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