температуре этой среды), и переходит в газообразное состояние. Далее газообразный хладагент поступает в компрессор, в котором происходит его сжатие. При повышении давления хладагента в компрессоре, как следствие, значительно возрастает его температура.

Эта температура теперь достаточна для того, чтобы посредством конденсатора нагреть теплоноситель системы отопления. После отдачи тепла в конденсаторе горячий газообразный хладагент охлаждается и снова становится жидким. В расширительном клапане ему придается более низкое давление, и, как следствие, его температура значительно снижается и он снова попадает в испаритель. Цикл начинается заново.

Грунтовой коллектор

Возможные варианты

Земля. Пригодность земли в качестве источника энергии зависит от имеющейся в распоряжении прилегающей к дому свободной площади.

Когда свободного пространства достаточно много, для отбора тепла используется плоскостной коллектор, который представляет собой уложенную петлями на глубине 1,5–2 м пластиковую трубу.

Для нормальной работы системы отопления площадь укладки плоскостного коллектора должна быть в 1,5–4 раза больше отапливаемой площади. В случае недостатка прилегающей к дому свободной площади используется траншейный (кюнетный) коллектор, в котором трубы укладываются в виде спирали. Наконец, если свободной площади практически нет, можно использовать вертикально опущенный зонд, который представляет собой две петли пластиковой трубы, равномерно уложенные в скважину на глубину до 100 м.

Аккумулированное грунтом солнечное тепло передается вместе со смесью из воды и антифриза (рассолом), точка замерзания которой должна находиться примерно на уровне -15 °С , через вертикально расположенные теплообменники (грунтовые зонды)

При выборе типа и размеров коллектора большое значение имеет теплопроводность земли, которая зависит от вида почвы и ее влажности. Идеальными признаются сырые глинистые почвы.

Тепловой насос с источником тепла земляной грунт из-за необходимых земляных работ требует больших инвестиций (в сравнении с воздушным тепловым насосом), но в коттеджном строительстве эти затраты едва ли могут играть существенную роль, так как могут быть совмещены с затратами на другие необходимые земляные работы.

Воздух. Воздух как источник тепла имеет неоспоримое преимущество – он везде в изобилии. Однако при понижении температуры наружного воздуха до –3–5 °C эффективность работы воздушного теплового насоса снижается. Особенно пригодны воздушные тепловые насосы для так называемой
бивалентной системы. Это значит, что при наружной температуре, например, до –5 °С тепловой насос покрывает всю потребность в энергии, при более низких температурах подключается котел или другой генератор тепла.

Вода.

Грунтовые воды наиболее пригодны в качестве источника тепла, так как они даже при очень низких температурах наружного воздуха сохраняют постоянную температуру +8 °С – +10°С.

Конечно, добраться до грунтовых вод не всегда возможно, а их использование связано с  законодательными запретами. Поэтому, прежде чем отдавать предпочтение этому источнику тепла для отопления дома, следует получить разрешение властей по грунтовым водам.

Принцип действия теплового насоса
Теплоноситель, проходя через теплообменник (испаритель), отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса, заполненный хладагентом. Хладагент, проходя через испаритель при низком давлении и температуре –5 °С, переходит в газообразное состояние и попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления и высокой температуры. Горячий газ поступает во второй теплообменник (конденсатор) и отдает тепло теплоносителю из обратного трубопровода системы отопления дома. Нагретый теплоноситель поступает к отопительным приборам, а хладагент охлаждается и переходит в жидкое состояние. Затем он может быть еще более охлажден, а температура прямой воды системы отопления увеличена посредством сабкулера. При прохождении хладагента через редукционный клапан понижается его давление, хладагент попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.

Потребуются две скважины: одна для забора воды, вторая для возврата охлажденной воды под землю. Расстояние между скважинами должно составлять не менее 15 метров, при этом нужно обратить внимание на направление течения грунтовых вод. Необходимо установить, достаточно ли грунтовых вод имеется в наличии. Для этого производится пробный забор воды на протяжении некоторого промежутка времени.

Информацию о количестве воды можно получить также в водонадзорных учреждениях.

Для хорошо утепленного дома следует рассчитывать на потребность в 0,5 л в секунду (2 м³ в час). Грунтовые воды проводятся через испаритель теплового насоса и охлаждаются. При этом вода лишь немного понижает свою температуру и не приобретает никаких примесей или загрязнений, так как все контуры теплового насоса надежно изолированы друг от друга.

Забранное у воды тепло передается теплоносителю отопительной системы.

Тепловой насос на грунтовых водах покрывает годовую потребность коттеджа в тепле, достигая при этом наиболее благоприятного соотношения между выдаваемой и потребляемой энергией.