Тепловий насос, опис, види

.

Бажання людей жити в комфортних умовах і користуватися всіма благами цивілізації нестримно зростає, як і вартість енергоносіїв, що забезпечують ці потреби, оскільки запаси традиційного палива - нафти, газу, вугілля, деревини - виснажуються. Крім того, споживання природних ресурсів в необмежених кількостях (як це відбувається зараз) загрожує людству глобальною екологічною катастрофою. З цієї причини використання низькопотенційної енергії: грунту, води, повітря - це один з найбільш ефективних способів знизити рівень теплового забруднення планети і надати ефективну економічну альтернативу традиційним системам життєзабезпечення. 

Не секрет, що установка системи опалення та кондиціювання є тією операцією, що не кращим чином впливає на стан навколишнього середовища і, що важливо - на стан фінансів власника приватного будинку. Тому сьогодні все більше і більше людей віддають перевагу системам, заснованим на використанні теплових насосів. 

Теплові насоси - це компактні економічні та екологічно чисті системи опалення, що дозволяють отримувати тепло для гарячого водопостачання та опалення будівель за рахунок використання тепла грунту, грунтових артезіанських вод, озер, морів і повітря шляхом перенесення його до теплоносія з більш високою температурою. Як бачимо, технологія досить проста, надійна і, що показово, була відома ще сто років тому. 

Споживачів надзвичайно привертає той факт, що теплові насоси позбавлені більшості недоліків централізованого теплопостачання - так, на відміну від газових котлів, а також котлів на рідкому та твердому паливі, вони характеризуються відмінними показниками економічності роботи (завдяки унікальному принципом дії - див. нижче), внаслідок чого щомісячні витрати зменшуються від 2-х до 10-ти раз. Крім того, теплові насоси мають тривалий термін служби до капітального ремонту (до 15 - 25 опалювальних сезонів) та працюють повністю в автоматичному режимі. Тому найбільш виправдане їх застосування в енергоефективних ЕКОДОМАХ. 

Сучасні теплові насоси багатофункціональні - вони використовуються для опалення, охолодження будівель, підготовки гарячої води, а також вентиляції будівель з утилізацією тепла відпрацьованого повітря. Приблизно три чверті енергії, необхідної для цих цілей, тепловий насос бере з навколишнього середовища, решта покривається електричним струмом, необхідним для роботи компресора теплового насоса. 

Досить часто в спеціалізованій літературі можна зустріти твердження, що тепловий насос - це злегка перетворений холодильник. І це насправді так, адже в обох агрегатах присутні випарник, компресор, конденсатор і дроселюючий пристрій. Цикл роботи в холодильника та насоса абсолютно однаковий, відрізняються тільки параметри налаштування. Навіть зовні, за розмірами та формою, вони схожі один на одного. 

Холодильник працює, викачуючи тепло назовню; тепловий насос працює за таким же принципом, тільки навпаки - він нагнітає тепло з вулиці або з грунту у вашу вітальню. У холодильнику майже не відчувається тепло продуктів в кінцевому підсумку, виділяється у вигляді досить гарячого потоку повітря, що відходить від трубчастої панелі конденсатора ( «радіатор» на задній стінці). Тому якщо з холодильника витягнути випарну камеру (з трубами) і закопати в землю, ми отримаємо той самий тепловий насос, який буде обігрівати кімнату теплим повітрям. А якщо конденсатор холодильника обмивати водою, то її (нагріту) можна використовувати в радіатори опалення. 

Схематично тепловий насос можна представити у вигляді системи з трьох замкнутих контурів: в першому, зовнішньому, циркулює тепловіддатика (теплоносій, який збирає тепло навколишнього середовища), у другому - холодоагент (речовина, яка випаровується, відбираючи тепло у тепловіддатика, і згодом конденсується, віддаючи тепло теплоприймальника), у третьому - теплоприймальника (вода в системах опалення та гарячого водопостачання будівлі). 

Зовнішній контур (колектор) являє собою покладений в землю або у воду поліетиленовий трубопровід, в якому циркулює незамерзаюча рідина - антифриз. Як згадувалося раніше, джерелом низькопотенціального тепла може служити грунт, скельна порода, озеро, річка, море і навіть вихід теплого повітря з системи вентиляції будь-якого промислового підприємства - аби його температура була вище 1 ° С. 

