Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия,

Что это такое — тепловой насос? Как он работает? Откуда эти устройства смогут извлекать тепло? Наконец, как они выгодны и практичны на фоне других источников тепловой энергии? Позволяйте разбираться.

Наружный блок воздушного теплового насоса.

Что это такое

Принцип действия теплового насоса всецело аналогичен схеме работы обычного холодильника.

  • Компрессор сжимает летучий хладагент. Наряду с этим выделяется большое количества тепла, которое отдается теплообменнику. Это тепло возможно использовано для нагрева воздуха, продуваемого через теплообменник вентилятором, либо любого теплоносителя.
  • Остывший хладагент проходит расширительный клапан и быстро возрастает в объеме. Наряду с этим в полном соответствии с законами физики он быстро охлаждается и, проходя через второй теплообменник, отбирает тепло у окружающей его среды.
Принципиальная схема работы теплового насоса.

Увидьте: чем больше степень расширения хладагента, тем ниже его итоговая температура. Соответственно, при определенных условиях он в полной мере способен отбирать тепло у среды, охлажденной значительно ниже точки замерзания воды.

В случае если холодильник способен работать только одним методом — на охлаждение внутреннего пространства, то любой тепловой насос для отопления дома способен инвертировать направление перемещения хладагента. С практической стороны это указывает, что обладатель для того чтобы устройства приобретает в свое распоряжение полноценный климатизатор: зимний период он обогревает помещение, летом же употребляется для охлаждения коттеджа до комфортной температуры.

Наконец, отопление тепловыми насосами имеет еще одну весьма приятную изюминку. Потому, что электричество тратится только на работу компрессора, а в качестве источника тепла употребляется окружающяя среда, на любой киловатт потребляемой электрической мощности насос отдает от 3 до 5 киловатт мощности тепловой.

Потратив киловатт электричества, вы получаете три киловатта тепла в подарок.

Источники тепловой энергии

Что может служить источником низкопотенциального тепла?

Грунт

Как мы знаем, в зимние холода земля промерзает на довольно-таки малого глубину. Всего на метр ниже уровня промерзания температура грунта стабильна и образовывает 8-12 градусов в любое время года.

Грунтовые тепловые насосы применяют геотермальное тепло.

Существует две разновидности теплообменников:

  1. Вертикальный представляет собой долгие гибкие трубы, загружённые в вертикальные скважины на глубину 60-100 метров. С учетом того, что цена бурения погонного метра скважины образовывает 2-3 тысячи рублей, монтаж теплообменников обходится в очень большую сумму; но вертикальный теплообменник не занимает места на участке.
Вертикальный теплообменник.
  1. Горизонтальный, наоборот, укладывается на малого глубину. Траншеи под него смогут быть выкопаны своими руками, без привлечения техники; соответственно, монтаж будет заметно дешевле. Но вся площадь грунта над коллектором (она приблизительно в три раза больше отапливаемой площади дома) будет негодной для посадок: большинство растений не перенесет перегрева корней летом.

Примерная цена геотермального теплового насоса с тепловой мощностью 20 КВт — около полумиллиона рублей. Монтаж в зависимости от условий (глубина и количество скважин, наличие либо отсутствие грунтовых вод и т.д.) вынудит клиента израсходовать еще 100 — 400 тысяч.

Вода

В случае если ваш дом стоит на берегу незамерзающего водоема — вам повезло: в этом случае отопление посредством тепловых насосов возможно реализовать с минимальными затратами на монтаж. Теплообменник притапливается грузами и отбирает тепло у воды.

Фото - теплообменник перед затоплением.

Пара сложнее устроены насосы, применяющие в качестве источников тепла грунтовые воды. В этом случае на участке бурятся две скважины, одна из которых делается источником воды, а вторая употребляется для ее сброса по окончании прохождения теплообменника. Ориентировочный дебит скважины, снабжающей работу устройства с тепловой мощностью 16 КВт — 0,8 м3/час.

Воздушное пространство

Наконец, наиболее недорогие тепловые насосы, применяющие в качестве источника тепла окружающий воздушное пространство. Простота конструктивного выполнения делает их относительно недорогими; монтаж также более чем несложен.

В продаже возможно встретить устройства, работающие по двум схемам.

  1. Насосы «воздух-воздух» употребляются лишь для нагрева либо охлаждения воздуха в помещении.
  2. Схема «воздух-вода» разрешает, кроме отопления, обеспечить дом тёплой водой.
Buderus Logatherm способен обеспечить дом теплом и горячей водой.

Как пример приведем текущие розничные цены на пара устройств, работающих по второй схеме.

Модель Тепловая мощность, КВт Цена, рубли
AVH-12V1DB 5,27 119700
AVH-24V1DB 9,0 171800
AVH-36V1DB 13,0 336200
AVH-48V1DB 14,5 361200

А что с насосами «воздух-воздух»? О, тут картина куда более привлекательна. Несложный тепловой насос этого типа — обычный оконный кондиционер — возможно приобрести за 4-5 тысяч рублей; более осмысленная приобретение — инверторная сплит-система — обойдется в 20-40 тысяч.

Инверторный кондиционер умеет снижать производительность компрессора, что делает его более экономичным.

