Правда и мифы о КПД теплового насоса

Преимуществом альтернативных источников энергии является их доступность и дешевизна. Тепловые насосы (тн) используют преобразованную энергию воздуха, воды или грунта, которые являются бесплатными в отличие от газа или угля. Но следует учитывать, что при установке тепловых насосов большие капитальные вложения, которые требуют времени, чтобы окупиться.

Расчет КПД теплового насоса может привести к абсурдным значениям, когда он будет больше 100%. Стандартная формула вычисления КПД некорректна и ошибкой обычно является неучтенный источник энергии (воздух, вода или грунт). У тепловых насосов 2 источника энергии — это электричество и внешний источник тепла (энергия воды, грунта, воздуха), а обычные формулы учитывают только электроэнергию, поэтому получаются значения больше 100%.

Некорректный расчет КПД тн:

Исходные данные:

• потребление электричества 2 КВт;
• отдает в систему 5 Квт;
• из внешнего источника 6 Квт.

Расчет:

Pпотр./Pсети = 5/2 = 2,5

Такой расчет неправильный, так как здесь нет данных второго источника энергии.

Корректный расчет КПД тн:

Pпотр. /(Pсети + Pист.) = 5 /(2 + 6) = 0,63

Узнать количество низкопотенциальной энергии довольно затруднительно, что и приводит к ошибке.

Чтобы избежать неправильных расчётов были введены специальные коэффициенты:

• COP — определяет во сколько раз тепловая энергия, которую получил потребитель, превышает количество работы необходимой для переноса тепла от низкопотенциального источника;
• степень термодинамического совершенства — оценивает насколько действительный тепловой цикл насоса приближен к идеальному.

В поисках теплонасоса можно наткнуться на рекламное объявление, содержащее неправильную характеристику устройства. Продавцов, распространяющих подобные данные, следует остерегаться. Ведь заявлять, что КПД теплового насоса составляет 300 – 1000% – не только безграмотно, но и некорректно по отношению к покупателям.

Сравнение КПД тепловых насосов: вода, грунт, воздух

Поскольку реально оценить количество энергии, извлекаемой из альтернативного источника, задача достаточно сложная, сделать сравнение КПД тепловых насосов вода, грунт, воздух так же затруднительно. Разумнее сопоставить расходы на эксплуатацию оборудования и эффективность обогрева объекта.

Воздушный тепловой насос

Установка воздушного тн обходится дешевле, но он будет потреблять много электроэнергии. Его эффективность напрямую зависит от температуры окружающей среды. В сильные морозы — ниже -25°С — такое устройство обогрев помещения не обеспечит, есть модели до -40°С.

Водяной тепловой насос

Водяные тн начнут терять эффективность в сильные морозы, внешней энергии будет недостаточно и потребуется дополнительный источник тепла.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тн работают стабильно круглый год. Температура земли на глубине является неизменной, поэтому эффективность таких устройств от поры года не зависит. Однако, для бурения скважин и обустройства коллектора необходимо вложение крупных сумм денег, поэтому установка геотермального теплового оборудования оправдана только в расчете на долгосрочную перспективу.

Расчет COP теплового насоса

СОР рассчитывают на основании показателей температуры источника (Т1) и воды в системе обогрева (Т2), по формуле: СОР = Т2/(Т2 – Т1). Следует учитывать, что tº в этом случае измеряется в Кельвинах. К принятому у нас показателю в Цельсиях добавляют число 273 и производят дальнейшие расчеты.

Для примера: если tº земли составляет 5 градусов Цельсия, а в отопительном контуре она держится на уровне 55, сперва следует преобразовать данные в другую систему измерения: 5+273 = 278 К, 55+273 = 328 К. СОР = 328 / (328 – 278) = 6,56.

Производя расчет COP теплового насоса, необходимо помнить, что он предполагает работу оборудования без учета потерь (при идеальных условиях). На практике значение COP будет гораздо ниже.

Температуру источника изменить невозможно, поэтому для повышения эффективности следует позаботиться о низкотемпературной системе отопления.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!Задать вопрос

Главный фактор при выборе того или иного типа – КПД теплового насоса для отопления и ГВС. Он зависит от типа теплового насоса, условий работы, температуры подогрева и других факторов.

Важно знать продуктивность работы климатического оборудования. Ведь вам не хочется потратить круглую сумму на покупку, установку и подключение теплового насоса, а потом обнаружить что придется догреваться с помощью котла или конвекторов.

