ОТОПЛЕНИЕ
ТЕПЛОВЫМ НАСОСОМ
Воздух, солнце, почва содержат тепловой потенциал, который современное оборудование умеет использовать с затратами энергии в 2-4 раза меньше, чем традиционные отопительные устройства. Прежде всего речь идет о тепловых насосах, которые являются самым эффективным средством конвертировать природную энергию в отопление или нагрев воды.
Принцип действия
Тепловой насос - это устройство, которое не производит тепло самостоятельно, но использует низкотемпературный потенциал воздуха, воды или грунта и конвертирует его с помощью мощного компрессора в более горячий теплоноситель для отопления или нагрева воды.
Принцип действия очень прост, основан на изменении агрегатных состояний газа: при низком давлении газ охлаждается, при сжатии начинает быстро нагреваться. Именно это и происходит в цикле работы теплового насоса: в качестве промежуточного газа выступает хладагент фреон, имеющий самые высокие показатели разностей температуры при изменении давления; он получает тепло от внешних источников (воздух, почва, вода). Этого тепла достаточно фреону, чтобы начать нагреваться и испаряться (некоторые типы фреона закипают даже при -20 градусах). В газообразном состоянии фреон попадает к мощному сжимающему его компрессору, увеличивая его температуру в десятки раз (до 50-70 градусов). В разогретом состоянии фреон попадает в конденсатор. Конденсатор, нагреваясь от фреона, передает накопившееся тепло теплообменнику, через который циркулирует теплоноситель системы отопления. Нагретый теплоноситель греет отопительные устройства. По похожему принципу действуют холодильники и кондиционеры, но процесс идет в обратном направлении: там мы получаем холод вместо тепла. Кстати, кондиционер инвертерного типа, который способен греть воздух в помещении когда снаружи до -11 градусов, и является моделью теплового насоса небольшой мощности.
Тепловые насосы отличаются по типам используемого природного тепла. Это может быть тепло воздуха, грунта или воды. Они имеют разную стоимость и эффективность, измеряемую в единицах COP (Сoefficient of Performance). Этот показатель отражает соотношение израсходованной электроэнергии к полученному теплу.
Насосы класса энергоэффективности "А" способны превратить 1 кВт электрической энергии в почти 4 кВт тепловой, что, согласитесь, по сегодняшним ценам на энергоносители является очень привлекательным показателем. Даже наименее эффективные типы насосов класса "D" в 2 раза эффективнее электрических котлов, которые имеют показатель в 99 процентов КПД. И здесь никакого чуда нет, ведь принцип превращения электрической энергии в тепловую имеет для тепловых насосов непропорциональную зависимость, в отличие от классических отопительных устройств. Однако следует заметить, что приведенные показатели – это эталон работоспособности при благоприятных условиях, и у некоторых типов насосов эффективность снижается в зависимости от внешних температур. Рассмотрим разные типы тепловых насосов.
Насос "воздух-вода"
Его преимуществами является сравнительно недорогая стоимость приобретения и монтажа, что обусловлено его конструкцией - это, по сути, мощный аналог инверторного кондиционера: есть внешний блок, через который проходит воздух и отдает тепло хладагенту, хладагент циркулирует его во внутренний блок, где по знакомому циклу нагревается проходя через компрессор и отдает тепло конденсатору. Эффективность такого насоса имеет прямую зависимость от наружной температуры: наибольшую эффективность такие насосы имеют при наружных температурах +5...-5 градусов, она доходит до COP 3.6. При понижении наружной температуры эффективность будет падать и при температуре -20 будет равна где-то СОР 2. Это до сих пор остается самым эффективным показателем по сравнению с любым классическим генератором тепла, кроме того, на примере Киевской области, где средняя температура в отопительный период -1 градуса, понижений температур до таких значений будет очень мало и они достаточно краткосрочны, так что насос большую часть времени будет работать в оптимальных условиях. Это самый доступный по цене тип теплового насоса, ведь его монтаж не требует выполнения грунтовых работ и достаточно быстрый.
Насос "грунт-вода"
Этот тип оборудования демонстрирует на протяжении любых холодов одинаковую эффективность превращения природного ресурса в тепло. Его конструкция отличается во внешней части наличием специальных зондов, или геотермальных полей, которые беруи тепло с почвы, ведь уже на глубине 1,2 метра и ниже температура почвы всегда плюсовая. При использовании зондов – их погружают глубоко в грунт, для чего пробуриваются скважины глубиной 40-60 метров. Зонды или поля сочетаются с помощью трубопровода с промежуточным теплообменником, в котором циркулирует хладагент, и отдают ему тепло. Далее действует общий принцип генерации дополнительного тепла с помощью компрессора и конденсатора. В случае использования геотермальных полей требуется большая площадь для укладки трубы на небольшую глубину - обычно это 1,5 метра глубины и несколько соток площади. Эффективность насоса с использованием зондов немного выше, кроме того, внешние работы и конструкции требуют значительно меньше места. Благодаря тому, что температура почвы постоянна вне зависимости от температуры воздуха, наше устройство будет иметь постоянную максимальную эффективность. Монтаж такого оборудования и его стоимость превышают стоимость воздушных насосов, но благодаря стабильно высокой эффективности они тем быстрее окупаются, чем большую площадь отапливают.
Насос "вода-вода"
Наконец, для насоса "вода-вода" требуется наличие природного водоема или скважины для забора и сброса воды, от которой тепловой насос будет отбирать низкопотенциальное тепло. Вода – это неиссякаемый источник тепловой энергии, который можно использовать с помощью теплового насоса как для отопления зимой, так и для охлаждения летом. Эффективность такой системы будет выше по сравнению с тепловыми насосами "грунт-вода" или "воздух-вода". В любом случае, для расчета оптимальной мощности теплового насоса и оценки возможности монтажа того или иного типа следует обратиться в специализированную инженерную компанию, которая может произвести необходимые расчеты, предложить оптимальные проектные решения, выполнить монтаж системы и обеспечить ее надежное сервисное обслуживание.
Итог
Энергоэффективные и производительные тепловые насосы это настоящее и будущее отопительной техники. Даже в лучшие времена для здания площадью 150-200 метров окупаемость насосов была на уровне 5-7 лет, а сегодня, на фоне разворачивающегося во всем мире энергетического кризиса и роста тарифов оборудование стремительно ускоряется. Нет никаких сомнений, что эта динамика будет усиливаться в ближайшие годы. Также отметим, что для наилучшей экономии, для отопления тепловым насосом лучше использовать низкотемпературную систему, которая предполагает наличие теплого пола.
Типы тепловых насосов и их эффективность