У другій (внутрішній) контур, де циркулює холодоагент, як і в побутовому холодильнику, вмонтовані апарати-теплообмінники - випарник і конденсатор, а також пристрої, які змінюють тиск хладагента - розпилюючи його в рідкій фазі дросель (вузький калібрований отвір) і що стискає його вже в газоподібному стані компресор. 

Робочий цикл виглядає так. Рідкий холодоагент продавлюється через дросель, його тиск падає, і він надходить у випарник, де закипає, відбираючи тепло, що поставляється колектором з навколишнього середовища. Далі газ, в який перетворився холодоагент, всмоктується в компресор, стискається і виштовхується в конденсатор. Конденсатор є тепловіддаючим вузлом теплонасосу: тут тепло приймається водою в системі опалювального контуру. При цьому газ охолоджується і згущується в рідину, щоб знову піддатися розрядженню у розширеному вентилі і повернутися у випарник. Після цього робочий цикл починається спочатку. 

Таким чином, ми переконуємося, що принцип дії теплового насоса дійсно схожий з процесом роботи холодильника. 


Тепловий насос володіє наступними перевагами: 


Економічність. 

Системи з тепловими насосами економлять кошти, витрачені на обслуговування і в експлуатацію. У той час як початкова ціна системи може бути трохи більшою, ніж газового котла або центральної системи кондиціонування, це не заважає домовласникові економити гроші у подальшому процесі експлуатації. 

Система виключно довговічна і прослужить від 25-ї до 50-и років без особливої уваги до себе. Вона зігріє вас холодною зимою, принесе прохолоду спекотним літом (завдяки принципу реверсивності - див. нижче), і цілий рік буде постачати гарячою водою для ванни, сауни і навіть басейну. Питання клімату буде вирішено повністю, так як відпадає необхідність обслуговування, заправки фреоном і складнощі з запуском, що властиво котлам і кондиціонерам. 

Повсюдність застосування. 

Джерело розсіяного тепла можна виявити в будь-якому куточку планети. Земля і повітря знайдуться і на самій занедбаній ділянці, далеко від газових магістралей і ліній електропередач - скрізь цей агрегат роздобуде для себе «їжу», і ви більше не будете залежати від примх погоди, постачальників дизельного палива або падіння тиску газу в мережі. 

Екологічність. 

Використання теплових насосів - це екологічно чистий метод опалення та кондиціювання, тому що тут використовується відновлювальна Сонцем теплова енергія Землі. 

Відомо, що майже 40% всієї емісії двоокису вуглецю - це результат використання енергії для опалення, кондиціонування та забезпечення потреби населення в гарячій воді, що майже можна порівняти з рівнем шкоди, що приносяться викидом в атмосферу вихлопних автомобільних газів. Теплові насоси являють собою механізми, що працюють на джерелі нетрадиційної енергії, що дозволяє приблизно на 60% зменшити викид в атмосферу двоокису вуглецю. 

Надійність і довговічність систем. 

Теплові насоси містять невелику кількість механічних компонентів, і, якщо врахувати, що компресорні системи зазвичай характеризуються досить великим терміном експлуатації, то такі системи довговічні і високо надійні. Підземний трубопровід (петля з полімерних труб), що використовується в системі, має термін служби більше 50-и років, та й сама система буде вірою і правдою служити вам від 20-и до 30-и років, і навіть більше. 

Універсальність. 

Теплові насоси мають властивість оборотності (реверсивності) - іншими словами, вони вміють «відбирати» тепло з повітря в приміщенні, охолоджуючи його. Влітку надлишкову енергію іноді відводять на підігрів басейну. 

Безпека. 

Ці агрегати практично вибухо-та пожежебезпечні. Немає палива та відкритого вогню, ніяких витяжних труб, відсутні небезпечні гази або суміші - таким чином, вибухати тут просто нема чому. Жодна деталь не нагрівається до температур, здатних викликати займання горючих матеріалів. Зупинки агрегату не призводять до його поломок або замерзання рідин. По суті, тепловий насос небезпечний не більше ніж холодильник. 

Комфорт. 

Тепловий насос працює безшумно (не голосніше холодильника), а погодозалежна автоматика і мультізональних контроль створюють бажаний мікроклімат у приміщеннях. 

Дизайн. 