Содержание статьиСкрыть1Виды тепловых насосов2Цикл теплового насоса простыми словами3Зависимость КПД от температуры нагрева4КПД теплового насоса грунт-вода и грунт-воздух5КПД теплового насоса вода-вода и вода-воздух6КПД теплового насоса воздух-воздух и воздух-вода7КПД теплового насоса в морозы8Реальные значения КПД

Принцип работы тепловых насосов одинаковый, но они отличаются по двум параметрам – откуда берут тепло и куда отдают. По отбору тепла они делятся на три типа:

1. Грунтовые (геотермальные);
2. Водяные;
3. Воздушные.

Нагревают они воздух или воду. Поэтому есть такие виды тепловых насосов:

• Воздух-воздух;
• Воздух-вода;
• Вода-воздух;
• Вода-вода;
• Грунт-воздух;
• Грунт-вода.

Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях! Loading… </span>

Рассказываем устройстве и установке тепловых насосов, дополнительном оборудовании и о том, с какими проблемами можно столкнуться.

Тепловые насосы работают наподобие кондиционеров. Иногда их энергетическая эффективность практически одинакова. При этом она превышает этот показатель у нагревательных приборов традиционной конструкции, например, электрических обогревателей. В статье рассказываем, как выбрать тепловой насос для загородного дома.

Все о тепловых насосах для загородного дома

Как устроен тепловой насос

Эффективность теплового насоса

Оборудование для теплового насоса

Возможные проблемы и ошибки

Как устроен тепловой насос

Тепловой насос переносит тепло одной среды в другую с помощью трёх взаимосвязанных тепловых контуров. В качестве первой среды используют атмосферный воздух, вода или грунт. В качестве второй — или теплоноситель, нагревающий радиаторы, или водяной тёплый пол, или воздух внутри помещения.

Типы тепловых насосов

• воздух — воздух (этот тип и используется в бытовых кондиционерах); 
• вода — воздух; 
• земля — воздух; 
• воздух — вода; 
• вода — вода;
• земля — вода.

Наибольшее распространение получили модели, в которых первой средой выступает воздух или земля, так как пригодные для использования водоёмы есть не везде. Второй средой является вода, из-за популярности водяного отопления.

По среде, выступающей в роли источника тепла, проложен контур из труб, по нему циркулирует теплоноситель. В процессе прохождения по нему теплоноситель приобретает такую же температуру, как и среда. Затем он поступает на теплообменник испарителя, где нагревает до кипения жидкий фреон, находящийся во вторичной системе. Газообразный фреон переходит в компрессор, где при сжатии происходит его сильный нагрев до 55–75 °С. Далее фреон попадает в конденсатор, где нагретый газ отдаёт тепло среде номер два, воздуху или жидкости-теплоносителю из системы отопления.

Визуализация: Игорь Смирягин/ Burda Media</span>Принципиальная схема теплового насоса: 1— источник тепла; 2 — низко-температурный первичный контур; 3 — испаритель; 4 — компрессор; 5 — конденсатор; 6 — третий контур (отопления). Визуализация: Игорь Смирягин/ Burda Media</span>Варианты устройства первичного контура в грунте: вертикальное (скважинное) залегание, горизонтальное залегание.

Эффективность теплового насоса

Коэффициент эффективности — отношение мощности обогрева к потребляемой мощности, грубо говоря — сколько киловатт тепловой мощности мы получим на каждый потребляемый киловатт электроэнергии. Для электрического ­обогревателя этот коэффициент примерно равен единице. А вот у кондиционеров и тепловых насосов он может быть 3,0-5,0 и выше. 

Помимо теплового насоса вам потребуется теплообменный контур, который может быть дороже самого устройства, если он прокладывается в земле. Воздушный контур будет стоить гораздо дешевле, но его применение в быту ограничивается, во-первых, из-за заметного шума, который производит вентилятор. А во-вторых, низкая температура воздуха в сильный мороз резко снижает эффективность теплообмена. В сильный мороз потребуется устройство бивалентной системы отопления, в которой используется два источника тепла. Бивалентная система расширяет рабочий диапазон уличных температур. Скажем, прибор работает до –20 °С, а при дальнейшем понижении включается дополнительный источник.

С земляным контуром таких проблем не возникает. Температура грунта ниже уровня промерзания не опускается ниже 0 °С. На глубине от 3-4 до 40-50 м она примерно равна среднегодовой температуре воздуха для данной местности, а при глубине ниже начинает постепенно повышаться. И работает грунтовой теплообменник практически бесшумно.

Практика показывает, что грунтовой отопительный комплекс окупается примерно за 20 лет. И это при современных ценах на электричество. В будущем, скорее всего, электричество будет расти в цене, а срок окупаемости, соответственно, сокращаться. Срок службы теплового насоса, заявленный производителями, обычно превышает 20 лет, а срок службы и вовсе доходит до 70–100 лет. Так что его использование, действительно, может быть экономически оправданно.

>Viessmann</li>Наружный блок воздушного теплообменника.

Возможные проблемы и ошибки

В последние годы количество компаний, занимающихся проектированием и установкой тепловых насосов, существенно увеличилось. Соответственно, возникает ряд проблем, когда отопительная система перестаёт работать или функционирует неэффективно. И тогда многие домовладельцы выясняют, что простой заменой оборудования не обойтись — придётся перепахивать весь участок, заново прокладывать сотни погонных метров трубы.

Все ошибки можно разделить на две большие группы:

• ошибки, совершаемые на этапе проектирования узлов системы отопления;
• халатное исполнение работы.

Неправильная система отопления будет либо недостаточно мощной, либо нестабильной по мощности основных узлов. В первом случае такой тепловой насос не подойдет для отопления загородного дома. Во втором случае, например, если неудачно подобран наружный контур, возникает опасность замораживания трубопровода.

Instagram @energylex_tn</span>Instagram @energylex_tn</span>Instagram @vigorcentre </span>

Грунтовой теплообменник

Грунтовый теплообменник — один из ключевых элементов, с устройством которого чаще всего возникают проблемы. Он состоит из длинных (несколько сотен метров) нитей трубы, сложенной кольцами в траншеи или помещённой в одну или несколько скважин.

Основные ошибки в устройстве:

1. Занижение проходных диаметров трубы.
2. Неоправданная экономия на материалах и технологиях. Для грунтовых теплообменников повсеместно применяется полиэтилен, который хорошо переносит отрицательные температуры. А вот использование полипропилена — грубейшая ошибка. Для соединений отрезков трубопровода необходимо выбирать только соответствующие элементы, предназначенные для подземного монтажа, и надёжные технологии сварки.
3. Применение дешёвых компрессионных фитингов, дающих течь через пару лет эксплуатации. Важно правильно тампонировать скважины, чтобы зонд имел хороший термический контакт с грунтом. Для этого скважины с установленным зондом заполняют смесью, теплопроводные характеристики которой не хуже, чем у грунта. Бентонит в данном случае не подходит, так как обладает изолирующими тепло свойствами. Рекомендуется заполнять скважины песком с небольшой примесью бентонита и цемента. А вот применение обломочных пород с острыми краями,например, щебня — следует исключить.
4. Слишком близкое положение скважин или ниток трубопровода друг к другу. В результате ухудшается теплоотвод от трубопровода, и грунт может быть слишком сильно заморожен — тепловой насос перестанет работать.
5. Размещение горизонтальных труб в грунте слишком глубокое, ниже уровня промерзания. Грунт может быть слишком сильно заморожен и не успеет прогреться за летний сезон.
6. Размещение коллектора слишком близко к поверхности. При сильных морозах в конце зимы эффективность работы будет резко падать.
7. Над коллектором возводятся какие-либо строения или сооружения, затрудняющие теплообмен. В этом месте может образоваться своеобразная «вечная мерзлота», ледяная линза, которая не успеет прогреться за летний сезон.

Грунтовый теплообменный контур почти не пригоден для ремонта. Если возникает утечка теплоносителя из-за механического порыва трубы или её плохого качества, то нитку нужно глушить или менять. 

Скважины

Зачастую не учитывают взаимного влияния скважин. Стандартное расстояние — 10 м при глубине скважины более 60 м. Если они расположены на расстоянии менее 8–10 м друг от друга, то следует увеличивать глубину и количество скважин, чтобы обеспечить необходимый уровень отдачи энергии.

Контур укладывают на глубине 0,8– 1,4 м, поэтому не нужно использовать буровую технику. Но при этом он занимает достаточно большую площадь, что ограничивает возможность устройства декоративного газона, насыпных дорожек, грядок, посадкой кустарников.

Проектирование горизонтального контура

К ошибкам проектирования, помимо неадекватной длины, относится недостаточная глубина его укладки. При малой глубине окружающая среда слишком сильно влияет на температуру теплоносителя. В результате к концу отопительного сезона может снижаться температура контура и падать эффективность работы оборудования. Из-за слишком большой глубины укладки грунт вокруг системы не успевает прогреться за лето. Стоит упомянуть об одном из ошибочных мнений, что коллектор следует укладывать ниже глубины промерзания грунта.

