Тепловые насосы для отопления дома: вода-вода, воздух-вода, грунт-вода

Тепловой насос – это термодинамическая машина, позволяющая преобразовать низкопотенциальное (низкотемпературное) тепло окружающей среды в высокопотенциальное (высокотемпературное). Практическое назначение тепловых насосов – генерация тепловой энергии для нужд отопления и приготовления горячей воды. Тепловой насос – это high tech в отоплении. Ничего более безопасного, надежного, бесшумного, безотходного и экономичного человечество еще не придумало. А если говорить о тепловых насосах Viessmann, то по этим критериям они занимают лидирующие позиции.

Принцип действия теплового насоса

Тепловой насос, принцип работы которого построен на цикле Карно, по сути – тепловой двигатель, который, в отличие от традиционного процесса горения, позволяет обеспечивать теплоснабжение объекта за счет тепла окружающей среды или возвратного (сбросное) тепла технологических процессов. Важным фактором является чрезвычайно низкое потребление тепловым насосом энергии для своей работы – затрачивая 1 кВт электричества, тепловой насос способен генерировать 4кВт тепла. Для некоторых типов тепловых насосов этот показатель может быть и выше. Говоря иначе, принцип действия теплового насоса основан на переносе тепловой энергии от низкопотенциального источника (вода, воздух, земля) к потребителю (теплоносителю) за счет затраты энергии на преобразование рабочего тела. Схематично тепловой насос можно представить из четырех основных элементов: испарителя, компрессора, конденсатора и сбросного клапана. С рабочим контуром самого теплового насоса связаны еще два контура: первичный (внешний), в котором циркулирует рабочая среда (вода, антифриз или воздух), отбирающая тепло окружающей среды (земля, воздух, вода), и вторичный - вода в системах отопления и горячего водоснабжения.

Принцип работы тепловых насосов базируется на способности рабочего тела, которым является жидкость, способная закипать и испаряться даже при минусовой температуре (например, фреон). Температура низкопотенциального источника энергии, воспринимаемая испарителем, выше температуры кипения фреона при соответствующем давлении. Вследствие теплоотдачи фреон вскипает и переходит в газообразное состояние. Пары фреона поступают в компрессор, в котором сжимаются. При этом его давление и температура увеличивается. Затем горячий и сжатый фреон направляется в конденсатор, охлаждаемый теплоносителем. На охлажденных поверхностях конденсатора пары фреона конденсируются, переходя в жидкое состояние, а его теплота передается теплоносителю, который в дальнейшем используется в системах отопления и горячего водоснабжения. Жидкий фреон направляется в сбросной клапан, проходя через который он снижает давление и температуру и снова возвращается в испаритель. Цикл при этом завершается и будет автоматически повторяться, пока работает компрессор..

5 преимуществ тепловых насосов перед традиционными видами отопления

Экономичность - высокий коэффициент мощности - на производство 4-х кВт тепловой энергии идет 1 кВт электроэнергии, т.е. три из полученных киловатта потребителю обойдутся бесплатно - это тепло, отобранное насосом из окружающей среды. На практике это означает ежегодную экономию затрат на эксплуатацию.

• Универсальность - с помощью теплового насоса можно решить не только задачу топления, но и охлаждения.
• Независимость от наличия источника тепла.
• Исключительная долговечность - единственный элемент, который подвергается механическому износу - это компрессор
• Пожарная и экологическая безопасность – получение тепла не сопровождается процессом горения.
• Источники тепла для тепловых насосов

В системах теплоснабжения объектов любого функционального назначения в качестве источников низкопотенциальной тепловой энергии могут быть использованы естественные, непрерывно возобновляемые ресурсы Земли:

• Атмосферный воздух
• Поверхностные водоемы и грунтовые воды
• Грунт ниже глубины промерзания.

В качестве искусственных, техногенных источников низкопотенциального тепла могут выступать:

• Удаляемый вентиляционный воздух
• Сточные воды системы канализации
• Промышленные сбросы технологических вод

Разновидности тепловых насосов

Тип теплового насоса определяется типом того источника тепла, который он использует как первичный. Напомним, что первичный источник тепла может быть как естественного, природного происхождения (грунт, вода, воздух), так и промышленного (удаляемый вентиляцией воздух, технологические и очищенные сточные воды).

Тепловые насосы типа «воздух-вода»

Окружающий атмосферный воздух особенно привлекателен для использования в качестве источника тепла, он имеется повсеместно и неограниченно. Воздушные тепловые насосы не требуют ни горизонтальных коллекторов, ни вертикальных зондов. Компактный наружный блок эффективно отбирает тепло воздуха и органично вписывается в любой интерьер. Тепловые насосы «воздух-вода» способны работать круглый год, как зимой, так и летом. Однако при температурах ниже -15С система отопления должна быть дополнена вторым отопительным прибором, например, газовым или твердотопливным котлом. Преимущество – снижение инвестиционных затрат по сравнению с другими типами тепловых насосов за счет отсутствия вспомогательных земляных работ, простота конструкции для использования в целях и отопления, и охлаждения. Недостаток – температурный лимит первичного источника тепла. Коэффициент мощности – 1,5-2.

