Тепловой насос для отопления дома: выгодно ли это

Разбираемся насколько выгодно геотермальное отопление частного дома

Выбирая вариант обогрева индивидуального жилья или производственных построек, обращают внимание в первую очередь на доступность и стоимость топлива в месте строительства. Важно представлять размеры финансовых и трудовых вложений в период монтажа оборудования, эксплуатационные расходы, а также эффективность будущей системы в конкретных условиях эксплуатации.

Геотермальное отопление частного дома преподносится маркетологами в качестве универсального решения для любых случаев, что не совсем верно. В статье собран материал, помогающий понять, что и по какой цене предлагают застройщику, а также сравнить этот вид отопления с другими способами.

Читайте в статье

Преимущества и недостатки геотермальных тепловых насосов

Опыта массовой и, главное, продолжительной эксплуатации тепловых насосов в России немного. Пользователи разделились на два противоположных лагеря: на тех, кто хвалит систему отопления (сюда же стоит отнести продавцов и монтажников) и противников, столкнувшихся с трудностями эксплуатации или недобросовестными компаниями-установщиками.

Геотермальное отопление дома

Трубы геотермального отопления

На основании отзывов можно сделать выводы о достоинствах и недостатках тепловых насосов.

ПреимуществаНедостатки
Низкий расход электроэнергии, на 1 кВт потраченной электроэнергии получают 2,5-3,5 кВт (в реальности) и до 7 кВт (в идеале) тепловой мощностиБольшие финансовые вложения на этапе проектирования и монтажа
Возможность установки в любой местности – в зависимости от региона применяют грунтовые, водяные или воздушные контуры забора внешнего теплаНеобходимость дополнительных источников тепла при температуре воздуха ниже 25°С
Реверсивность – система работает на обогрев зимой и охлаждение летомОпасность для почвенных микроорганизмов – грунт охлаждается, гибнут бактерии, снижается плодородие почвы
Универсальность – можно использовать для отопления дома, нагрева воды для повседневных нужд или воды в бассейнеСистемы эффективны только при оборудовании «тёплого пола» – теплоноситель греется до 50°С, этого недостаточно для эффективной работы радиаторов
Долговечность – зарубежный опыт говорит о 30-50 годах эксплуатации до замены оборудованияНизкая эффективность при небольшом разбросе температур теплоносителя во внешнем контуре и среде прокладки (грунт, вода)
Минимальные затраты на техническое обслуживание
Полная автоматизация процесса
Экологическая безопасность – нет вредных выбросов
Для работы потребуется только наличие электричества

Достоинства проявляются при качественном проектировании, верном выборе оборудования, соблюдении правил монтажа.

Устройство и принцип работы геотермального отопления

Наглядно увидеть как работает тепловой насос можно на примере бытового холодильника или сплит-системы. Если дотронуться до радиатора на тыльной стороне холодильника, он окажется горячим, в то же время стенки морозильной камеры будут охлаждены.

В похожем режиме работают разнесённые в пространстве кондиционеры – внутренний блок охлаждён и служит источником прохлады, наружный блок сбрасывает на улицу тепло. В реверсном режиме сплит-система греет воздух в помещении.

Принцип работы теплового насоса

Схематический принцип работы теплового насоса.

В тепловом насосе, предназначенном для отопления, внешний блок забирает тепло из воздуха, грунта или воды, для чего прокладывают внешние контуры из труб. В водяных контурах возможна перекачка воды, вход и выход в этом случае располагают на расстоянии около 20 метров. После преобразований в центральном блоке тепло поступает в дом.

Геотермальное отопление дома схема

Альтернативный способ организации посредством перекачки грунтовых вод.

В состав геотермальной системы отопления входят:

  1. Непосредственно тепловой насос с компрессором, испарителем, конденсатором и дроссельным клапаном.
  2. Контур низкотемпературного тепла.
  3. Контуры обогрева помещений (водяной или жидкостный) и подогрева воды.

В основе работы заложены работы Николя Леонара Сади Карно, одного из видных учёных, изучавших термодинамику на стадии становления этой науки. Подробно алгоритм работы заключается в следующем:

  1. Теплоноситель внешнего контура перекачивается по трубам. За время движения жидкость нагревается на несколько градусов от тепла земли, воды или воздуха.
  2. Внешний контур проходит через теплообменник-испаритель, где нагревает хладагент, например, фреон, который испаряется. Кроме того, хладагент поступает в испаритель через капиллярное отверстие и резко расширяется, что также способствует нагреванию.
  3. Компрессор сжимает нагретый хладагент, ещё больше повышая температуру фреона.
  4. Горячий сжатый хладагент поступает в конденсатор, где, охлаждаясь и превращаясь из пара в жидкость, отдаёт тепло теплоносителю системы отопления, циркулирующему уже по трубам отопления. Другой вариант — нагревает воздух, который распределяется по помещениям.
  5. Далее хладагент вновь поступает в испаритель, где нагревается новой порцией теплоносителя, циркулирующего во внешнем контуре.

Часто задают вопрос: откуда получается КПД тепловых насосов 300-700%. Это происходит благодаря тому, что теплоноситель внешнего контура выходит из насоса имея температуру от -15°C до +7 о С и нагревается грунтом (водой, воздухом) до на 2-8°С, т.е. «забирает» часть энергии из внешних источников. Хладагент в насосе испаряется не только за счёт работы компрессора, но и из-за поступившего извне тепла.

Важно! Точные цифры температуры теплоносителя внешнего контура могут меняться у разного оборудования, но, чтобы тепловой насос выполнял свои функции, теплоноситель должен нагреваться хотя бы на 2-4 градуса. В противном случае экономический эффект отсутствует или даже получается отрицательным.

Способы организации геотермального отопления

Геотермальные системы отопления классифицируют по нескольким признакам:

  1. Комбинации среды прокладки внешнего контура и виду теплоносителя внутреннего контура.
  2. Способу прокладки тепловых зондов (контуров) в грунте или воде – вертикальный или горизонтальный.

Первый параметр указан производителем оборудования. Например, обычная сплит-система будет относиться к классу «воздух-воздух», забирать тепло из воздуха улицы и отдавать в помещения.

Насос «грунт-вода» забирает тепло земли и греет жидкий теплоноситель системы отопления. Параметр «вода-воздух» подразумевает конструкторское решение, при котором внешний контур расположен в воде (внешнем водоёме или в скважине), а тепло по дому распределяется потоками нагретого воздуха.

Выбор того или иного способа зависит от условий эксплуатации.

Обоснование выбора класса оборудования

Один из главных параметров на который обращают внимание при покупке тепловых насосов – это коэффициент трансформации теплоты COP (coefficient of performance). Он может быть равен от 1 до 7, иными словами: 1 кВт электроэнергии преобразуется в 1-7 кВт тепловой мощности. Важно понимать, что реальный коэффициент геотермальных тепловых насосов будет меньше заявленного в паспорте, так как для работы потребуются затраты электроэнергии на перекачку теплоносителя по внешнему контуру, и чем он длиннее, тем больше будут эти затраты.

На практике и по отзывам пользователей следует рассчитывать на СОР равный 2,5-3,2 если вести учёт в течение всего периода эксплуатации – температура грунта и воды постепенно меняется в зависимости от климатических условий.

В большей степени выбор среды, откуда будет забираться тепло, зависит от климатических условий региона и геологических особенностей места строительства.

Геотермальное отопление от водоема

Еще один альтернативный способ организации геотермального отопления с использованием водоема.

Оборудование с внешним контуром, расположенным в воде, выбирают, если:

  • водоём является частным прудом;
  • глубина скважины до подземных вод не превышает 20 метров (в некоторых регионах до 45 метров).

Если эти условия не соблюдаются, то необходима лицензия на право пользования недрами. Если при проверке контролирующими органами лицензии не окажется, то оборудование придётся остановить и заплатить штраф до нескольких миллионов рублей.

Кроме того, важным является расстояние от водоёма до дома, если оно свыше 25-30 метров, то эффективность резко снижается – потребуется дополнительные расходы на перекачку теплоносителя и утепление трубопровода.

Размещение внешнего контура в грунте на своём участке не запрещается, но следует правильно выбрать способ расположения труб – горизонтальный или вертикальный.

Способ расположения контуров

Горизонтальный и вертикальный внешние контуры.

В зависимости от состава грунта, с одного метра горизонтальной трубы можно снимать до 50 Вт тепловой мощности. Однако это справедливо для глинистых грунтов. Песчаники и суглинки могут отдать от 12 до 25 Вт/м, а для теплового насоса мощностью 10 кВт может понадобиться внешний горизонтальный контур длиной от 200 до 700 м. Для его размещения понадобится участок 450 м 2 . Размещение труб кольцами не эффективно, так как теплоноситель охлаждает грунт вокруг себя и соседние кольца просто не будут эффективно прогреваться.

Внешний контур геотермального отопления

Расположение труб кольцами

Важно! В течение зимы грунт постепенно вымораживается, становится холоднее и СОР падает к февралю-марту, так как теплоноситель уже меньше нагревается.

По отзывам владельцев участков в месте, где размещён горизонтальный контур теплового насоса через несколько лет эксплуатации меняется структура грунта, хуже растут овощные растения и землю используют только под газон. Не сажают в таких местах и деревья с мощной корневой системой, которая может разрушить трубы.

Оптимальной считают вертикальную систему проколов или скважин, в которых размещают несколько контуров, расходящихся в разные стороны. На большой глубине температура земли стабильнее и мало зависит от климата. Для выводов труб оборудуют колодец, в котором размещают коллекторы. Скважины бурят под углом к горизонту и располагают по окружности – так снижается влияние каждого контура друг на друга.

Колодец геотермальной системы отопления

Скважина внешнего контура геотермального отопления

Можно ли сделать все своими руками

Собрать геотермальную систему отопления своими руками в теории можно, но на практике сделать это трудно, если не невозможно.

Понадобится большой объём земляных работ при горизонтальной укладке контура. Трубы размещают минимум на 0,5 метра ниже уровня промерзания грунта, т.е. всего придётся копать землю на глубину 2-2,5 м. Грунт необходимо где-то складировать и размещать на время прокладки труб.

Бурение скважин общей глубиной до 200 м потребует специального дорогостоящего оборудования, сделать такой объём работы своими руками невозможно. Самостоятельно приступать к укладке контура целесообразно только при наличии в пользовании технических средств: экскаватора, самосвала, бульдозера или буровой установки.

Экономическое обоснование использования геотермальных тепловых насосов

Выбор того или иного способа отопления дома зависит от многих параметров:

  • технической возможности и стоимости подключения к сетям поставки энергоресурсов (газ, электричество);
  • стоимости оборудования и монтажных работ;
  • сроков эксплуатации установленного оборудования;
  • эксплуатационных расходов на энергоресурсы и техническое обслуживание системы в течение срока эксплуатации.

В статье сравним затраты на отопление дома площадью в 200 м 2 на протяжении 10 лет эксплуатации разными способами: магистральным газом, электричеством, газом из индивидуального газгольдера, тепловым насосом, питаемым электроэнергией.