Неправильная эксплуатация территории

Коллектор должен быть расположен так, чтобы получить как можно больше тепла из окружающей среды, максимизировать отдачу от нагрева грунта теплом солнца, дождевой воды. Неправильная эксплуатация территории, под которой расположен горизонтальный коллектор, тоже приводит к сбоям в работе системы. Над коллектором нельзя возводить постройки, класть асфальт или тротуарную плитку. Если геотермальный теплообменник окажется под «крышей», то может возникнуть ледяная линза, образованная замёрзшим устройством и грунтом вокруг него.

Ошибки в расчетах

Очень часто при расчётах указывают все величины без запаса. Например, если расчётный теплосъём для грунтового коллектора составляет 20-30 Вт с погонного метра, то при расчёте его принимают как 30 Вт. Соответственно, выбирают и «самое удобное» значение для расчёта. Аналогичные просчёты совершаются и при выборе теплового насоса. Например, вместо модели мощностью 24 кВт устанавливают устройство мощностью 17 кВт. В результате прибор не справляется в пиковые нагрузки. Характерной ошибкой является использование методик расчёта, выполненных по европейским нормативам. Всё-таки зима у нас более холодная и продолжается дольше, чем, скажем, в Германии. Для расчёта должны применяться нормативы, соответствующие климатическим особенностям региона строительства.

Неправильный монтаж узлов

Строители могут неправильно подойти к монтажу узлов системы отопления. При этом установка теплового насоса не представляет сложности, особенно если речь идёт о моделях последнего поколения. Многие зарубежные производители предлагают полностью собранные системы. Они представляют собой моноблок, который содержит все элементы, включая теплообменник «фреон-вода».

Монтаж оборудования заключается в его установке на твёрдом основании, подключении к электричеству и проводке труб от коллектора тёплого пола. Хотя и здесь иногда находится место для ошибок. Так, например, делают подпитку от водопровода к грунтовому теплообменнику, что категорически запрещено.

Типичные ошибки и способы их исправления также указаны в таблице.

Ошибка	Последствие	Способ исправления
Недостаточная длина трубопровода первичного контура теплообменника	Замораживание теплоносителя в трубопроводе	Перекладка теплообменника или устройство дополнительного контура
Занижение диаметра трубы контура теплообменника	Недостаточная мощность системы	Перекладка теплообменника
Слишком близкое расположение скважин или ниток трубопровода теплообменника	Замораживание теплоносителя в трубопроводе	Перекладка теплообменника или устройство дополнительного контура либо скважины
Использование полипропиленовых труб, компрессионных фитингов	Утечка теплоносителя	Перекладка теплообменника
Устройство над горизонтально расположенным контуром сооружений, препятствующих доступу тепла с поверхности земли	Замораживание теплоносителя в трубопроводе	Демонтаж сооружений

• Источник: Журнал «Идеи вашего дома» №228
• Материал подготовил: Борис Безель

Поделиться ссылкой

—> Земля – источник неисчерпаемой тепловой энергии, применение которой в быту экологично и экономно. Современные тепловые насосы…Нашим подписчикам — скидки на товары для отопления и водоснабжения. Подписаться…Источником тепла для насосов типа «рассол/вода» является постоянно положительная температура земли.От 343 787 рублей… Источником тепла для насосов типа «вода / вода» являются грунтовые воды. От 343 787 рублей…

Покупка и заказ монтажа тепловых насосов у официального диллера имеет ряд преимуществ:

• оптимальная цена;
• оригинальная продукция;
• развитый сервис и великолепное обслуживание.

—>

Тепловые насосы успешно используются в быту и промышленности в Европе и США уже более 25 лет. Их особенность состоит в преобразовании так называемого низкопотенциального тепла окружающей среды: земли, воды, воздуха. На российском рынке эта экологичная технология получила распространение сравнительно недавно.

Экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов, существовали еще в Советском Союзе. То, что было смелым экспериментом в двадцатом веке, в двадцать первом – вошло в практику.

Устройство и принцип работы бытового теплонасоса

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Тепловые насосы являются альтернативными источниками энергии, позволяющими получать дешевое тепло без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля обладает запасом тепловой энергии. Этот запас прямо пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Если в этом контексте обратить внимание, например, на моря, океаны, подземные воды, обладающие огромной массой, можно прийти к выводу, что их грандиозные запасы тепловой энергии можно частично использовать для отопления домов без ущерба мировой экологической обстановке. «Взять» тепловую энергию какого-либо тела можно, если охладить его. Грубый расчет выделяемого при этом тепла возможен по формуле: Q = C*M*(T2 − T1), где Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, T1 − T2 − температура, на которую было произведено охлаждение тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 ^o С, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 ^o С.

