Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования
Успешное использование тепловых насосов в быту и промышленности в Европе и США длится уже более 25 лет. Технология заключается в преобразовании низкопотенциального тепла окружающей среды, такой как земля, вода и воздух. В России эта экологически чистая технология начала применяться сравнительно недавно.
В СССР существовали экспериментальные поселки, отапливаемые с помощью тепловых насосов. То, что было смелым экспериментом в прошлом веке, сегодня - уже практика.
Устройство и работа бытового теплонасоса
Одним из альтернативных источников энергии являются тепловые насосы, которые позволяют перемещать тепло от менее нагретого тела к теплому и тем самым повышать его температуру. Тепловые насосы являются экологически чистым способом получения дешевого тепла без вреда для окружающей среды.
Принцип работы бытового теплонасоса заключается в том, что тела с температурой выше абсолютного нуля обладают запасом тепловой энергии, который пропорционален массе и удельной теплоемкости. При рассмотрении каких-либо тел, например, морей, океанов, подземных вод, которые обладают огромной массой, можно понять, что их запасы тепловой энергии можно использовать для отопления домов без вреда для экологии мира. Охладив теплоноситель, его тепловую энергию можно получить по формуле Q = C*M*(T2 − T1), где Q является полученным теплом, С — теплоемкость, M – масса, T1 и T2 – соответственно начальная и конечная температуры охлаждаемого тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 °C, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 °C.
Современные тепловые насосы могут быть разных типов в зависимости от целевой задачи. В целом определить тип теплового насоса можно по нескольким основным характеристикам. Первое, что следует учитывать при выборе теплового насоса, это способ передачи энергии. Тепловые насосы бывают компрессионными и абсорбционными. Компрессионные тепловые насосы используют цикл сжимания-расширения теплоносителя для переноса энергии и являются основными элементами установки таких систем, как компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Они просты в использовании, очень эффективны и наиболее распространены. Абсорбционные насосы, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон, являются новым поколением тепловых насосов. Они обеспечивают более высокую эффективность и экономичность в использовании, чем компрессионные насосы. Второй фактор выбора теплового насоса – это источник тепла. Типичные варианты включают геотермальные тепловые насосы, воздушные тепловые насосы и те, которые используют вторичный источник тепла, такие как воздух, вода или канализационные стоки. Третьим фактором является тип теплоносителя входного и выходного контура. Есть несколько основных вариантов тепловых насосов, которые работают с различными источниками тепла. Например, тепловые насосы «воздух-воздух» используют тепло более холодного воздуха для отапливаемых помещений, тогда как тепловые насосы «вода-вода» используют тепло грунтовых вод, используемых для отопления и горячего водоснабжения. Тепловые насосы «грунт-вода» используют трубы, которые прокладываются под землей, и по которым циркулирует вода, забирающая тепло из грунта. Тепловые насосы, которые используют тепло, выделяемое при формировании льда, называются тепловыми насосами «лед-вода», и они могут использоваться для теплового энергопотребления в системах отопления и горячего водоснабжения. В целом, выбор теплового насоса зависит от нескольких факторов, таких как требуемый вид передачи энергии, источник тепла и тип теплоносителя входного и выходного контура.Расчет эффективности тепловых насосов для отопления
Эффективность теплового насоса является критерием его работы и зависит от соотношения потребляемой электрической энергии и получаемой теплоты. Для обеспечения максимальной эффективности требуется, чтобы тепловой насос выдавал больше тепловой энергии, чем потреблять электрической. В данном случае говорим о коэффициенте преобразования, который может изменяться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Если уличная температура ниже, то система становится менее эффективной.
Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может быть различным. В среднем коэффициенты преобразования колеблются от 1 до 5. Однако для объективной оценки эффективности необходимо учитывать еще один параметр - годовую эффективность.
Тем не менее расчет эффективности конкретного теплового насоса является сложной задачей, которую невозможно решить с помощью обобщенной формулы. Каждый случай требует индивидуального подхода и обращение к экспертам. Специалисты помогут подобрать необходимый тип теплового насоса и объем хладагента в зависимости от условий и поставленных задач.
За последние годы тепловые насосы стали все более популярными как на производстве, так и в быту. Главной причиной этого стало их экономическое преимущество перед другими системами отопления, так как их стоимость значительно ниже. Также тепловые насосы имеют низкий уровень шума, что делает их привлекательными для использования в частных домах.
Кроме того, системы на основе тепловых насосов просты в использовании, не требуют обслуживания и имеют более низкие требования к вентиляции помещений, что повышает безопасность пожара. Еще одно преимущество заключается в том, что системы на основе тепловых насосов могут работать и как системы отопления, и как системы кондиционирования воздуха в летний период.
Согласно Европейской ассоциации тепловых насосов, рынок этого оборудования растет быстрыми темпами в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценкам Мирового энергетического комитета, в ближайшие пять лет, доля систем отопления и горячего водоснабжения, работающих на тепловых насосах, увеличится в развитых странах не менее чем на 75%.
Однако у тепловых насосов есть свой недостаток - они не могут обеспечить высокую температуру нагреваемой воды. Обычно она составляет около 50-60 градусов Цельсия. Но несмотря на это, проекты на основе тепловых насосов все больше возникают в разных уголках мира, например, уже в 2002 году в Москве была сдана в эксплуатацию система горячего водоснабжения на основе тепловых насосов.
Традиционным и наиболее распространенным вариантом отопления частных домов и коттеджей по-прежнему остается газовое отопление. Однако вариант с использованием теплового насоса не только значительно выгоднее, но и гораздо удобнее в плане монтажа. Для установки газового котла требуется не только специальный дымоход и вентиляция, но и разрешительные документы, что может оказаться непростым делом. В свою очередь, применение тепловых насосов сэкономит время и деньги, а также избавит от необходимости проведения дополнительных работ. Стоимость прокладки газа в Подмосковье составляет около $20 000, при условии, что расстояние до газопровода не превышает 1 км. В противном случае, затраты могут вырасти в несколько раз. Кроме того, стоит учитывать скорость работы газовщиков. Установка теплового насоса под ключ обойдется примерно в $15 000, а монтаж занимает не более 2-3 недель. Таким образом, применение тепловых насосов позволяет сделать эффективный, простой и экономичный выбор для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.
Фото: freepik.com