Изначальные и эксплуатационные расходы

В смету на изготовление полной системы отопления, организованной с помощью теплового насоса входит цена:

  • насоса необходимой мощности;
  • труб внешнего контура;
  • дополнительного оборудования – циркуляционного насоса, расширительного и накопительного баков;
  • труб для обустройства «тёплого пола» или воздуховодов для распределения тепла по помещениям;
  • запорной и регулирующей аппаратуры;
  • монтажных и пусконаладочных работ.

Мощность насоса должна на 10–15% превышать тепловые потери дома через стены, пол потолок, двери и окна. В среднем считают, что для Средней Полосы дом 200 м 2 потребует установки насоса мощностью 13 кВт для отопления и ещё около 700 Вт уйдёт на подготовку горячей воды для санитарных нужд. Таким образом, необходимо приобрести тепловой насос мощностью 14 кВт.

Насос геотермального отопления

Так выглядит типичная «котельная» с тепловым насосом.

Цена такого оборудования у разных производителей колеблется от 210 000 рублей в базовой до 500 000 рублей в премиум комплектации.

Длина труб коллектора будет зависеть от структуры почвы:

  • сухой песок отдаёт 10 Вт/м длины трубы диаметром 25 мм;
  • сухая глина – 20 Вт/м;
  • влажная глина – 25 Вт/м;
  • глина с большим содержанием грунтовых вод – до 35 Вт/м.

Таким образом, длина контура составит от 400 до 1 200 м.

Вертикальные контуры выгоднее по теплоотдаче:

  • осадочные породы отдают 20 Вт/м;
  • каменистая почва и влажные осадочные породы с грунтовыми водами – 50 Вт/м;
  • подземные воды – до 70 Вт/м.

Исходя из показателей, общая глубина скважин составит от 200 до 700 м, что в 2 раза меньше, чем при горизонтальном расположении. В грунте с хорошей теплоотдачей для дома 200 м 2 бурят 3 скважины длиной по 75 метров.

Для обеспечения необходимой мощности циркуляционный насос должен обеспечивать прокачку теплоносителя через контур в объёме 5 м 3 /час.

В первичном контуре теплонасосной станции устанавливают расширительный бак, ёмкость которого должна составлять 10% от объёма теплоносителя. Его можно узнать, рассчитав внутренний объём труб. Например, 1 м трубы с внутренним диаметром 32 мм содержит 0,8 литра жидкости.

В обратной ветке контура устанавливают накопительный бак объёмом 10-20 литров на 1 кВт мощности насоса, т.е. в нашем случае для насоса 14 кВт потребуется ёмкость объёмом 140-280 литров. Необходимость бака обусловлена тем, что насос без накопительного бака будет работать непрерывно – это снижает срок эксплуатации.

Как на самом деле выбрать самые дешевые на рынке радиаторы отопления

Узнать стоимость оснащения дома тепловым насосом без учёта внутренней разводки можно с помощью калькуляторов, представленных на сайтах производителей оборудования и монтажных организаций. Цены колеблются для разных регионов. Готовые системы под ключ (со стоимостью работ и оборудования) специализированные организации готовы изготовить по цене от 670 тысяч в регионах до 1,5 млн. рублей в Московской области.

Точных данных о сроках эксплуатации систем в России пока нет, но зарубежный опыт показывает, что в среднем тепловые насосы «грунт-вода» служат до замены около 50 лет.

Сравнение стоимости отопления для разных энергоносителей

Средние данные по стоимости оборудования дома и расходам на отопление дома площадью 200 м 2 системами с разными энергоносителями приведены в таблице ниже.

Тепловой насос «грунт-вода»Магистральный газЭлектричествоГазгольдер
Стоимость оборудования и монтажа, тыс. руб.570-1 500200-300 (с подключением)20-60180-250
Срок эксплуатацииДо 50До 50 с заменой котла через 10 лет7-1030
Амортизационные расходы, тыс. руб. в год15-305-84-68-10
Эксплуатационные расходы за год, тыс. руб.20-40*30-40100-200*50
Общие расходы в отопительный период с учётом амортизации, тыс. руб.40-7045-55110–210*60-70

* — взят тариф на электроэнергию в среднем 2,52 кВт/ч в сельской местности и 4,8 в городских условиях.

В таблице приведены максимальный расход денежных средств на отопление. В реальной практике затраты несколько ниже, так как в течение отопительного периода случаются продолжительные оттепели, когда оборудование работает в режиме 40-50% мощности.

Геотермальные тепловые насосы набирают всё большую популярность в нашей стране. Принимая решение оборудовать дом именно этой системой, нельзя слепо верить обещанием продавцов. У этого типа оборудования есть недостатки, а расчёт и монтаж следует поручить известным компаниям, изучив максимальное количество отзывов об их работе.

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Перед строительством собственного жилья хозяевам приходится обдумывать множество вещей. Одним из самых важных вопросов, встающих перед ними, становится выбор системы обогрева помещений и способ получения горячего водоснабжения. Так как электроэнергия постоянно дорожает, владельцам приходится рассматривать и изучать потенциальные альтернативные источники. Например, солнечные коллекторы или тепловые насосы (ТН). Несмотря на то, что оборудование нельзя назвать новым, у нас оно появилось сравнительно недавно, поэтому его устройство незнакомо, непривычно, непонятно. Поэтому разобраться в том, что такое тепловые насосы, оценить серьезность недостатков и их неоспоримые преимущества, необходимо.

Как работает тепловой насос?

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

ТН — парокомпрессионная установка, забирающая тепло у холодных источников. Чтобы понять принцип действия чудо-конструкции, надо вспомнить о том, как функционирует холодильник, который тоже можно назвать небольшим тепловым насосом. Продукты с комнатной температурой помещаются в агрегат, затем тепло выкачивается из камеры и скапливается во внешнем радиаторе, отдающем его помещению. По этой причине для нормальной его работы нужно оставлять между стеной и прибором свободное место.

Подобный принцип, который называют циклом Карно, используется и в бытовых кондиционерах. Для тепловых насосов тоже характерно извлечение тепловой энергии из окружающей среды: из воздуха, грунта, подземных вод или водоемов. Передача тепла происходит за счет конденсации, испарения хладагента. В тепловых насосах, как и в холодильниках, в этой роли также чаще выступает фреон.

Любой тепловой насос имеет испаритель, конденсатор, и компрессор, повышающий давление. Все приборы соединены трубопроводом в единый замкнутый контур. По этим трубам циркулирует фреон — углеводород, у которого температура кипения очень низкая. В холодной части контура он находится в жидком состоянии, в теплой — превращается в газ.

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Теперь надо рассмотреть, как работает тепловой насос. Двигаясь по источнику тепла (например, по трубам, уложенным в грунт) теплоноситель нагревается на несколько градусов даже в том случае, если температура мала и составляет всего 4-5°. Потом он поступает в испаритель и отдает тепло во внутренний контур системы, которая заполнена фреоном. Даже небольшого количество тепла хватает для перехода хладагента из жидкого состояния в газообразное.

Хладагент, превратившийся в пар, поступает в компрессор, где он сжимается. Повышение давления приводит к повышению его температуры. Далее горячий фреон следует в конденсатор, где отдает тепло тому теплоносителю, который функционирует в системе отопления дома. Им может быть вода, воздух, тот же фреон. Нагретый теплоноситель поступает с систему горячего водоснабжения и отопления, а хладагент, отдавший тепло, охлаждается, превращается в жидкость, поступает в испаритель, в котором снова нагревается, и кругооборот его в контуре повторяется.

Преимущества или недостатки?

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Так как данные устройства появились у нас относительно недавно, многие россияне до сих пор относятся к ним с большим недоверием. В США, Европе и Японии их используют давно и успешно. Однако нельзя сказать, что такое оборудование для нашей страны абсолютная загадка, «терра инкогнита».

В СССР тоже проводились эксперименты, касающиеся таких альтернативных источников энергии. Однако широкого распространения эта технология так и не получила. Поэтому важно понять, почему, и имеет ли большой смысл замена привычных систем на эко-новинку? Приставка «эко» в этом случае может означать как экологию, так и экономию.

Достоинства

Первое и несомненное преимущество тепловых насосов — значительная экономия электроэнергии. Да, им, в отличие от солнечных коллекторов, она необходима, однако в гораздо меньших количествах. Например, электрический котел (или обогреватель) забирает столько же энергии, сколько выдает тепла. Тепловой насос, наоборот, тратит минимум электроэнергии, а тепла производит в три-семь раз больше. Оборудование может потратить 5 кВт/ч, однако тепла оно выделяет не менее 17 кВт/ч. Высокий КПД — самое привлекательное качество тепловых котлов.

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Другие плюсы установки альтернативной системы:

  1. Серьезная экономия на энергоносителях. Цены на все виды топлива неумолимо растут, а тепловой насос позволит получать большее количества тепла при сократившихся расходах на электроэнергию.
  2. Возможность установки в любой местности, так как источником тепла способны стать воздух вода либо грунт. Особенно актуально оборудование для участков, расположенных далеко от газовой магистрали.
  3. Реверсивность установки. Тепловые насосы универсальны. Зимой они обеспечивают тепло, жарким летом дают возможность обеспечить помещению прохладу. Однако такой функцией оснащают не все модели.
  4. Долговечность. Оборудование, за которым ухаживают должным образом, способно бесперебойно работать 25-50 лет. Замена компрессора может потребоваться раз в 10-15 (максимум 20) лет.
  5. Возможность использования в любых условиях: там, где нет электричества, устанавливают бензиновый либо дизельный двигатель.
  6. Экономия на техническом обслуживании. Оборудование не потребует на него больших расходов.
  7. Бесперебойная работа при температуре -15°.
  8. Полная автоматизация теплового насоса.
  9. Безопасность для окружающей среды.
  10. Бесплатность источника тепла.

Помимо плюсов есть у систем и слабые стороны.

Недостатки

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

К ним относится:

  1. Цена тепловых насосов и стоимость обустройства геотермальной системы. Причем окупится оборудование далеко не сразу. Владельцам придется ждать как минимум 5 лет. Исключение — воздушные устройства, не требующие дополнительных вложений.
  2. Необходимость добавления дополнительного источника тепла в тех регионах, где температура нередко бывает ниже -20°. Такая система называется бивалентной. Если не справляется тепловой насос, то подключается теплогенератор (газовый котел, электрообогреватель).
  3. Экологичность, все же находящаяся под вопросом. Для человека угрозы нет, но она существует для экосистемы. Например, в грунте живут микроорганизмы — анаэробы. При сильном охлаждении пространства около труб им грозит неминуемая гибель.
  4. Почти необходимость обеспечить в доме трехфазную электросеть. Для исправной работы теплового насоса надо свести к минимуму перепады напряжения, которые способны спровоцировать поломку установки.

Оптимально использование такого оборудования в системах, где низкотемпературный теплоноситель, пример — «теплый пол».

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Чтобы понять, целесообразна ли покупка и установка теплового насоса, владельцам придется оценить все плюсы и минусы. Главные «противники» — экономия электроэнергии (топлива) и серьезные расходы на приобретение и установку. К существенным минусам ТН относят низкий КПД в холодное время года, однако есть модели, которые могут вырабатывать тепло даже при -35°. Но заплатить за них придется еще дороже.