Типы тепловых насосов

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

• Компрессионные. Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.
• Абсорбционные. Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

• Геотермальные. Тепловая энергия берется из грунта или воды.
• Воздушные. Тепло извлекается из атмосферы.
• Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

• Тепловые насосы «воздух-воздух». Этот вид тепловых насосов забирает 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

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.

Сферы применения и степень распространения

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

• Экономичность. Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
• Простота эксплуатации.
• Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
• Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
• Компактность и бесшумность, что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени европейский рынок этого оборудования был в основном сосредоточен во Франции. В последние несколько лет рынки стали расширяться в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 ^o С.

Это интересно! Впервые в Москве теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома была сдана в эксплуатацию в микрорайоне Никулино-2 в 2002 г. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.

Стоимость оборудования

Традиционное решение для частных домов и коттеджей – газовое отопление. Однако вариант теплового насоса значительно выгоднее и удобнее. Чтобы установить газовый котел, требуются специальный дымоход, вентиляция, а также целый набор разрешительных документов. Применение тепловых насосов избавит вас от этих проблем и существенно сэкономит ваши средства. Чтобы провести газ в Подмосковье, потребуется около $20 000, и это в том случае, если ваш дом удален от газопровода менее, чем на 1 км, – иначе затраты вырастут в несколько раз! Помимо этого, придется учесть скорость работы отечественных газовщиков. Установка теплового насоса «под ключ» стоит от $15 000, а работы занимают всего 2-3 недели.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.

Установка теплового насоса «под ключ»

Выбирая, где купить тепловой насос, обращайте внимание прежде всего на качество и надежность оборудования. На нашем рынке можно приобрести продукцию ведущих европейских производителей климатической техники, выпускающих тепловые насосы. Если вы поклонник немецкого качества, можно обратиться к официальному представителю известного бренда Vaillant – в интернет-магазин «Тепломатика.ру». Здесь работают квалифицированные инженеры, которые произведут для вас все необходимые расчеты и подберут эффективное оборудование. Все работы осуществляются «под ключ», сервис включает доставку и монтаж теплового насоса.

—>

Тепловой насос — механическое приспособление позволяющее обеспечить перенос тепла от ресурса с низкой потенциальной тепловой энергией (с низкой температурой) до отопительной системы (теплоносителю) с повышенной температурой. Попробуем объяснить это более понятным языком.

Уходят в прошлое времена, когда человек отапливал свое жилище путем сжигания древесины в каминах или печах. На смену приходят многофункциональные котлы длительного горения. В регионах где доступен магистральный газ для отопления применяют эффективное газовое оборудование. В местах, не доступных для газовых магистралей, все активнее используется газгольдер.

Человечество понимает, что сжигать невозобновляемые источники энергии дело не перспективное, ресурсы постепенно истощаются. Ученые не останавливаясь ищут новые способы добычи тепловой энергии и разрабатывают современные механизмы для реализации поставленных задач.

В одном из таких проектов был сконструирован тепловой насос. Действительно, как и большинству генерирующих тепло агрегатов, функционирование теплового насоса не возможно без электрической энергии. Серьезным отличием является то, что электричество не задействовано в нагреве например ТЭНа, как в масляном радиаторе и не замыкает спираль в тепловой пушке. В тепловом насосе нет нагревательных элементов, он не создаёт тепловую энергию, тепловой насос служит лишь переносчиком её из окружающей среды до потребителя (теплоносителя).

Электричество, потребляемое тепловым насосом, затрачивается только на сжатие хладагента и его перекачку обеспечивая циркуляцию. Хладагент выступает в качестве необходимой рабочей среды, именно он перемещает тепло из окружающей среды в отопительную систему и систему горячего водоснабжения. Как подобрать тепловой насос, принцип его работы, а также узнать о плюсах и минусах подобного оборудования нам поможет этот обзор.

Тепловой насос для отопления

Традиционное отопление частного дома по прежнему остается предпочтительным, если в избытке недорогие ресурсы. Вопрос, что делать, когда доступность дешевых источников ограниченна? Альтернативным решением выступает тепловой насос —  опыт эксплуатации более 40 лет в странах Евросоюза, говорит нам о том, что это может быть весьма эффективно.

В Российской Федерации тепловой насос не получил должного распространения. Причиной тому два фактора. Во первых, в избытке нефть, газ, древесина. Во вторых, останавливает высокая цена и отсутствие популяризации. Сведения о тепловых насосах, весьма скудные, принцип их работы не понятный, а о преимуществах информации недостаточно.