Из-за чего при таком соотношении стоимостей сохраняют свою популярность устройства, извлекающие тепло из воды и грунта? Ответ несложен: воздушные насосы сохраняют работоспособность только при относительно больших температурах наружного воздуха (до -25 С); в это же время на большей части территории страны в пик зимних морозов столбик термометра опускается заметно ниже.

Кроме того: чем ниже уличная температура, тем менее выгодным делается отопление дома тепловым насосом этого типа. Имеется такое понятие, как COP (coefficient of performance), означающее отношение вырабатываемого тепла к затратам электричества. Так вот, эта главная черта тепловых насосов для очень популярного Mitsubishi Zubadan равна 4,0 при +5 С и 2,0 при -25.

Воздушный тепловой насос Zubadan.

Вывод очевиден. Отопление загородного дома тепловым насосом, работающим по схеме «воздух-воздух», оправдано только в горячей климатической территории. В Якутии либо Хабаровском крае стоит предпочесть геотермальные устройства.

Экономическая эффективность

Отопление частного дома электрическими отопительными конвекторами, тепловентиляторами и другими нагревательными устройствами есть наиболее ценным среди всех существующих схем. Судите сами:

Источник тепла Цена киловатт-часа, рубли
Магистральный газ 0,7
Дрова 1,1
Уголь 1,3
Сжиженный газ из газгольдера 1,8
Сжиженный газ из баллонов 2,8
Дизтопливо 3,2
Электричество 3,6

Но в случае если применять не прямой нагрев, а тепловой насос — отопление станет заметно более недорогим. Как — зависит от уже упомянутого нами COP. Для большинства моделей устройств различных типов данный параметр укладывается в диапазон 3-4; лучшие образцы имеют COP, равный 6.

Устройства с COP 3,6 и выше относятся к высшему классу энергоэффективности.

Необходимо принимать в расчет еще пара нюансов.

  • Как уже упоминалось, у воздушных насосов энергоэффективность значительно уменьшается по мере похолодания на улице, исходя из этого для оценки корректным будет забрать среднее значение за сезон (COP для средней температуры зимы).
  • COP зависит не только от температуры низкопотенциального источника тепла, но и от температуры объекта, которому это тепло передается. Тепловому насосу ответственна как раз дельта температур. Скажем, геотермальный насос, греющий теплый пол до +30С, будет куда экономичнее, чем отдающий это же тепло радиаторам с температурой +60.
Использование водяного теплого пола вместо радиаторов позволит ощутимо уменьшить расход электричества.

Практическое следствие: если вы планируете подключать к отопительному контуру с радиаторами тепловые насосы для отопления своими руками, учтите, что количество секций лучше расширить, а температуру теплоносителя снизить до +40 — +45 С.

С учетом всех бессчётных оговорок среднее значение COP возможно смело принять равным 3,0. В этом случае, как несложно подсчитать, цена киловатт-часа тепла составит 1,2 рубля, что только немногим дороже магистрального газа, дров и дешевле всех других источников тепла.

При выборе отопления необходимо принимать в расчет не только текущее положение дел, но и возможности. А они таковы: благодаря наметившемуся формированию «зеленой» энергетики (применению возобновляемых источников) цена электричества будет расти куда медленнее, чем цена газа, угля и продуктов переработки нефти.

В частности, сделанный в 2010 году прогноз повышения цен предсказывает к 2032 году повышение цены кубометра газа на 1000 %, а электричества — всего на 130.

Тенденция хорошо видна на графике роста коммунальных тарифов.

От автора

Быть может, читателю покажется увлекательным личный опыт автора. Он применяет для отопления дома несколько насосов, работающих по схеме «воздушное пространство — воздушное пространство».

Итак, дано:

  • Место действия — Севастополь, Крым. Средняя температура января — +3. Нынешняя зима была необычно холодной: в течение пары дней держался холод в -20 градусов.
  • Площадь отапливаемой мансарды — 60 квадратных метров. Фронтоны являются сплошное остекление с энергосберегающими однокамерными стеклопакетами. Теплоизоляция крыши и стен — по 5 сантиметров пенопласта и минеральной ваты.
  • В роли источника тепла выступает Cooper&Hunter CH-S12 FTXN. Тепловая мощность при работе на обогрев — 4,12 КВт, COP равен 4,2, заявленная нижняя граница рабочей температуры — -25С; цена на момент приобретения — 24000 рублей.

Итоги:

  • В течение всей зимы в мансарде поддерживались в полной мере комфортные +20 градусов.
  • Примерный расход электричества на отопление мансарды составил 400 КВт-часов. Расход несложно пересчитать в финансовый эквивалент с учетом местных тарифов.

Единственная неприятность, которую распознало отопление тепловым насосом при низких температурах — намерзание льда в дренажной трубке. Для ее устранения планируется просто-напросто уложить в дренаж секцию саморегулирующегося греющего кабеля.

Заключение

Стоит ли вкладывать деньги в пока еще непривычную систему отопления тепловыми насосами? С позиций автора — да. Она выглядит очень привлекательно кроме того на фоне магистрального газа — уже вследствие того что полностью надёжна и не требует отвода продуктов сгорания.

Но, предоставим читателю сделать выбор самостоятельно. Как неизменно, в прикрепленном видео возможно отыскать дополнительную тематическую данные. Удач!

Добавить комментарий