Стоит ли тратиться на покупку и установку ТН? Каждый решает сам. Единоразовое вложение даст шанс навсегда забыть о больших счетах за отопление. Кроме того, в пользу оборудования свидетельствует его полная безопасность для жильцов, и почти полная — для окружающей среды.

Читайте также:  Шампунь для волос своими руками: попробуйте ничего сложного

Тепловые насосы: виды систем

Если решения принято в пользу этой альтернативы, то следующий шаг — знакомство с разновидностями таких систем. Их существует несколько. Воздушные (аэротермальные) установки забирают тепло из воздуха, геотермальные используют тепловую энергию земли, гидротермальные — наземных/подземных вод.

Воздушные

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Аэротермальные насосы используют тепловую энергию воздуха, находящегося снаружи здания. Эта конструкция максимально проста, поэтому дополнительное оборудование ей не требуется. Воздух сразу поступает в испаритель, там он передает тепло хладагенту, а тот, в свою очередь, теплоносителю внутри дома.

Из-за простоты системы затраты на нее минимальны, однако в этом случае самой важный критерий — производительность установки, но она сильно зависит от температуры внешней среды. В тех регионах, где зимы теплые (от 0° до +5°), такое оборудование будет самым экономичным вариантом из всех возможных.

Если температура зимой в местности, где стоит дом, нередко минует отметку -15°, то тепловые насосы использовать попросту не имеет смысла: производительность ТН в холода сильно падает, а об окупаемости его даже думать не придется. В этом случае рациональнее включать традиционный электрообогреватель либо котел.

Другой «влиятельный» фактор — влажность воздуха. В тех районах, где он сухой, а температура зимой не падает ниже -15°, тепловые насосы устанавливать можно. Холодному, влажному климату такое оборудование противопоказано: тепловые установки не смогут эффективно работать из-за обмерзания и обледенения.

Водяные

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Эти гидротермальные источники тепла могут использоваться по-разному.

  1. Река, озеро или море. В этом случае коллектор располагают на дне водоема. Эти трубы с жидкостью-антифризом притапливают грузом. Так как температура теплоносителя высока, то оборудование обещает серьезную экономию. Однако целесообразно делать такую установку лишь в тех домах, которые расположены не расстоянии 50 метров, но не более, так как эффективность оборудования уменьшается с каждым лишним метром.
  2. Канализационные стоки. Коллектор, установленный в них, можно использовать как для отопления частных и многоэтажных домов, так и для систем горячего водоснабжения. Этот способ с успехом применяют в некоторых российских городах, чаще для обеспечения обогрева и ГВС промышленных зданий.
  3. Грунтовая, скважинная вода. Это система предполагает наличие двух колодцев. Из одного воду забирают, в другой сбрасывают. Такая установка сложна в монтаже и трудозатратна.

Самые лучшие условия у тех, кто живет недалеко у глубокого водоема. Если климат позволяет, а дом расположен у реки, озера или на побережье, то шанс получить бесплатное отопление и ГВС упускать нельзя.

Грунтовые

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Это самый практичный вариант: грунт — стабильный источник, который накапливает тепло в течение сезона. На 10-метровой глубине температура неизменна, она составляет +10 °. С каждым метром она падает примерно на один градус: на расстоянии 5-7 метров от поверхности земли температура земли может колебаться в минимальных пределах — От +5 до +8°.

Если говорить о способах «добычи» тепла, то их есть два — горизонтальный и вертикальный.

Горизонтальный коллектор

Этот коллектор — труба, расположенная параллельно поверхности земли. Глубину для нее рассчитывают отдельно для каждого конкретного участка. В одних случаях ее закладывают на глубине 1-1,2 м, либо ниже уровня промерзания грунта (1,5-1,7 м), в других — еще глубже — на 2-3 м. Последний вариант дает возможность обеспечить большую стабильность температуры. Иногда для максимальной эффективности системы устраивают двойной коллектор — двухслойный.

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Трубы для коллектора используют разные: их диаметр может быть 25, 30, 32 либо 40 мм. Возможная форма коллектора — зигзаг, змейка, петли, спирали. Минимальное расстояние между соседними трубами 600 мм, чаще оно составляет 800-1000 мм. Удельный теплосъем полностью зависит от характеристик грунта:

  • сухой песок — 10 Вт/м, такая же глина — 20 Вт/м;
  • глина средней влажности — 25 Вт/м;
  • глина, в которой содержится много воды, — 35 Вт/м.

Чтобы было понятно, какие площади должен занимать такой коллектор, лучше привести самый показательный пример, для участка с влажной глиной. В этом «тяжелом российском случае» для отопления дома в 100 м 2 потребуется конструкция, имеющая площадь 400 м 2 . Мало кто может позволить такие масштабные работы. К тому же на этом участке не должно быть никаких построек.

В трубы коллектора закачивают специальную жидкость — антифриз, который еще называют «рассолом». Например, раствор пропиленгликоля или этиленгликоля (30%). Антифриз забирает у грунта тепло, затем следует к тепловому насосу, где отдает его хладагенту. Затем «охладевший» раствор снова возвращается под землю.

Вертикальный зонд

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Эта конструкция серьезно экономит площадь участка, зато глубина его значительна. Есть два варианта — одна U-образная труба или их система. В первом случае ее заглубляют на 80-100 м, затем заливают бетонным раствором. Во втором несколько конструкций соединяют и закапывают на глубину «всего» 20 м.

Так как бурение на большую глубину требует «дозволения» властей, обещает расставание с большой суммой, то чаще используют несколько труб-зондов, расположенных не так глубоко. Расстояние между ними — 5-7 м. В этом случае удельный теплосъем с коллектора-зонда зависит от породы:

  • сухие осадочные породы — 20 Вт/м;
  • каменистая почва — 50 Вт/м;
  • осадочные породы, насыщенные водой — 50 Вт/м;
  • каменистая почва с высоким уровнем теплопроводности — 70 Вт/м;
  • грунтовые подземные воды — 80 Вт/м.

Достоинства вертикальных зондов — меньшая площадь, максимальный теплосъем и стабильная температура, а значит, большая эффективность за счет глубины, которая является минусом, так как требует больших трат на обустройство вертикального коллектора.

Как выбрать тепловой насос?

Если тепловые насосы кажутся владельцам дома перспективными системами, то оценивать любую модель надо по нескольким критериям. К ним относятся:

  • размеры отапливаемого дома;
  • климатические условия в местности;
  • наличие рядом с доступных источников;
  • желание потратить на оборудование ту или иную сумму.

Каждый пункт этого небольшого списка влияет на выбор класса модели. Большой дом требует максимально мощного оборудования, а оно означает как серьезные расходы, так и трудозатраты. Вид источника напрямую влияет на качество будущего отопления. Регионы с холодным климатом значительно ограничивают список кандидатов, а иногда вовсе не позволяют обустройство такого экологичного оборудования. Платежеспособность, возможность сразу расстаться с большой суммой — самый главный «ограничитель» для тепловых насосов на российских просторах.

Расчет мощности установки

Мощность ТН зависит от многих факторов. В список входит предполагаемый объем теплоотдачи системам дома, площадь поверхности змеевиков в конденсаторе и испарителе, объем хладагента. По этим причинам целесообразнее доверить расчет мощности специальным программам, которые учитывают и другие данные.

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Самый популярный вариант — использование онлайн сервисов-калькуляторов. В них требуется ввести такие параметры:

  • для расчета объема — общую площадь здания, высоту потолков;
  • регион, где построен дом — для определения среднегодовой температуры;
  • степень утепления объекта — для определения производительности установки.

Для расчета используются коэффициенты: в них преобразуют два последних параметра. Затем их умножают на объем помещения. Полученный результат сравнивают с таблицей, в которой мощность насоса связана с объектом.

Обычно получаются такие значения:

  • чтобы отопить дом, имеющий площадь 100-150 м 2 , необходим тепловой насос мощностью 5-8 кВт, а для подогрева воды потребуется запас по мощности — 12-16 кВт;
  • для отопления здания площадью 350 м 2 понадобится прибор, который сможет обеспечить 28 кВт.

Понятно, что цифры все же получаются приблизительными, однако ориентироваться на них можно.

Советы

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Так как оборудование это дорогое и его нельзя назвать элементарным, покупка теплового насоса — дело ответственное. Чтобы выбрать идеальный агрегат, надо:

  • сначала провести все расчеты, создать проект, но всю работу с цифрами, а также проектирование следует доверить профессионалам;
  • весь комплекс услуг — монтажные работы и сервисное обслуживание — заказывать в одной компании, которая будет ответственна за работу системы;
  • проверять всю документацию: как самого оборудования, так и фирмы, которая будет заниматься «установкой установки»;
  • при выборе модели отдавать предпочтение высококачественной продукции европейских производителей.

Тепловые насосы — оборудование, которое в теплых регионах можно и нужно рассматривать в качестве достойной альтернативы традиционным системам. Число таких установок ежегодно растет во многих странах мира. Безусловно, за ними будущее, ведь ресурсы Земли не бесконечны.

В России самая большая беда не дороги и не слишком умные люди, это цены. Однако есть надежда, что ситуация со временем изменится, и безопасное оборудование станет более доступным. Для уменьшения расходов на электричество можно задействовать две системы — ТН и солнечный коллектор (для лета) или тепловой насос и теплогенератор (для зимы), но в этом случае траты возрастут.

Поближе познакомиться с безопасными системами поможет это видео:

Тепловой насос – насколько выгодный, нужно ли устанавливать, какой лучше

Нужен ли тепловой насос, выгодная ли это покупка? Сама идея теплового насоса на первый взгляд блестящая, – забирать энергию у окружающей среды и отапливать ею дом. Снаружи дома устанавливается большой теплообменник, с помощью которого выкачивается дармовая энергия.

Работает тепловой насос по принципу холодильника – забирает тепло у окружающей среды и сбрасывает его внутри дома.
(Холодильник забирает тепло у куска мяса в морозильнике и точно также сбрасывает его внутрь дома).

Дрова, уголь, газ, нефть становятся не нужными, сжигать больше ничего не нужно?

Но так ли просто отобрать тепло у природы и перенести его под оболочку дома? Что скрывают продавцы тепловых насосов? Рассмотрим подробнее принцип, устройство различных видов тепловых насосов, и их экономическую целесообразность. Что в итоге, — стоит ли устанавливать, использовать тепловой насос?

Классификация

Тепловые насосы классифицируют следующим образом:

  • «Вода – Вода», – насос забирает энергию у воды (грунта) снаружи и отдает ее теплоносителю в системе отопления.
  • «Воздух – Вода» – насос забирает энергию у воздуха которой греет теплоноситель отопления.

Гораздо реже встречаются «Воздух-Воздух» и «Вода–Воздух».

Конструкция

Тепловой насос представляет из себя блок компрессора с вторичным теплообменником, который передает энергию системе отопления, и первичный теплообменник, который находится в окружающей среде и забирает тепло из нее.

Схема работы теплового насоса

Температура кипения хладогента в тепловом насосе составляет минус 55 градусов. Он значительно холоднее, чем окружающая среда и может подогреваться даже морозным воздухом с температурой минус 30 градусов.

Для своей работы тепловой насос потребляет электроэнергию в большом количестве, — работают компрессор, насосы, вентиляторы, электроника.

Эффективность работы теплового насоса принято оценивать коэффициентом преобразования – отношением выработанной энергии к потребленной.

В рекламных заявления производителей этот коэффициент обычно находится в пределах от 2 до 5. Т.е. согласно рекламе, к примеру, насос потребляющий 3 кВт энергии вырабатывает 6 -15 кВт при различных условиях своей работы, что достаточно для отопления небольшого дома.

Теплообменник в грунте

Для теплового насоса «Вода-Вода» первичный теплообменник представляет из себя трубу большой длины, которая должна находиться в грунте. Этот теплообменник можно разместить в вертикальных скважинах и получить 50 ватт энергии с метра трубы.

Для насоса мощностью 10 кВт необходимо 200 метров, — на практике это 6 скважин длинной по 33 метра. Глубже, кстати, мало кто бурит, оптимальная глубина скважины – до 40 метров.

Но теплообменник можно разместить и горизонтально. Тогда согласно практическому опыту можно получить 20 ватт с метра погонного этой трубы. Для указанной мощности нужно зарыть уже 500 метров.

Это очень большой объем земляных работ, и перепашка участка на глубину до 3,5 метров (труба в два этажа, на 3,5 и 2,5 метров).

Насос может быть с теплообменником в грунте

В месте нахождения такого теплообменника земля будет промерзать на большую глубину и оттаивать только летом в лучшем случае (образование линзы льда, заболачивание). Обычные растения на охлажденном участке не растут.

Согласно опыта эксплуатации вертикальный теплообменник в скважинах обходится дешевле, эффективней, более предпочтительный.

Выгодно ли оборудование с теплообменником «Вода-Вода»

У грунтовых насосов температура на теплообменнике всегда стабильная и коэффициент преобразования на уровне 2,5 или даже чуть больше.
(- в рекламах можно встретить значение 5 – но это на стенде. Грунт вокруг скважины постепенно охлаждается и вертикальный теплообменник выходит на коэффициент 2,5, при съеме мощности в 50 Вт/м.)

Промерзание грунта возле скважины - теплосьемка зимой

Но стоимость этого насоса для небольшого дома – не менее 15 тыс у.е. Здесь имеются в виду только фирменные надежные вещи. Первичные запросы менеджеров могут быть более скромными, но если учитывать все затраты, весь объем, а также и выявленные менеджерами «невыгодные обстоятельства», то указанная цифра даже заниженная.

В сравнении с самым дорогим отоплением электричеством с помощью электрокотла, окупаемость грунтового теплового насоса составит не меньше 15 лет. В сравнении с дешевым магистральным газом, окупаемость отодвигается куда-то в далекое будущее. ( Выбрать наиболее экономичное отопление )
Но стоимость котлов, хоть «электро», хоть «газо», — сущие копейки в сравнении с тепловым насосом.

Приобретение теплового насоса по такой цене — сродни капитальным вложениям. А во что вкладывать-то? Оборудование это через 10 лет все равно станет устаревшим и приравняется к хламу. Не лучше ли эти деньги пристроить, например, в банк, а отопление оплачивать с процентов, которых с лихвой хватит хоть на «электро», хоть на «газо».

В итоге через 15 лет все деньги (с приростом) останутся в кармане, а в доме все это время будет тепло без всяких проблем.

Вкладывать средства в тепловой насос с теплообменником в грунте экономически не выгодно.

Вскрытие земной поверхности для укладки теплообменника

Теплообменник «Воздух-вода» — что с мощностью

Гораздо предпочтительней на первый взгляд тепловой насос «Воздух-вода». Его теплообменник — блок с вентилятором, похожий на кондиционер, который устанавливается на платформе у дома, поворачивающейся против ветра. Казалось-бы это проще и дешевле чем грунтовые теплообменники. Но сейчас еще невозможно получать тепло из воздуха эффективно.

Оказывается, что у насосов «Воздух-вода» при температурах воздуха минус 12 – минус 20 градусов, отдаваемая мощность весьма низкая, а коэффициент преобразования составляет 1,5 – 1,3.

Продающие компании этот факт стараются умолчать и не сообщают сведений о реальной отдаваемой мощности при разных температурах.

Рассмотрим, что же происходит на самом деле.

Воздушный тепловой насос более компактный

Отдача в зависимости от температуры воздуха

Для насоса мощностью в 10 кВт потребление компрессором и другим оборудованием составит 2,5 – 3,0 кВт. А отдаваемая мощность при температурах – 12 – 20 градусов (ниже аппараты не работают) составляет около 3,5 -4,7 кВт в лучшем случае.

(Эти данные для температуры в системе отопления дома 55 градусов. При 35 градусах коэффициент и отдаваемая мощность несколько больше, – но кому нужна такая температура радиаторов, когда на улице мороз? Да и 55 градусов явно недостаточно….)

Как отапливать дом, когда на улице холодно? Для отопления дома в тепловом насосе «Воздух-вода» вмонтирован электротен, который и выдаст недостающие 6 – 7 кВт для отопления. Т.е. все это нагромождение технологий в хороший мороз превращается в простой электрокотел.

Когда на улице плюс 5 – 10 градусов, то для отопления дома нужно всего лишь пару киловатт энергии. Но теперь насос может выдать заявленные 10 кВт, которые не нужны. При этом потребляет 3,5 кВт электроэнергии, т.е. его реальный коэффициент преобразования намного меньше единицы (для дома забирается всего 2 кВт).

Отсутствие окупаемости у воздушного теплового насоса

Сгладить ситуацию может применение еще одной дорогостоящей вещи – теплоаккумулятора, который позволит запускаться насосу кратковременно, но на полную мощность с коэффициентом 4 — 5. Как работает теплоаккумулятор

Оптимальной для насоса является температура воздуха примерно от минус 5 градусов до 0, когда его коэффициент преобразования составит 2,5 – 3,0.
При температурах воздуха ниже 8 градусов С более 50 процентов энергии будет вырабатываться за счет электротена.

Для климата средней полосы, где морозы не редкость (20 дней в году ниже 10 градусов), если посчитать стоимости оборудования и потребление электроэнергии, то трудно отыскать даже окупаемость, в сравнении с самым дорогим отоплением – электричеством.

С магистральным газом вообще не сравнимые…. Там где в основном температура зимой находится в пределах -5 — +5 градусов картина несколько иная, но тоже далеко не блестящая.

Учитывая техническую сложность, поломки, забор энергии на оттаивание в мороз (есть и такое, о чем молчат продавцы), то на сегодняшний день тепловой насос «Воздух-вода» является скорее дорогостоящей игрушкой требующей затрат и ухода.

Где применяются тепловые насосы

У нас фирмы-установщики тепловых насосов держатся на одной рекламе.
При существующих наших тарифах на газ и электричество устанавливать тепловые насосы не выгодно.

А что в Европе? А в странах запада тепловой насос набирает популярность с каждым годом. И государства стимулируют его внедрение путем компенсации части стоимости оборудования – примерно 1/5. Тарифы на газ и на электричество там в разы больше наших. Морозы меньше.

Поэтому стоимость теплового насоса по сравнению с расходами на обычное отопление электричеством или газом в Европе не является слишком большой. В странах Европы установка теплового насоса сейчас выгодна. У нас – нет.
Можно отапливать дом твердым топливом и электричеством ]

Тепловой насос: есть ли смысл его устанавливать в частном доме

Про тепловой насос вспоминают довольно редко. Многим почему-то кажется, что это оборудование чересчур мудреное или слишком дорогое. Но это чистой воды заблуждение. И бытует оно из-за непривычности данных систем.

Однако тепловой насос не так уж и сложен. И, пожалуй, для многих семей он вполне доступен. Более того, со временем он может превратиться даже в определенное средство экономии. Надеемся, что вы и сами придете к этим выводам, прочитав нашу статью.

Воздушный тепловой насос

Тепловой насос: принцип действия при отоплении дома

В основе работы тепловых насосов лежит принцип Карно. Этот же принцип используется холодильниками и кондиционерами.

Тепловой насос, применяемый для отопления, обеспечивает перенос тепла. Причем потребитель получает это тепло извне. Где температура бывает более низкой. То есть потребляется тепло природное. А не то, которое мы привыкли получать путем сжигания топлива.

Как работает тепловой насос

Охлажденный теплоноситель циркулирует во внешнем контуре. Причем, он повышает собственную температуру, забирая тепло из окружающей среды. Затем теплоноситель поступает в испаритель. Там он передает аккумулированное тепло хладагенту, находящемуся во внутреннем контуре агрегата.

Из-за своих специфических свойств хладагент закипает, постепенно переходя в газообразное состояние. Кипение начинается, когда температура достигает -5°С. То есть жидкость трансформируется в газ.

Тепловой насос - принцип работы

Затем в работу вступает компрессор. Его, по сути, можно назвать вторым теплообменником. Потому что этот агрегат обеспечивает передачу тепловой энергии в рабочую жидкость системы отопления.

Вполне понятно, что в составе агрегата имеются и другие устройства. Но их мы не упоминаем, чтобы не усложнять понимание процесса.

В чем состоит основное достоинство теплового насоса

Конечно, тепловой насос для своей работы нуждается в электричестве. Однако объем потребленной электроэнергии существенно меньше количества произведенной им энергии тепловой. Например, компрессор и насос могут потреблять 5,5 кВт/час, производя тепла 17 кВт/час. Пожалуй, столь высокий КПД и представляет собой основное достоинство теплового насоса.

Какие источники тепла может использовать тепловой насос

Тепловые насосы извлекают тепло практически из любых природных источников, способных накапливать солнечную радиацию. В результате и сами агрегаты различают, исходя из типа используемого ими источника.

Грунт

В принципе, грунт является наиболее стабильным накопителем тепла. Пожалуй, многим из вас известно, что на некоторой глубине температура всегда положительная. Но для большей ясности уточним, например, что:

  • на глубине около 6 м температура практически постоянно держится на уровне +5°С…+8°С;
  • с достижением глубины 10 м температура остается постоянной. И равняется +10°С.

Отбор тепла из грунта можно производить двумя способами:

С помощью горизонтального грунтового коллектора

Как правило, коллектор – это обычная горизонтальная труба. В ее полости циркулирует теплоноситель. Эту коллекторную трубу можно укладывать на разных глубинах. Причем руководствоваться следует конкретными соображениями:

  • хотите, чтобы коллектор не оказался в промерзающей толще – 1,5÷1,7 м;
  • делаете ставку на стабильность температуры – 2÷3 м;
  • есть желание быстрее воспользоваться весенним прогревом – 1÷1,2 м.

Однако эти соображения должны, конечно, основываться на местных реалиях.