В Европейском союзе цены на сжигаемое топливо настолько высоки, что геотермальная система отопления показывает выгоду в эксплуатации. К примеру до 95% домохозяйств в Швеции и Норвегии используют тепловые насосы как основной источник отопления. Международное энергетическое агентство, прогнозирует что тепловые насосы к 2020 году начнут обеспечивать 10 % спроса энергии на отопление в странах организации экономического сотрудничества и развития, а к 2050 году этот показатель достигнет 30%.

Тепловой насос для отопления – принцип действия

Из школьного курса физики, вспоминая второй закон термодинамики, доподлинно известно, что тепло от горячего тела передается холодному без каких бы то ни было механизмов. Фокус в том, как передать тепло в обратном направлении? Для этого нам потребуется теплоноситель и и ряд действий обеспечивающих результат.

Именно эти действия нам и поможет совершить тепловой насос. Затраты электроэнергии на работу теплового насоса пропорционально зависят от разницы значений температур между средами, участвующих в этом процессе.

Вам доводилось дотронуться до черной решетки холодильника сзади? Убедиться в том, что задняя стенка очень горячая может любой желающий. Направив на черную решетку лазерный пирометр, видно что ее температура на поверхности составляет порядка 40°С. Таким образом, инженеры хладогенерирующего оборудования утилизируют изнутри морозильной камеры ненужное тепло.

Известно, что в конце сороковых годов прошлого столетия изобретатель Роберт Вебер обратил внимание на бесполезный обогрев воздуха радиатором холодильника. Изобретатель подумал и подсоединил к нему бойлер косвенного нагрева. В результате Роберт снабдил домочадцев горячей водой в необходимом объеме. Именно тогда, энтузиаст и задумался, каким образом “вывернуть” холодильник на изнанку и трансформировать охладительное устройство в отопительный прибор. Надо признать, у него получилось.

Как работает тепловой насос?

Принцип работы теплового насоса основывается на том, что под землей в любое время года, опустившись ниже отметки уровня промерзания мы наткнемся на температуру выше нуля. Получается, непромерзаемый земельный слой находится прямо у нас под ногами. А что, если использовать его в качестве задней стенки морозильной камеры?

Тогда морозильной камерой можно считать окружающую атмосферу. Разницу температур между ними и используют геотермальные насосы конвертируя в энергию для отопления дома.

Применяя принцип работы холодильного оборудования, для переноса тепла из подземелья в домашнее пространство используется система труб по которым осуществляется циркуляция хладагента. Хладоны Фреона нагреваются подземельным теплом и начинают испаряться. Холодный воздух снаружи его охлаждает, в результате чего фреон конденсируется.

Нагревая тепло чередуя циклы испарения и нагрева тепловой насос заставляет циркулировать хладагент. Компрессор создает давление, заставляя двигаться фреон по трубкам двух теплообменников.

В первом тепловом обменнике фреон испаряется при низком давлении, во время которого происходит поглощение тепла из атмосферы непосредственного окружения. Затем тот же хладагент сжимается компрессором под высоким давлением и перемещается во вторую катушку, где он конденсируется. Затем он выделяет тепло, поглощенное ранее в цикле.

Основную роль в процессе играет повышающий компрессор. Увеличивая давление, фреон конденсируясь выдает больше жара, чем получил от теплой земли. Таким образом, грунтовые плюсовые значения в + 7°С и преобразовывается в комфортные домашние условия + 24°С.

Применяя тепловой насос для отопления, получаем высокую эффективность.

Хочется заметить, что вся конструкция не требует специально выделенной линии электропроводки. Потребляемая мощность сопоставима с расходом энергии бытового электро чайника. Фокус в том, что тепловой насос “добывает” тепловой энергии в четыре раза больше, чем потребляет электричества. На отопление коттеджа в 300 м2, в лютый – 30°С мороз будет затрачено не более 3 кВт.

Впрочем, владельцу геотермального насоса придется заметно раскошелиться в начале. Стоимость оборудования и материалов на подключение составляет не менее 4 500 долларов. Прибавим монтажные работы и бурение, еще столько же, выходит что самая простая система обойдется в 10 тысяч долларов.

Понятно, что электрический котел будет стоить дешевле на порядок. Но платить ежемесячно из расчета 1 кВт на 10 м2 придется в любом случае. Вот и получается, что на 300 кв. метров дома уйдет 30 кВт — в 10 раз больше чем будет потрачено на тепловой насос.