Установка теплового насоса не порушує цілісності інтер'єру. Насос займає мінімум простору, і про нього стане відомо вашим гостям тільки у випадку, якщо ви цього захочете. 

При застосуванні даного обладнання необхідно пам'ятати, що для всіх типів теплових насосів характерний ряд особливостей: 

1. По-перше, тепловий насос виправдовує себе тільки в добре утепленому будинку, тобто з тепловтратами не більше 100 Вт/м2. Чим тепліше будинок, тим більше вигода. Як ви розумієте, опалювати вулицю, збираючи на ній же крихти тепла - заняття досить безглузде. 

2. По-друге, чим більше різниця температур теплоносіїв у вхідному і вихідному контурах, тим менше коефіцієнт перетворення тепла, тобто менше економія електроенергії. Тому більш вигідним буде підключення агрегату до низькотемпературних систем опалення. Тут, перш за все, мається на увазі обігрів від водяних підлог або теплим повітрям, тому що за таких умов температура теплоносія по медичним вимогам не повинна перевищувати 35 ° С. 

3. По-третє, для досягнення більшої вигоди практикується експлуатація теплових насосів в комплекті з додатковим генератором тепла (у таких випадках говорять про використання бівалентої схеми опалення). 

У будинку з великими тепловитратами ставити насос великої потужності (більше 30 кВт) невигідно. Він громіздкий, а буде працювати на повну силу всього лише близько місяця, адже кількість дійсно холодних днів не перевищує 10-15% від тривалості опалювального сезону. Тому часто потужність теплового насоса встановлюють рівною 70-80% від розрахункової опалювальної, тому що вона буде покривати всі потреби будинку в теплі до тих пір, поки вулична температура не опуститься нижче певного розрахункового рівня (температури бівалентності), наприклад, мінус 5-10 ° С. 

З цього моменту в роботу включається другий генератор тепла. Найчастіше таким помічником служить невеликий електронагрівач, але можна поставити і рідкопаливний котел. Можливі й більш складні теплові бівалентні схеми, наприклад, включення сонячного колектора. У деяких серійних систем теплових насосів і сонячних колекторів така можливість передбачена в конструкції. У цьому випадку змішування тепла, що йде від теплового насоса (досить інерційна система) і від сонячного колектора (малоінерційна система) виробляється в бойлері. 

Як уже згадувалося раніше, існує декілька видів теплових насосів, які відрізняються один від одного в залежності від джерела теплової енергії. Таким чином, розрізняють такі типи насосів: 

Грунт-вода. 

Грунт - це, мабуть, найбільш універсальне джерело розсіяного тепла. Він акумулює сонячну енергію і підігрівається зсередини від земного ядра. При цьому він завжди «під ногами» і здатний віддавати тепло незалежно від погоди, адже на глибині 5-7 м температура практично постійна протягом усього року. 

Необхідна енергія збирається теплообмінником, заглибленим в землю, і акумулюється в носії, який потім насосом подається у випарник і повертається назад за новою порцією тепла. Як такий переносник енергії використовують незамерзаючу рідину на основі етиленгликоля або пропіленгликоля. 

Існує два типи колекторів: грунтовий колектор і грунтовий зонд. Вибір залежить від особливостей кожної ділянки, її площі, геології і т.д. Грунтовий колектор (горизонтальний) являє собою довгу трубу, горизонтально покладену під шаром грунту. Грунтові зонди (вертикальні колектори) - це системи довгих труб, опускають у глибоку свердловину (50 -150 м). Тут потрібно зовсім небагато землі, зате потрібні дорогі бурильні роботи. 

Вода-вода. 

Джерелом тепла в даному типі теплових насосів можуть бути поверхневі (ріки, озера) або грунтові води (свердловини), а також скидна вода технологічних установок. Самі насоси майже не відрізняються від тих, які працюють на земляному контурі. Але завдяки більш високій температурі теплоносія взимку річна ефективність застосування пристроїв типу "вода-вода» виявляється найвищою. 

Повітря-вода. 

За універсальності застосування в наших кліматичних умовах цей тип насосів поки програє іншим різновидам. Хоча самі насоси дешевше, і прокладки труб або буріння свердловин не потрібно, з морозного повітря багато тепла не відбереш. Тому такі теплові насоси рекомендується використовувати тільки в південних областях і в Криму, де максимальна температура взимку не опускається нижче -15 ° С. 