Читайте также:  Установка охранно-пожарной сигнализации: монтаж ОПС для дома или квартиры с датчиком утечки газа, схема подключения,

Тепловой насос - горизонтальный коллектор

Порой для большей эффективности тепловой насос снабжается двухслойным горизонтальным коллектором.

Величина удельного теплосъема во многом определяется структурой грунта. Если эта цифра вас интересует, ее всегда можно найти в справочниках или в интернете. Однако чтобы сориентировать вас, можем уточнить следующее. Чтобы отопить дом в 100 м 2 , потребуется отвести под коллектор участок площадью в 400 м 2 . И это если участок влажно-глинистый. То есть обеспечивающий максимальный теплосъем.

Что же касается участка, где находится коллектор, то эксплуатировать его нельзя. На нем допускается только разбивка клумб и разведение цветов.

Таким образом, понятно, что позволить себе подобную эксплуатацию участка могут немногие.

С помощью вертикального грунтового зонда

Грунтовый зонд представляет собой систему труб, заглубляемую метров на 50-150. В принципе, площадь при этом занимается небольшая. Но обустройство зонда обходится очень дорого.

Однако стоит отметить и достоинство подобной системы. Это большая величина теплосъема и более высокая стабильность температуры.

Тепловой насос – вертикальный коллектор

Вода как источник тепла в тепловом насосе может использоваться разными способами.

Коллектор в незамерзающем водоеме

Для установки коллектора можно использовать реку, море или озеро. Тепловая энергия этих водоемов очень велика. Поэтому и способ этот считается более экономичным и выгодным.

Однако подобной установкой коллектора могут воспользоваться только те, кто проживает поблизости от подходящего водоема. На расстоянии, не превышающем 50 м. В противном случае эффективность установки утрачивается.

Тепловой насос - водяной коллектор

Установка коллектора в канализационные стоки или в сбросовую воду

Стоки можно успешно использовать для обогрева не только частных домов, но и многоэтажек. Даже предприятий. И этот способ уже успешно используется в некоторых городах.

Воздух

Воздушный тепловой насос отличается, пожалуй, самой простой конструкцией. Он не нуждается в коллекторе. Окружающий воздух поступает непосредственно к испарителю. Там он отдает содержащееся тепло хладагенту. От которого тепловая энергия передается теплоносителю, циркулирующему внутри дома. Как правило, таким теплоносителем является воздух, подаваемый в фанкойлы. Или вода, подогревающая теплый пол или радиаторы.

Воздушный тепловой насос

Где можно использовать воздушный тепловой насос

Такой тепловой насос можно установить с минимальными затратами. Однако здесь имеется одно существенное «НО». Производительность агрегата во многом определяется температурой внешнего воздуха:

  • если зимы в регионе теплые (+5°С…0°С), тепловой насос является очень экономичным источником тепла;
  • если зимняя температура достигает -15 °С и даже опускается ниже, то тепловой насос оказывается бессмысленным. Выгоднее пользоваться обычными электрообогревателями или котлом.

Насос зимой

Тепловой насос и его характерные особенности

Высокий уровень эффективности

В тепловом насосе в электричестве нуждается только компрессор. Для других элементов оно не нужно. При проведении даже приблизительных расчетов можно убедиться в том, что при получении 1 кВт тепла потребуется только 250 Вт электроэнергии. В результате можно заключить, что КПД теплового насоса составляет 400%!

Если это соотнести с суммарной сезонной стоимостью обогрева дома, то цифра кажется фантастической. Однако при более близком рассмотрении особенностей работы насоса можно поверить в ее реальность.

Что дает полная независимость от топливных ресурсов

  • Во-первых, организовать отопление можно практически повсюду.
  • Во-вторых, потребитель освобождается от затрат на топливо. Поскольку тепловой насос берет энергию из окружающей среды.
  • В-третьих, исчезает необходимость создания запасов топлива и его складирования.

Запас дров

  • В-четвертых, агрегаты данной группы не относятся к объектам повышенной опасности. В принципе, установку насоса можно произвести своими руками.

Универсальность использования

Тепловой насос способен играть роль кондиционера. Чего не скажешь, конечно, о котле отопления. То есть какое-то дополнительное климатическое оборудование оказывается попросту ненужным. И данный свойство следует рассматривать как дополнительный момент экономии.

Свободный выбор схемы и способа установки

Если монтировать отопление в жилом доме на основе теплового насоса, то согласований не требуется. И это является существенным плюсом. Поскольку связываться с бюрократической машиной не придется.

Бюрократическая волокита

Тепловой насос как средство отопления: достоинства системы и ее недостатки

Тепловой насос совсем не является чем-то новаторским и высокотехнологичным. Эти системы широко используются в Европе, Японии и США. Даже во времена Советского Союза некоторые экспериментальные объекты отапливались тепловыми насосами.

В качестве примера можно привести ялтинский санаторий «Дружба». Где теплонасосные системы начали работать еще в 80-е годы прошлого века. И успешно работают до сих пор. Причем с их помощью выполняется:

  • обогрев всех помещений;
  • обеспечение горячей водой;
  • подогрев воды в бассейне;
  • охлаждение в летнее время.

Санаторий Дружба

Отопительные системы с тепловым насосом и их достоинства

Насос в зимнее время

  1. Экономное потребление энергии. Тепловой насос не нуждается ни в газе, ни в дизтопливе. А электроэнергии потребляется меньше, чем производится тепла.
  2. Отсутствие существенных затрат на техобслуживание. В принципе, агрегат практически в нем не нуждается.
  3. Возможность установки в любом регионе. При условии правильного выбора источника низкотемпературного тепла (воздух, вода или грунт).
  4. Тепловой насос позволяет полностью автоматизировать систему. В отличие твердотопливных и дизельных котлов, за его работой можно не следить.
  5. Можно уехать, оставив систему в рабочем состоянии. Она точно не замерзнет. Более того, ее можно перевести в экономичный режим, поставив на минимальный подогрев.
  6. Полная экологическая безопасность. Какие бы то ни было выбросы отсутствуют. А используемые хладагенты совершенно безопасны.
  7. Полная пожаро- и взрывобезопасность. Чего не скажешь о котлах отопления.
  8. Тепловой насос способен работать и при температуре -15°С. Поэтому мнение о том, что он может функционировать только там, где зимы теплые, ошибочно.
  9. Универсальность агрегата. Его можно использовать как для отопления, так и для охлаждения.
  10. Долговечность. Если тепловой насос получает должный уход, то его капитального ремонта не потребуется почти полвека. Правда каждые лет 20 придется менять компрессор.

Недостатки отопительных систем с отопительным насосом

Фанкойл

  • Большой объем первоначальных капиталовложений. Как правило, стоимость самого насоса составляет от 200 до 700 тысяч ₽. Кроме того, значительны затраты и по обустройству геотермальной системы. Зачастую они равняются стоимости агрегата. Исключением является тепловой насос воздушного типа. Проведения дополнительных работ он практически не требует. Таким образом, если появилась мысль по установке теплового насоса, следует реально оценить обстановку. Если, например, подведение газа обойдется столько же, сколько и теплонасосная система, то предпочтение лучше отдать именно ей.
  • В очень холодных регионах требуется установка бивалентной системы отопления. То есть тепловой насос следует продублировать другим способом отопления. Который будет использоваться при температуре ниже -20°С.
  • Наибольшую эффективность тепловой насос демонстрирует, если в системе используется низкотемпературный теплоноситель. Это может быть теплый пол или фанкойлы.
  • Грунтовые и водяные коллекторы тепловых насосов понижают температуру соответствующей среды. А это сказывается на ее температурном балансе и населяющих организмах. Но необходимо подчеркнуть, что наносимый ущерб минимален.

Итак, принимая решение, следует взвесить все аргументы за тепловой насос и против него. В принятии решения вам наверняка поможет и вот это видео

Окупаемость систем отопления с тепловым насосом

Пожалуй, самым доступным по стоимости и расходам на установку можно считать тепловой насос воздушного типа. При написании статьи мы старались найти отзывы пользователей по этим системам. И вот что оказалось.

В условиях, характерных для Московской области, пользование воздушным тепловым насосом является полностью оправданным. Причем окупаемость инвестиций, по словам реальных людей, составляет 2-3 года.

Задавайте вопросы в комментариях, делитесь своим опытом, так же принимается любая конструктивная критика, готов обсуждать. Не забывайте делиться полученной информацией с друзьями.

Тепловые насосы чересчур дороги, чтобы у себя их устанавливать. Может потом когда-то и станут они подешевле и интереснее

Тепловой насос для дома: сравниваем «за» и «против» перед покупкой

Тепловой насос для дома

Если Вы задумались о новой системе отопления и охлаждения частного дома, если Вы хотите уменьшить сумму квитанций за энергопотребление, то обязательно рассмотрите вариант использования теплового насоса.

Тепловой насос поможет обеспечить круглогодичный «климат-контроль» в Вашем домовладении, снабжая его теплом в холодные зимние месяцы и охлаждая как кондиционер в летнюю жару. Некоторые модели тепловых насосов также могут работать в системе горячего водоснабжения. Вообще говоря, использование теплового насоса в качестве единственного нагревательного прибора в частном доме может быть не совсем экономично. Гораздо эффективнее он в будет в совместной работе с другими «поставщиками тепла», такими как газовые, дизельные или электрокотлы.

Если у Вас в доме уже есть функционирующая отопительная система, работающая на дизеле или электричестве, то, дополнив ее тепловым насосом, Вы сможете получить ощутимую выгоду и экономию от снижения электропотребления.

Перед покупкой теплового насоса нужно хорошенько взвесить все за и против. С одной стороны, тепловые насосы могут потреблять меньше энергии, чем другие системы отопления и охлаждения, но и цена их приобретения достаточно велика. Таким образом, нужно сравнить цену на энергоресурсы, за счет которых планируется экономия, и первоначальные затраты на приобретение оборудования.

Важно понимать, что наибольшую экономию тепловые насосы приносят именно тогда, когда используются круглогодично. Покупать тепловой насос целесообразнее, когда Вы заинтересованы и в отоплении, и в охлаждении в зависимости от времени года.

Помимо сопоставления основных затрат на приобретение, нужно рассмотреть еще ряд важных вопросов, например:

  • достаточно ли места для оборудования?
  • бывают ли перебои с электричеством и как часто?
  • требуется ли переделка системы вентиляции?
  • какого обслуживания требует тепловой насос и сколько оно будет стоить?

Если Вы достаточно осведомлены обо всех этих аспектах работы систем отопления и охлаждения, Вам будет легко сделать правильный выбор. В нашем обзоре мы опишем несколько аспектов, касающихся выбора, монтажа, функционирования этого оборудования и немного поговорим об особенностях энергопотребления тепловых насосов в сравнении с другими электрическими отопительными приборами.

Что такое тепловой насос и принцип его работы?

Тепловой насос представляет собой электрическое оборудование, которое вырабатывает тепло из окружающей среды и доставляет его в назначенное место. Нельзя сказать, что эта технология нова, она уже десятилетиями активно используется по всему миру. Кстати, самыми известными примерами использования этой технологии являются ставшие уже привычными кондиционеры и холодильники.

Устройство воздушного теплового насоса (воздух-вода)

Устройство воздушного теплового насоса (воздух-вода)

Остановимся подробнее на принципе действия этого оборудования. Тепловые насосы вырабатывают тепло, прогоняя жидкость под названием хладагент через цикл «испарение-конденсация». Компрессор гонит хладагент по теплообменным трубкам. В одной части теплообменника при низком давлении хладагент испаряется, вытягивая тепло из окружающей среды. В другой части теплообменника хладагент конденсируется при высоком давлении, и при этом происходит выделение тепла, набранного в предыдущем этапе цикла. Холодильники и кондиционеры – это тепловые насосы, работающие только в режиме охлаждения. Так, кондиционер вытягивает тепло из воздуха внутри помещения и перемещает его наружу. При этом цикл работы теплового насоса является обратимым, что позволяет обеспечивать круглогодичный температурный контроль в доме: отопление — зимой и охлаждение – летом.

Воздух - вода тепловой насос JUNKERS

Воздух — вода тепловой насос JUNKERS

Поскольку земля и воздух снаружи дома всегда содержит некоторое количество тепла, тепловой насос может отапливать помещения даже в холодный, зимний период. Ведь в действительности, воздух при температуре –18°C содержит около 85 процентов от того количества тепла, которое находится в воздухе при температуре 21°C. Воздушный тепловой насос впитывает тепло снаружи здания даже зимой и выталкивает тепло летом. Сегодня этот тип насосов является наиболее популярным на рынке. Тем не менее, тепловые насосы типов земля-вода и земля-воздух, также называемые геотермальными, которые берут тепло из земли или грунтовых вод, также получают повсеместное распространение.

Табл. 1. Наиболее известные фирмы-производители тепловых насосов различных типов.

Фирмы, предлагающие тепловые насосы типа:

Перечень приведенного оборудования очень приблизителен; фирмы или бренды, указанные в таблице, часто выпускают не один, а несколько типов тепловых насосов с различными принципами действия и техническими характеристиками.

Устройство геотермального теплового насоса

Устройство геотермального теплового насоса

Цены наиболее бюджетных и малопроизводительных насосов типа воздух-воздух могут начинаться с нескольких десятков тысяч рублей. И напротив, мощные, высокотехнологичные модели геотермальных насосов, вытягивающих энергию из воды и земли, могут стоить сотни тысяч рублей. А помимо затрат на закупку самого оборудования для этих моделей очень велики могут быть затраты на подготовительные строительные работы, бурение скважин, установку и наладку, которые осуществляются только специализированными монтажными организациями.

Геотермальный тепловой насос

Геотермальный тепловой насос

Тепловые насосы. Общие понятия и терминология

Вот несколько наиболее употребительных терминов и понятий, которые всегда встречаются при изучении тепловых насосов. Начнем с детализации основных компонентов прибора и их функций.

Основные составляющие компоненты системы теплового насоса.

Хладагент – это жидкая или газообразная субстанция, циркулирующая внутри теплового насоса и в различных состояниях впитывающая, транспортирующая и выделяющая тепло.

Обратный клапан контролирует движение потока хладагента и переключает его из режима нагрева в режим охлаждение и обратно.

Теплообменник – это петля или петли из трубопроводов, в которых происходит трансформация тепла.

Испаритель – это участок трубопроводов, где хладагент втягивает тепло из окружающей среды и доходит до температурной точки, в которой он превращается в пар. Некоторые модели тепловых насосов также снабжены аккумулятором, в котором собираются не испарившиеся излишки.

Благодаря компрессору молекулы хладагента снова сжимаются вместе, повышая его температуру. В конденсаторе хладагент отдает тепло и снова становится жидкостью.

Расширительное устройство понижает давление, созданное компрессором, что вызывает температурный сброс и превращение хладагента в смесь из низкотемпературного пара и жидкости. Эта область высокого давления, своеобразный воздушный отсек, составная часть системы распределения охлажденного или нагретого воздуха по всему дому. Обычно он располагается над или в непосредственной близости от теплообменника

Btu/час, или единица тепла в час – это показатель выработки тепла обогревательной системы. Один Btu равняется количеству тепловой энергии, выделяемой маленькой свечкой, из тех которые вставляют в торт, когда у кого-нибудь день рождения. И вот эквивалентом Btu как раз и будет количество тепловой энергии, выделяемой этой свечкой в течение часа.

Отапливаемые градус-дни – еще одно специфическое понятие, имеющее отношение к функционированию тепловых насосов. Отапливаемые градус-дни отражают погодные условия. Один градус-день считается как один градус, на который средняя суточная температура ниже базовой отметки в 18°C. Например, если средняя температура за какой-либо день была 12°C, то этому дню будет присвоена отметка в -6 градус-дней. Общегодовая сумма считается методом простого калькулирования каждодневных показателей.

Квт, или киловатт равен 1000 ваттам. Это единица энергетической мощности, которую потребляют 10 лампочек на 100 ватт.

Коэффициент эффективности работы теплового насоса – это показатель, отражающий его производительность. Коэффициент получают путем деления выработки тепловой энергии на количество потребленного электричества, необходимого для работы насоса при определенном температурном режиме. Чем выше этот коэффициент, тем эффективнее работает насос. Этот показатель можно сравнивать с эффективностью работы дизельных и газовых котлов.

Сезонный фактор производительности показывает совокупную выработку энергии тепловым насосом в единицах Btu за весь отопительный сезон в отношении к общему количеству потребленной электроэнергии в ваттах за аналогичное время.

Точка термального баланса – это температура, при которой количество вырабатываемого насосом тепла равняется количеству тепла, которое теряет дом. В этой точке тепловой насос вырабатывает ровно столько тепла, сколько требуется для обогрева дома. Когда уровень опускается ниже данной точки, системе требуются дополнительные источники тепла.

Точка экономического баланса – это температура, при которой стоимость тепловой энергии, обеспечиваемой насосом, совпадает со стоимостью тепловой энергии от других отопительных систем (дополнительных энергетических источников). Ниже этой точки использование теплового насоса экономически нецелесообразно.

Почему нужно хорошенько подумать перед приобретением теплового насоса?

Системы экономичного энергопотребления в домашних тепловых насосах делают их достаточно эффективными средствами для обогрева и охлаждения, что помогает снижать расходы на энергоресурсы. Но при этом идея инвестирования в эффективную отопительную систему теряет всякий смысл, если сам дом не держит тепло, и оно уходит через плохо утепленные стены, крышу, окна и двери или просачивается через трещины и дыры.

В некоторых случаях вместо замены или усовершенствования отопительной системы лучшим вариантом будет определить и минимизировать утечку тепла или повысить термальный уровень действующего оборудования. Летнее охлаждение посредством теплового насоса может даже увеличить Ваши счета за электричество, особенно если до этого дом не был оснащен централизованной системой кондиционирования.

Перед покупкой теплового насоса нужно рассчитать приблизительные расходы на его обслуживание, функционирование и возможный ремонт и сопоставить их с той экономией энергоресурсов, которые Вы планируете достичь с помощью теплового насоса. Перечень расходов для удобства можно объединить в смету, сделав ее на бумаге от руки или на компьютере.

В этом расчете нужно выделить расходы на электроэнергию в кВт, потребляемую тепловым насосом (рассчитывается на основании нормативных технических характеристик), издержки по монтажу и пусконаладочным работам и, наконец, стоимость самого оборудования с учетом доставки и других побочных платежей. Рассмотрим примерный расчет издержек на установку, содержание и обслуживание грунтового теплового насоса в сравнении со стандартным газовым котлом (при условии отсутствия подведенных газовых коммуникаций).

Таблица 2. Примерный перечень инвестиционных и эксплуатационных затрат на разные типы отопительных систем.

1Грунтовый тепловой насосГазовый котел
1.1Стоимость 1 кВт-ч тепловой энергии
1-2 руб.0,6-1 руб.
1.2.Инвестиционные затраты
1.2.2.ОборудованиеОборудование
100-200 т.р.50-100 т.р.
1.2.3.Строительные работыПодвод газа
50-100 т.р.400 т.р.
1.2.4.Вспомогательные затратыУстановка газгольдера
50-100 т.р.300 т.р.
1.2.5.Монтажные и наладочные работы
50-70 т.р.10-30 т.р.
1.2.6.Ежегодное техническое обслуживание
10-15 т.р4-8 т.р.

Схематичность и неточность данного наброска с ценами и тарифами очевидна и объясняется тем, что в каждом индивидуальном случае расходы по тем или иным статьям могут сильно варьироваться. Так, если коттеджный поселок, в котором или рядом с которым располагается частный дом, уже газифицирован, то расходы на подключение будут менее значительными, чем в расчете. А если дом построен, как это сейчас модно, на природе, так сказать, вдали от цивилизации, тогда тянуть туда газ может оказаться не только экономически нецелесообразно, а просто невозможно.

В любом случае решение о приобретении той или иной модели теплового насоса принимается собственником исходя из климатических условий, из имеющихся и потенциально доступных источников энергии, из наличия или отсутствия действующей отопительной системы, а также комплекса прочих факторов. В настоящее время это направление считается весьма перспективным, и многие владельцы частных домов сегодня отдают предпочтение новым отопительным технологиям, к числу которых также относятся тепловые насосы.

Мифы о тепловых насосах и почему это неправда

Ежегодно в Европе производят и устанавливают сотни тысяч тепловых насосов (ТН), в отдельные годы объемы доходили до миллиона. В России же эта цифра составляет всего около 500 единиц. Удивительно, но технология, которая получила признание и распространение по всему миру, пока воспринимается в нашей стране как дорогая нефункциональная экзотика, обросшая мифами и легендами. Самые распространенные из них рассмотрим ниже.

Миф № 1 Тепловой насос можно собрать самостоятельно, нет смысла его покупать и переплачивать за бренд

Факты. Механизм действия ТН действительно прост – они работают по принципу холодильника, только наоборот. Этот привычный всем агрегат, который есть на любой кухне, забирает лишнее тепло из продуктов и выводит его через заднюю стенку, которая всегда остается горячей. Действие и насосов, и холодильников основано на законах физики, которые гласят, что запасом тепловой энергии обладает любое тело с температурой выше нуля. Если охладить это тело, освобождается определенное количество энергии, которое можно «забрать». Например, при охлаждении пяти литров воды с 10 до 0 °С выделится 1,9 МДж тепловой энергии. Но холодильник «выбрасывает» это тепло в никуда, а насос отдает в систему отопления.

«В основе конструкции любого теплового насоса лежат теплообменники, компрессор, испаритель и расширительный клапан – это и породило миф о том, что данное оборудование можно собрать своими руками, просто соединив указанные элементы. Результат закономерно оказывается “не очень”, агрегаты или не работают, или работают крайне плохо, – поясняет Сергей Соловьев, специалист компании Viessmann, лидера инноваций в области отопления. – На самом деле тепловой насос – это сложная инженерная система, оснащенная автоматикой, контроллерами, защитами. Такие насосы будут служить по 20–25 лет, не требуя никакого особенного ухода и расходов на обслуживание».