Расчеты по отоплению газом с помощью газового котла, дают примерно тот же порядок цифр — 2000 рублей в месяц, что сравнимо с эксплуатацией теплового насоса. К сожалению не все проживают в газифицированном районе.

Теплового насос, обладает неоспоримым преимуществом. Такую “морозильную камеру наоборот” в летний период можно “вывернуть” на изнанку и легким движением руки — тепловой насос превращается в кондиционер. На улице в жаркие деньки +30°С, а в подземелье царит прохлада. Используя трубки заполненные теплоносителем, насос перенесет холод подземелья в жилище. Далее в работу включается вентилятор, таким образом мы получаем экономную систему охлаждения.

Практика эксплуатации указывает на сроки окупаемости от 3 до 7 лет. Скандинавские страны давно посчитали прибыль и отапливаются этим методом. Ярким примером может служить гигантский тепловой насос в Стокгольме, геотермальное оборудование. Источником тепловой энергии в зимний период и прохлады в летний, служат воды балтийского моря. В полной мере к тепловому насосу относится лозунг: плати сейчас – экономь потом! Экономия становится все больше, в силу того, что энергоносители дорожают.

Тепловой насос. Правда о его эффективности.

К сожалению не все так радужно с эффективностью на сегодняшний день. Одним из главных вопросов, мучающих потребителя остается: покупать или не покупать тепловой насос. Наш совет, тщательно взвешивайте все за и против, скорее всего вариант покупки обычного электрического котла по итогам эксплуатации обойдется дешевле, а установка проще.

Если рассматривать тепловой насос как концепт будущего, как новую идею генерации тепла — однозначно инженерная мысль заслуживает уважения. Геотермальное оборудование работает, его можно потрогать руками, с каждым годом оно становится все более эффективно. Однако, если мы посчитаем, сколько денег мы потратим на его работу, прибавим первоначальные затраты на покупку и монтаж, то скорее всего получим сумму показывающую, что мы потратим на него гораздо больше финансов, чем на любой другой вид тепло генерирующего устройства.

Рассматривая тепловой насос как экономическую систему, когда затратив на его работу 100 рублей, вы получаете тепловой энергии на 300 рублей, не забывайте о том, что за право получения сверхприбыли в 200 рублей, вы заплатили большие деньги. К слову сказать, в том же Евросоюзе, продажи тепловых насосов поддерживаются государственными программами.

Так в Финляндии, ежегодно продается более 60 тысяч тепловых насосов и число продаж растет 5% темпами. Но во первых, экономический эффект применения подобного оборудования там выше по причине дорогой электроэнергии. Стоимость электроэнергии в Финляндии 35 евро центов, в сравнении с Россией – 7 евро центов. Во вторых программа субсидирования предполагает возмещение на покупку теплового насоса в размере 3 000 EURO.

До тех пор, пока существуют низкие цены на газ и электричество, внедрение теплового насоса в качестве основного конкурента остается трудно выполнимой задачей. Массовое потребление станет возможным, только в случае кризисной ситуации с добычей углеводородов или кризиса с генерацией электроэнергии.

Как правильно выбрать тепловой насос

Первый этап.

Расчет требуемого тепла для отопления дома. Чтобы подобрать тепловой насос (ТН), который входит в отопительную систему дома, важно рассчитать потребность тепла. Точный расчет позволит избежать ненужного перерасхода средств, т. к. это ведет к лишним расходам.

Второй этап.

Какой источник тепла выбрать для вашего теплового насоса. Данное решение зависит от многих составляющих, основные из них:

• Финансовая составляющая. Сюда входит непосредственно стоимость самого оборудования, а также работы по установке геотермального зонда или укладке подземного теплового контура. Это зависит от месторасположения самого участка, а также от ближайшего окружения (водоемы, здания, коммуникации) и геологии.

• Эксплуатационная составляющая. Основная часть расходов — это функционирование теплового насоса. Эта цифра зависит от режима отопления вашего здания и от выбранного источника тепла.

Третий этап.

Анализ исходных данных для выбора теплового насоса:

1. Бюджет на предполагаемую систему.
2. Отопительная система: радиаторы, воздушное отопление, теплый пол.
3. Площадь участка, которую возможно выделить для укладки теплового коллектора.
4. Возможно ли бурение на участке.
5. Геология участка для определения глубины заложения геотермального зонда в случае принятия такого решения.
6. Требуется ли кондиционирование воздуха в летний период.
7. Имеется ли воздушное отопление или предполагается ли в будущем.
8. Капитальная стоимость покупки и монтажа ТН со всеми работами (приблизительная первоначальная оценка).