Конструктивно пристрої типу «повітря-вода» виконуються згідно з двох компонувальних схем: спліт і моно. У першому випадку установка складається з двох блоків, з'єднаних комунікаціями. Один, зовнішній, включає потужний вентилятор і випарник (монтується на ділянці недалеко від будинку); друге, внутрішній, містить конденсатор і автоматику і встановлюється в приміщенні. Компресор може розташовуватися або зовні, щоб не шумів у будинку, або у внутрішньому модулі. У свою чергу в моноблоках всі елементи збираються в загальному корпусі і монтуються в будинку, а з вулицею з'єднуються гнучким воздуховодом. Є моноблоки, що допускають як зовнішній, так і внутрішній монтаж. 

Повітря-повітря. 

У даних теплових насосах теплова енергія береться з грунту і, через компресор, безпосередньо передається повітрю, який використовується для опалення будівель. Тим самим відпадає необхідність у використанні проміжного теплоносія (води). Джерелом тепла в даному типі теплових насосів можуть бути поверхневі (ріки, озера) або грунтові води (свердловини), а також скидна вода технологічних установок. 

Після визначення типу насоса, можна переходити до вирішення проблеми його встановлення. Щоб встановити у будинку систему опалення на основі теплового насоса, радимо вам звернутися в організацію, що має досвід розробки проектів, встановлення та налагодження такого обладнання. 

Для підбору теплонасосної системи для конкретного будинку, ви як його власник повинні представити фахівцям компанії наступну інформацію: 

- Генплан ділянки із зазначенням на території будівель і дерев; 

- План поверхів будівлі з зазначенням висоти і площі опалювальних приміщень; 

- Дані про матеріали, з яких виготовлені стіни і дах, із зазначенням товщини шарів у конструкціях; 

- Дані про вікна, а саме кількість віконних прорізів та їх розміри, матеріал, з якого виготовлені рами, кількість повітряних камер і якість скла у склопакетах; 

- Наявна електрична потужність в кВт; 

- Заплановане опалення (радіаторне, «тепла підлога» або змішане). 

На основі наданої інформації фахівці оцінюють тепловитрати будівлі і підбирають обладнання необхідної потужності. Окремо розглядається можливість використання теплових насосів для підготовки гарячої води і кондиціонування повітря в літній період. Звичайно, це тягне за собою установку додаткового обладнання, і, отже, ускладнення системи та збільшення її кошторисної вартості. Проте обнадіює той факт, що ви отримаєте «все і відразу», причому не докладаючи жодних зусиль - всю роботу за вас виконають професіонали. Тому потурбуватися вам доведеться тільки про одне - про вибір фірми-виробника теплового насоса. 

Незважаючи на те, що в країнах СНД з даним видом опалювального обладнання споживачі знайомі мало, на ринках Росії, України і Білорусі вже представлена продукція багатьох провідних виробників, таких як Riedo Clima AG (Швейцарія), ECR (США), Nibe, Mecmaster, Thermia (Швеція), Vaillant, Viessmann (Німеччина), Nukleon (Чехія) та інших. Зверніть увагу на те, що практично всі вищезгадані виробники, крім, власне, виробництва та продажу насосного обладнання, можуть здійснювати роботи з його встановлення. Це значно заощаджує ваш час (ви отримуєте продукцію і сервіс «з одних рук»), а в деяких випадках навіть гроші (можливі спеціальні пропозиції, знижки і т.д.). 

Широкому розповсюдженню теплонасосів у країнах Східної Європи заважає недостатня проінформованість населення. Потенційних покупців лякають досить високі початкові витрати: вартість насоса і монтажу системи складає близько $ 300-1200 на 1 кВт необхідної потужності опалення. Але грамотний розрахунок переконливо доводить економічну доцільність застосування цих установок: капіталовкладення окуповуються, за орієнтовними підрахунками, за 4-9 років, а служать теплонасоси 15-20 років. 

Крім того, їх використання дозволяє істотно знизити викиди СО2 і NO2 (у порівнянні з традиційними системами теплопостачання - у 2-5 разів). Таким чином, впровадження теплових насосів в автономні системи тепло-і холодопостачання дозволить комплексно вирішити проблеми, найбільш актуальні для нашої країни: енергозбереження, економічну та екологічну.