Миф № 2 Покупка и установка теплового насоса обойдется в шесть – восемь раз дороже, чем отопительный котел и подключение к магистральному газопроводу

Факты. Подключение к магистральному газу далеко не всегда предпочтительный и бюджетный вариант. Удаленность от магистрали более чем на 200 метров делает это мероприятие «золотым», так как стоимость прокладки газовой трубы от дома до точки врезки в газопровод колеблется от двух до пяти тысяч рублей за метр в зависимости от региона. Таким образом, подключение к магистральному газу для Московской области с учетом прокладки труб, проектирования и врезки может начинаться от 400 до 700 тысяч рублей, для Нижнего Новгорода – от 150 до 200 тысяч.

Читайте также:  Стиль барокко в архитектуре и инструкция по декорированию фасада пошагово

При невозможности использовать магистральный газ домовладелец обычно встает перед выбором: электрокотел за 120 тысяч рублей или тепловой насос? Но ведь насосы – дорого, от полумиллиона…

На самом деле довольно больших капитальных затрат на этапе покупки и монтажа требуют только геотермальные насосы. Те, что используют в качестве источника тепловой энергии грунт или грунтовые воды. Это связано с особенностями технологии: для их установки необходимы либо проектирование и укладка горизонтального коллектора, либо проведение буровых работ, если предусмотрены вертикальные зонды. Например, чтобы обеспечить теплом коттедж площадью 200 м² с помощью геотермального насоса, потребуется уложить коллектор на участке площадью четыре – шесть соток. Или пробурить три скважины для зондов на расстоянии пять-шесть метров друг от друга (по 80 метров глубиной каждую).

При установке теплового насоса затраты будут гораздо ниже за счет отсутствия дорогостоящих земляных работ. Например, модель Vitocal 100 S производителя устанавливается так: наружный блок располагается на внешней стене здания или на прилегающей территории, внутренний – в подвале или подсобке дома. Система в заводской комплектации уже оснащена всеми необходимыми компонентами: трехходовым переключающим клапаном, циркуляционным насосом, расширительным баком, контроллером теплового насоса. Стоимость таких насосов – от 280 тысяч рублей.

Миф № 3 Энергоэффективность тепловых насосов сильно преувеличена, они не окупаются

Факты. Тепловой насос, равно как и электрокотел, работает от электричества. Но в несколько раз эффективнее. Во сколько именно – зависит от коэффициента преобразования каждого конкретного теплового насоса, то есть от отношения полученного тепла к количеству электроэнергии, затраченной на работу компрессора насоса. И если котел выдает столько же тепла, сколько потребляет электричества, то тепловой насос «съедает» в три – шесть раз меньше. Например, для выработки 8 кВт/ч тепловой энергии геотермальной установке потребуется всего 2 кВт/ч электричества – ее коэффициент преобразования равен 4–4,5. В воздушных насосах в среднем за год – около 3.

Для полного развенчания мифа о низкой энергоэффективности тепловых насосов достаточно провести схематичный расчет.

Возьмем для примера дом площадью 150 м² в Подмосковье. Чтобы обеспечивать его теплом в течение семи месяцев отопительного сезона, электрокотлу потребуется около 37 800 кВт/час энергии. Тепловой насос с коэффициентом преобразования 4 потребит 9450 кВт/час. Тариф на электроэнергию в Московской области составляет 3,77 рубля за киловатт-час. Выходит, что отопительный сезон владельцу электрокотла обойдется в 142,5 тысячи рублей, а владельцу теплового насоса – в 36,6 тысячи.

Таким образом, если для обогрева дома используются воздушные ТН, то они окупятся буквально за 2–3 года. Геотермальные установки, начальными капитальными вложениями в которые всех активно пугают, окупаютсяi на десятый год использования.

Миф № 4 Тепловые насосы работают только при плюсовой температуре

Факты. В Швеции, где не менее суровая зима, чем в России, ТН установлены в каждом втором жилом доме. В соседней с ней Финляндии дома обогревают более 800 тысяч тепловых насосов, которые производят до 7 ТВт-ч возобновляемой энергии в год. Как – если они не работают при минусовых температурах?

«Это популярное заблуждение, – рассказывает Сергей Соловьев, Viessmann. – Связано с незнанием того факта, что в любой местности грунт имеет точку промерзания, после которой его температура всегда будет положительной. Даже в Архангельске в январе. Именно поэтому коллекторы грунтовых ТН укладываются ниже точки промерзания, на глубину 1,5–2 метра, там всегда “плюс”. Что касается воздушных тепловых насосов, то они могут работать при отрицательных температурах воздуха. Например, мы специально адаптировали систему Vitocal 100 S для эксплуатации в России, встроив подогреватель в поддон наружного блока. Он предотвращает замерзание конденсата зимой, и благодаря этому систему можно использовать при температуре до – 20 °C».

Чтобы правильно выбрать тепловой насос, нужно учитывать особенности каждой системы. Коэффициент эффективности грунтовых ТН в любое время года будет 4,5–5. У воздушных установок этот показатель снижается вместе с температурой на улице. При нуле эффективность системы «воздух – вода» – около 3,5, а при –20 °С COP равен 1,5–1,9. Следовательно, для южных регионов больше подойдут воздушные установки, а для суровой зимы – геотермальные системы.

Миф № 5 Тепловые насосы наносят ущерб экологии

Факты. Неправильно спроектированный коллектор геотермального насоса может привести к перемораживанию грунта – это, пожалуй, все, чем способно навредить природе использование ТН. И дело даже не в самом насосе, а в ошибках проектирования и монтажа, которых можно избежать, обращаясь в проверенные организации.

Что касается всего остального, то не зря тепловые насосы признаны одной из самых экологичных технологий. Например, в Европе, где политика сохранения невозобновляемых ресурсов стоит во главе угла, на государственном уровне стимулируют внедрение тепловых насосов. При работе этих систем в атмосферу не выбрасываются вредные окислы, а на почву не оседают вредные кислоты и бензольные соединения. Безопасны ТН и для человека, так как конструктивно не содержат никаких элементов, которые могут перегреться или взорваться, не требует дозаправок и пожароопасных резервуаров с запасами топлива. По уровню безопасности тепловые насосы считаются эквивалентными обычной домашней бытовой технике типа стиральных машин и холодильников.

Основными факторами, которые сдерживают популярность тепловых насосов в России, специалисты называют дефицит объективной информации об этих системах, относительно небольшую стоимость газа и отсутствие государственных программ по стимулированию внедрения энергоэффективного оборудования. Однако в условиях постоянного роста тарифов и повышения экологической грамотности потребитель все внимательнее присматривается к тепловым насосам, обеспечивающим полную автономию от центральных систем отопления и возможность более экономно расходовать средства на содержание дома.


i COP (coefficient of performance) – коэффициент преобразования, показывающий, во сколько раз больше тепловой насос выдает энергии относительно затраченной. Согласно стандарту 14511, при определении COP учитывается вся электроэнергия, потребляемая тепловым насосом: компрессором, контроллером, вентилятором (в случае воздушных тепловых насосов), а также энергия на преодоление гидравлического сопротивления теплообменников и выходная тепловая мощность. Показатель СОР геотермальных насосов обычно 4,5–5, в воздушных он зависит от температуры наружного воздуха.

Тепловой насос в отоплении дома

Тепловой насос в отоплении дома

Тепловой насос (ТН) – это устройство, которое осуществляет перенос, трансформацию и преобразование тепловой энергии. По принципу работы он схож с известными всем приборами и оборудованием, такими как холодильник или кондиционер. В основе функционирования любого ТН лежит обратный цикл Карно, названного в честь известнейшего французского физика и математика Сиди Карно.

Принцип работы теплового насоса

Изучим более подробно физику процессов работы данного оборудования. Тепловой насос состоит из четырех основных элементов:

  1. Компрессор
  2. Теплообменник (конденсатор)
  3. Теплообменник (испаритель)
  4. Соединительная арматура и элементы автоматики.

Компрессор необходим для сжатия и перемещения хладагента по системе. При сжимании фреона его температура и давление резко повышается (развивается давление до 40 бар, температура до 140 С), и в форме газа с высокой степенью сжатия он поступает в конденсатор (адиабатический процесс, т.е. процесс в котором система не взаимодействует с внешним пространством), где передает энергию потребителю. Потребителем может выступать как непосредственно среда, которую необходимо обогреть (например, воздух в помещении), так и теплоноситель (вода, антифриз и т.д.), который далее распределяет энергию по системе отопления (радиаторы, теплые полы, обогреваемые плинтуса, конвекторы, фанкойлы и прочее). Температура газа при этом, естественно понижается, и он меняет свое агрегатное состояние с газообразного на жидкостное (изотермический процесс, т.е. процесс, протекающий при постоянной температуре).

Далее хладагент в жидком состоянии поступает в испаритель, проходя через терморегулирующий вентиль (ТРВ), необходимый для уменьшения давления и дозирования поступления фреона в испарительный теплообменник. В следствии снижения давления при прохождении каналов испарителя осуществляется фазовый переход, и агрегатное состояние хладагента снова меняется на газообразное. При этом энтропия газа снижается (исходя из теплофизических свойств фреонов), что приводит к резкому падению температуры, и происходит «отъем» тепла у внешнего источника. В качестве внешнего источника может выступать уличный воздух, недра земли, реки, озера. Далее охлажденный газообразный фреон возвращается в компрессор, и цикл повторяется снова.

Фактически получается, что тепловая машина сама не производит выработку тепла, а является устройством по перемещению, модифицированию и видоизменению энергии от окружающей среды в помещение. Однако для этого процесса необходима электроэнергия, основным потребителем которой выступает компрессорный агрегат. Соотношение полученной тепловой мощности к затраченной электрической называется коэффициентом преобразования (СОР). Он меняется в зависимости от типа ТН, его производителя, прочих факторов и варьируется в пределах от 2 до 6.

В настоящее время в качестве хладагента используются озонобезопасные фреоны различного типа (R410A, R407C), которые наносят минимальный ущерб окружающей среде.

В современных тепловых машинах используются компрессоры спирального типа, которые не требуют обслуживания, в них практически отсутствует трение, и они могут безостановочно проработать 30-40 лет. Это обеспечивает долгий срок службы всего агрегата. Так, например, у немецкой фирмы Stiebel Eltron есть ТН, проработавшие без капитального ремонта с начала 70-х годов прошлого века.

Типы тепловых насосов

В зависимости от сред используемых для отбора и перераспределения энергии, а так же конструктивных особенностей и способах применения, различают четыре основных типа ТН:

Тепловой насос «воздух – воздух»

отопление штибель

В качестве низкопотенциального источника энергии, данный тип оборудования использует уличный воздух. Внешне он не отличается от обычной сплит – системы кондиционирования, однако имеет ряд функциональных особенностей, позволяющих ему работать при низких температурах (до -30 С) и «изымать» энергию из окружающей среды. Обогрев дома осуществляется непосредственно теплым воздухом, нагреваемом в конденсаторе теплонасоса.

Достоинства ТН «воздух – воздух»:

  • Невысокая стоимость
  • Малое время монтажных работ и сравнительная простота установки
  • Отсутствие возможности утечки теплоносителя

Недостатки:

  • Значительное снижение СОР при низких температурах (до 1,2)
  • Устойчивая работоспособность до -20 С
  • Необходимость установки внутреннего блока в каждую комнату или организацию системы воздуховодов для подачи нагретого воздуха во все помещения.
  • Невозможность получения горячей воды (ГВС)

На практике, такие системы применяются для сезонного жилья и не могут выступать в качестве основного источника обогрева.

Тепловой насос «воздух – вода»

воздух вода.png

По своему принципу действия схожи с предыдущим типом, однако они нагревают не напрямую воздух внутри помещения, а теплоноситель, который в свою очередь используется для отопления дома и приготовления ГВС.

Достоинства ТН «Воздух – вода»:

  • не требует организация «внешнего контура» (бурения)
  • надежность и долговечность
  • высокие показатели эффективности (СОР) в осенний и весенний периоды

Недостатки ТН:

  • Значительное снижение СОР при низких температурах (до 1,2)
  • Необходимость оттаивания внешнего блока (реверсивный режим)
  • Невозможность эксплуатации при температуре ниже -25 С – -30 С

Такие насосы в нашем климате все же не могут выступать единственным источником отопления. Поэтому они зачастую устанавливаются (по бивалентной схеме) в связке с дополнительным отопительным оборудованием (электрический, пеллетный, твердотопливный, дизельный котел, камин с водяной рубашкой). Также они подходят для реконструкции и автоматизации старых котельных, использующие традиционные виды топлива. Это позволяет большую часть года эксплуатировать систему в автоматическом режиме (нет необходимости загружать твердое топливо или заправлять дизельное топливо), используя только мощность ТН.

Тепловой насос «рассол – вода»

рассол вода

Один из самых распространенных на территории Республики Беларусь. Используя статистику нашей организации 90% установленных теплонасосов, являются геотермальными. В данном случае в качестве «внешнего контура» используется недра земли. За счет этого, данные ТН обладают самым главным преимуществом перед остальным типами теплонасосов – стабильный показатель эффективности работы (СОР) вне зависимости от времени года.

По устоявшейся терминологии, внешний контур называется геотермальным.

Существуют две основные разновидности геотермального контура:

  • Горизонтальный
  • Вертикальный

Остановимся на каждом из них подробнее.

Горизонтальный контур

Горизонтальный контур представляет собой систему полиэтиленовых труб, уложенных под верхним слоем грунта на глубине около 1,5 – 2 м, ниже уровня промерзания. Температура в этой зоне остается положительной (от +3 до +15 С) в течение всего календарного года, достигает максимума в октябре, а минимума в мае. Площадь, занимаемая коллектором зависит площади строения, степени его утепления, размеров остекления. Так, например, для двухэтажного жилого дома площадью 200 м2, имеющего неплохое утепление, отвечающее современным нормам, под геотермальное поле придется выделить порядка четырех соток земли (400 м2). Безусловно для более точной оценки диаметра используемым труб и занимаемой площади, необходим подробный теплотехнический расчет.

Вот как выглядит монтаж горизонтального коллектора на одном из наших объектов в г. Дзержинск (Республика Беларусь):

горизонтальный коллектор

Достоинства горизонтального коллектора:

  • Более низкая стоимость по сравнению с геотермальными скважинами
  • Возможность проведения работ по его устройству совместно с прокладкой других коммуникаций (водопровод, канализация)

Недостатки горизонтального коллектора:

  • Большая занимаемая площадь (не ней запрещается возводить капитальные строения, асфальтировать, укладывать тротуарную плитку, необходимо обеспечить естественный доступ света и осадков)
  • Отсутствие возможности обустройства при готовом ландшафтном дизайне участка
  • Меньшая стабильность по сравнению с вертикальным коллектором.

Обустройство такого типа коллектора обычно осуществляется двумя способами. В первом случае на всей площади укладки снимается верхний слой грунта, толщиной 1,5-2м, выполняется раскладка труб теплообменника с заданным шагом (от 0,6 до 1,5м) и производиться обратная засыпка. Для выполнения таких работ подходит мощная техника, такая как фронтальный погрузчик, бульдозер, экскаваторы с большим вылетом стрелы и объемом ковша.

Во втором случае укладка петель грунтового контура производиться поэтапно в подготовленные траншеи, шириной от 0,6м до 1 м. Для этого подходят небольшие экскаваторы и экскаваторы – погрузчики.

Вертикальный контур

Вертикальный коллектор представляет собой скважины глубиной от 50 до 200 м и более, в которые опущены специальные устройства – геотермальные зонды. Температура в этой зоне в течение многих лет и десятилетий остается постоянной и растет с увеличением глубины. Повышение происходит в среднем на 2-5 С на каждые 100 м. Величина это характеризующая называется температурным градиентом.

Процесс монтажа вертикального коллектора на нашем объекте в п. Крыжовка, под Минском:

вертикальный контур

Изучая карты распределения температур на различных глубинах на территории РБ и города Минска в частности, можно заметить, что температура меняется от области к области, и может существенно отличаться в зависимости от местоположения. Так, например, на глубине 100 м в районе г. Светлогорск она может достигать +13 С, а в некоторых районах Витебской области на той же самой глубине не превышает +8,5 С.

Безусловно при расчете глубины бурения и проектирования размера, диаметра и прочих характеристик геотермальных зондов, необходимо учитывать этот фактор. Помимо этого, необходимо учитывать геологический состав проходимых пород. Только опираясь на эти данные можно правильно запроектировать геотермальный контур.

Как показывает практика и статистика нашей организации 99% проблем при эксплуатации ТН связано с функционированием внешнего контура, при чем эта проблема проявляется не сразу после ввода в эксплуатацию оборудования. И этому есть объяснение, так при неправильном расчете геоконтура (например, на территории Витебской области, где как мы помним геотермальный градиент является одним из самых низких в Республике), его первоначальная работа не вызывает нареканий, однако с течением времени толща земли «выхолаживается», нарушается термодинамический баланс и начинаются неприятности, при чем проблема может возникнуть только на второй – третий отопительный сезон. Менее проблемно выглядит переразмеренный контур, но заказчик вынужден оплачивать не нужные метры бурения из-за некомпетентности подрядчика, что неумолимо ведет к удорожанию всего проекта.

Особенно критичным к изучению недр земли нужно относиться при строительстве больших коммерческих объектов, где количество скважин исчисляется десятками, и сэкономленные (либо растраченные) средства на их устройство, могут быть очень значительными.

Тепловой насос «вода – вода»

вода вода

Одной из разновидностей геотермального источника тепла могут быть подземные воды. Они имеют постоянную температуру (от +7 С и выше), и в значительном количестве залегают на различных глубинах на территории РБ. По технологии, подземные воды поднимаются центробежным насосом из скважины и поступают на станцию тепломассообмена, где передают энергию антифризу нижнего контура теплового насоса. Эффективность работы данной системы зависит от уровня залегания грунтовых вод (в зависимости от глубины подъема, требуется определенная мощность помпы), расстояния от заборной скважины до станции обмена. Эта технология имеет один из самых высоких показателей COP, однако имеет ряд особенностей, ограничивающих ее применение.

  • Отсутствие подземных вод, либо низкий уровень их залегания;
  • Отсутствие постоянного дебета скважины, понижение статического и динамического уровней;
  • Необходимость учитывать солевой состав и загрязненность (при не надлежащем качестве воды, происходит засорение теплообменника, снижаются показатели производительности)
  • Необходимость устройства дренажного колодца для сброса значительных объемов отработавшей воды (от 2200 л/ч и более)

Как показывает практика, установка таких систем целесообразна, если в непосредственной близости имеется водоем или река. Отработавшую воду, также можно использовать в хозяйственных и промышленных целях, например, для полива, или организации искусственных водоемов.

Что качается качества заборной воды то, например, немецкий производитель альтернативных отопительных систем Stiebel Eltron рекомендует следующие параметры: общая доля железа и магния не более 0,5 мг/л, содержание хлоридов менее 300 мг/л, отсутствие осаждаемых веществ. При превышении этих параметров необходимо установка дополнительной системы очистки – станции подготовки и обессоливания, что повышает материалоемкость проекта.

Буровые работы для теплового насоса.

Исходя из опыта монтажа и эксплуатации геотермальных агрегатов, мы рекомендуем бурить скважины не менее 100м. Практика показывает, что лучшие показатели эффективности и стабильности тепловой машины, будет наблюдаться, например, для двух скважин по 150 м, чем для трех по 100м. Безусловно, для обустройства таких шахт требуется специальная техника и роторный метод производства бурения. Малогабаритные шнековые установки не способны обеспечить нужной длины скважин.

Так как, геотермальный контур является важнейшей составляющей, и правильность его обустройства является залогом успешного функционирования всей системы, то подрядчик, осуществляющих бурение должен соответствовать ряду критериев:

  • обязательно иметь опыт производства подобного вида услуг;
  • иметь специальный инструмент для погружения зондов;
  • давать гарантию погружения зонда на проектную глубину и гарантировать его целостность и герметичность в процессе производства работ;
  • после погружения проводить мероприятия по тампонированию скважины для увеличения ее теплообмена и производительности, зачеканить ствол шахты до обратной засыпки.

В целом, при правильном проектировании и квалифицированном монтаже, геотермальные зонды очень надежны, и способны Вам прослужить до 100 лет.

Процесс опускания геотермального зонда в пробуренную скважину:

опускание геотермального зонда

Геотермальный зонд на станине, перед проведением проверки на герметичность («опрессовки» давлением):

опрессовка давления

Выводы

Исходя из нашего опыта в устройстве систем альтернативной энергетики, мы можем выделить основные факты, которые являются основополагающими при выборе нашими Заказчиками тепловых насосов:

  • полная безопасность и экологичность (отсутствую процессы горения и движущие части)
  • возможность «сегодня» заказать систему и через три недели наслаждаться ее использованием без каких-либо согласований с контролирующими и разрешительными органами.
  • Полная автономность и минимальное техническое обслуживание (нет необходимости состоять в газовом кооперативе, зависеть от него; не надо подбрасывать дрова или проводить ежемесячную чистку воздуховодов, организовывать подъезд топливозаправщика и прочее)
  • Стоимость участка для строительства индивидуального дома без подведенного газа значительно ниже и срок сдачи жилья не зависит от газовых служб
  • Возможность удаленного управления через интернет
  • Передовое и инновационное оборудование стильного исполнения, которое не стыдно показать друзьям и знакомым, что безусловно подчеркивает статус домовладельца.

Если в данной статье мы не затронули какие-то вопросы и вы хотите задать их лично – вы можете приехать к нам в офис по адресу: г. Минск, ул. Одоевского, 117, компания ООО «Нова Грос» и проконсультироваться у наших инженеров.

Так же, у нас есть возможность организовать бесплатное посещение уже реализованных функционирующих объектов.

Контактные телефон для связи: 044 765 29 58; 017 399 70 51

Ссылка на основную публикацию