Разберём всё по порядку

Бюджет на предполагаемую систему

При создании системы отопления на ТН имеется возможность устройство контура «воздух-вода». Капитальные вложения будут минимальными, т. к. не требуется проведения дорогостоящих земляных работ. Но будут высокие затраты на этапе эксплуатации данной системы отопления ввиду низкой эффективности работы.

Если же вы хотите значительно уменьшить эксплуатационные расходы, то вам подойдет установка геотермального насоса. Правда, потребуется провести земляные работы для укладки теплового контура. Также данная система позволит получать «пассивный» холод.

Отопительная система: радиаторы, воздушное отопление, теплый пол

Площадь участка, которую возможно выделить для укладки теплового коллектора

Площадь участка для установки коллектора критична в случае невозможности бурения и установки геотермального зонда. Тогда вам придется осуществить горизонтальную укладку коллектора, а это потребует пространства примерно в 2 раза больше, чем площадь отапливаемого дома. При этом надо учесть, что данную площадь нельзя использовать под застройки, а только в виде лужайки или газона, чтобы не перекрывать потоки солнечных лучей.

Возможно ли бурение на участке

При возможности проведения бурения на участке (хорошая геология, возможность подъезда, отсутствие подземных коммуникаций) лучшим решением будет установка геотермального зонда. Он обеспечивает стабильный и долгосрочный источник тепла.

Геология участка для определения глубины заложения геотермального зонда, в случае принятия такого решения

После проведения расчета общей глубины бурения необходимо изучить план участка и установить, каким образом обеспечить глубину бурения. На практике глубина одной скважины обычно не превышает 150 м.

Требуется ли кондиционирование воздуха в летний период

Если в летнее время требуется кондиционер, то очевиден выбора ТН типа «вода-вода» или «грунт-вода», остальные тепловые насосы не готовы эффективно и экономично выполнять функции кондиционирования.

Имеется ли воздушное отопление или предполагается ли в будущем

Возможна интеграция ТН в единую систему воздушного отопления. Данное решение позволит унифицировать инженерные сети.

Капитальная стоимость покупки и монтажа теплового насоса со всеми работами

Приблизительная первоначальная оценка капитальных затрат* на покупку и монтаж зависят от типа теплового насоса:

ТН с подземным коллектором: Оборудование и материалы — 4500 $ Работы — 2500 $ Эксплуатационные расходы — 350 $/год

ТН с зондом: Оборудование и материалы — 4500 $ Работы — 4500 $ Эксплуатационные расходы — 320 $/год

Воздушный ТН: Оборудование и материалы — 6500$ Работы — 400 $ Эксплуатационные расходы — 480 $/год

ТН «вода-вода»: Оборудование и материалы — 4500 $ Работы — 3500 $ Эксплуатационные расходы — 280 $/год

* – ориентировочные, среднерыночные цены. Конечная стоимость зависит от выбранного производителя оборудования, региона производимых работ, стоимости буровых работ и условий площадки и так далее.Примечание сметного отдела

Четвёртый этап. Виды работы

Моноэнергетический. ТН и электрокотел образуют энергосистему только с одним внешним источником энергии. Это позволяет плавно регулировать электропотребление, но увеличивает нагрузку на вводной автомат.

Выбор теплового насоса

После сбора всех исходных данных и проработки основных технических решений возможно выбрать подходящий тип ТН. Комплектация и выбор поставщика оборудования будет зависеть от ваших финансовых возможностей. Главное, подойти к выбору системы с полным пониманием того, чего вы хотите. Мы поможем вам выбрать и реализовать комфортную систему отопления. В ней можно учесть все нюансы: от климаторегулирующей функции до распределения тепла по зонам дома.

Заключение

Остановив свой выбор на экологической системе отопления с тепловым насосом, можно быть уверенным в завтрашнем дне. Вы получаете полную независимость от тепло снабжающих организаций, мировых цен на нефть и политической ситуации в стране. Единственно, что вам потребуется, это электроэнергия. Но со временем и получение электроэнергии можно перевести на абсолютную автономность с помощью ветряка.

Используемые источники:

• https://ecosmaga.ru/articles/kpd-teplovogo-nasosa/
• https://vteple.xyz/kpd-teplovogo-nasosa-dlya-otopleniya-realnyie-tsifryi/
• https://www.ivd.ru/stroitelstvo-i-remont/otoplenie/kak-vybrat-teplovoj-nasos-dlya-doma-i-izbezhat-tipichnyh-oshibok-pri-ustanovke-23161
• https://www.kp.ru/guide/teplovye-nasosy.html
• https://teplogalaxy.ru/teplovoj-nasos/