Тепловые насосы типa «вода-вода»

Грунтовые воды – хороший аккумулятор солнечной тепловой энергии. Даже в зимний период дни они сохраняют постоянную положительную температуру (например, для Северо-Западного региона этот показатель находится на уровне +5+7°С). Однако, на наш взгляд, наилучшие перспективы применения имеют тепловые насосы, работающие на тепле сточных и технологических вод. Непрерывный водный поток, его высокий температурный уровень гарантируют постоянно высокий коэффициент мощности. Для промышленных предприятий инвестиции в теплонаносную установку сразу же, с момента запуска, обеспечат экономию средств на отопление и сократят зависимость от централизованных сетей теплообеспечения. В этом случае сбрасываемое в стоки тепло, по сути – источник дополнительного дохода, который без использования теплового насоса был бы невозможен. Преимущество – стабильность работы. Недостаток – для стабильной работы необходим постоянный поток вод удовлетворительного качества. Коэффициент мощности – 4-6.

Тепловые насосы типа «грунт-вода»

Тепловая энергия Солнца воспринимается грунтом либо непосредственно в форме радиации, либо косвенно в форме тепла, получаемого с дождем или от воздуха. Аккумулированное грунтом тепло отбирается либо вертикальным грунтовыми зондами, либо горизонтально проложенными грунтовыми коллекторами. Насосы этого типа также называют геотермальными тепловыми насосами. Преимущество – стабильность работы и самый высокий теплосъем среди всех типов тепловых насосов. Недостаток – относительно высокая стоимость буровых работ в случае геотермального теплового насоса и большая площадь для размещения горизонтальных грунтовых коллекторов (при потребности в тепле около 10 кВт и сухом глинистом грунте площадь коллектора должна быть не менее 450 м кв). Коэффициент мощности 3-5.

Режимы эксплуатации тепловых насосов

Режим эксплуатации тепловых насосов зависит от системы распределения тепла, имеющейся в отапливаемом здании . Тепловой насос при различных параметрах отопления может применяться как единственный, так и основной из двух генераторов тепла. Можно выделить следующие режимы:

• Моновалентный режим. В этом случае тепловой насос является единственным генератором тепла и покрывает всю отопительную нагрузку здания. Предпосылкой этого служит подключение системы распределения тепла, рассчитанной на температуру подачи ниже максимальной температуры подачи теплового насоса.
• Бивалентный режим. В этом случае система отопления имеет два генератора тепла – это тепловой насос плюс еще один традиционный генератор тепла, работающий на твердом, жидком и газообразном топливе. Наша компания имеет опыт комбинации тепловых насосов Viessmann с твердотопливными котлами того же производителя (и проектирование, и монтаж).

Области применения тепловых насосов

Тепловые насосы практически не имеют ограничения для применения на объектах различного функционального назначения. Тепловые насосы для дома, объекта рекреации (например, санаторий) или многофункционального комплекса коммерческого назначения в равной степени будут обеспечивать безопасное, экономически привлекательное, технически надежное отопление. Сюда следует добавить школы, объекты здравоохранения и реабилитации. Отопление дома тепловым насосом особенно целесообразно либо там, где не имеется традиционных источников тепловой энергии, либо предпочтения Заказчика лежат в области безопасности и комфорта. Газ не везде доступен, отопление на жидком топливе – это чрезвычайно хлопотно и небезопасно с экологической точки зрения плюс опасность пожаров.

Иными словами, отопление загородного дома тепловым насосом в уединенном месте где-нибудь в Карелии – оптимальный выбор. Очень хорошо зарекомендовали себя тепловые насосы для отопления и горячего водоснабжения загородных баз отдыха. Отопление и горячее водоснабжение загородного дома тепловой насос, способен Тепловые насосы для отопления дома дают возможность совместить простоту и надежность эксплуатации с существенной экономией на эксплуатационных затратах. Экономия эксплуатационных затрат достигается благодаря фундаментальному преимуществу тепловых насосов по сравнению с традиционными видами отопления, а именно – коэффициенту мощности. Ведь на 4 кВт генерированной тепловой энергии тепловой насос затрачивает лишь 1 кВт электричества. В случае же применения насосов типа «вода-вода», работающих, например, на тепле сточных вод, этот коэффициент может достигать значения 5-7.

Заказчики, выбирающие тепловой насос для дома, в большинстве случаев для своего частного дома, часто спрашивают нас о том, каков срок службы такой котельной. В процессе работы теплового насоса не используется процесс горения, отсутствует нагрев и механический износ частей и деталей оборудования. Так что срок службы котельной практически неограничен (в разумных пределах, разумеется). Если добавить к этому то преимущество, как независимость от роста тарифов, то тепловые насосы для частного дома – решающий выбор в их пользу. Этим фактором также не следует пренебрегать девелоперам, строящим или управляющим масштабным загородным объектом – жилым поселком или загородным клубом отдыха.

Специалисты нашей компании рекомендуют отопление тепловым насосом базировать на воздушных (тип «воздух-вода») и геотермальных (тип «грунт-вода») моделях. Однако у нас есть опыт и по тепловым насосам «вода-вода». Насосы этого типа будут интересны уже промышленным предприятиям, имеющим в своем технологическом цикле большой объем вторичных вод. Например, предприятия Водоканалов. Установка тепловых насосов на отбор тепла сточных вод позволит в среднем на 30% сократить затраты на отопление, заставив по сути вторичный ресурс зарабатывать деньги. Говоря о финансовой составляющей, нельзя не сказать, что практическое использование альтернативных источников тепла, которыми являются вода, воздух и грунт, - это серьезное решение в силу того, что требует серьезных же и вложений. Тепловой насос для загородного дома, цена которого может варьироваться от 6 000 до 20 000 евро, сам по себе – еще не система отопления. Котельную следует «обвязать», дом – укомплектовать радиаторами и теплыми полами и т.д.

Смотрите также: