Тепловий насос – це пристрій, який може забезпечувати опалення вашого будинку взимку, охолодження влітку і виробництво гарячої води круглий рік.
Тепловий насос використовує енергію поновлюваних джерел – нагрітого повітря, землі, скельних порід або води – для виробництва теплової енергії. Це перетворення здійснюється за допомогою особливих речовин – хладагентів.
Принцип дії теплового насоса
Конструктивно будь-який тепловий насос Чернівці складається з двох частин: зовнішньої, яка «забирає» тепло поновлюваних джерел, і внутрішньої, яка віддає це тепло в систему опалення або кондиціонування вашого будинку. Сучасні теплові насоси відрізняються високою енергоефективністю, що в практичному плані означає наступне – споживач, тобто власник будинку, використовуючи тепловий насос, витрачає на обігрів або охолодження свого житла, в середньому, лише чверть тих грошей, які він витратив би, якщо теплового насоса не було.
Інакше кажучи, в системі з тепловим насосом 75% корисного тепла (або холоду) забезпечується за рахунок безкоштовних джерел – тепла землі, ґрунтових вод або нагрітого в приміщеннях і викидається на вулицю використаного повітря.
Схема роботи теплового насоса
Розглянемо, як діє, мабуть, найпопулярніший в побуті тепловий насос, який працює за рахунок тепла землі. Робота теплонасоса відбувається в кілька циклів.
Цикл 1, випаровування
Зовнішня частина «земляного» теплового насоса являє собою замкнуту систему труб, заритих в землю на певну глибину, де температура цілий рік стабільна і становить 7-12 ° C. Щоб «зібрати» достатню кількість енергії землі, потрібно, щоб загальна площа, яку займає система підземних труб, була в 1,5-2 рази більше всієї опалювальної площі будинку. Ці труби заповнені холодоагентом, який нагрівається до температури землі.
Холодоагент має дуже низьку температуру кипіння, тому здатний перейти в газоподібний стан вже при температурі грунту. Далі цей газ надходить в компресор.
Цикл 2, стиснення
Саме цей компресор і витрачає всю необхідну для роботи теплового насоса енергію, але в порівнянні, наприклад, з опаленням від газового котла, ці витрати помітно нижче. До порівняння витрат ми повернемося пізніше.
Отже, нагріте до температури 7-12 ° C газоподібний холодоагент з підземних труб в камері компресора сильно стискається, що призводить до його різкого нагрівання. Щоб зрозуміти це просто згадайте, як нагрівається звичайний велосипедний насос, коли ви накачуєте шини. Принцип той же самий.
Господарю на замітку
«Тепловий насос – сучасне опалення. Але реальні значення ефективності теплонасосів залежать від температурних умов, тобто в холодні дні їх ефективність падає. Вона становить близько 150% при температурі -20 ° C, і близько 300% при температурі джерела +7 ° C ».
Цикл 3, конденсація
Після циклу стиснення, ми отримали гарячий пар під високим тиском, який подається вже у внутрішню, «домашню» частину теплового насоса. Тепер цей газ може бути використаний для системи повітряного опалення або для нагріву води в системі водяного опалення і гарячого водопостачання. Також цей гарячий пар може застосовуватися з системою «тепла підлога».
Віддаючи тепло в систему опалення, гарячий газ охолоджується, конденсується і перетворюється в рідину.
Цикл 4, розширення
Ця рідина надходить в розширювальний клапан, де її тиск знижується. Тепер рідкий холодоагент низького тиску знову прямує в підземну частину для нагріву до температури землі. І усі цикли повторюються.
Ефективність використання теплових насосів
На кожен 1 кВт електроенергії, споживаної тепловим насосом для роботи його компресора, в середньому, виробляється близько 4 кВт корисної теплової енергії. Це відповідає 300% ефективності.
Порівняння опалення за допомогою теплового насоса з іншими способами.
Дані представлені Європейською асоціацією теплових насосів (EHPA)
- Тепловий насос: енергоефективність – 150-400;
- Котел на рідкому паливі або газі: 70-96;
- електричний котел: 35-45.
Слід розуміти, що показники ефективності теплових насосів відрізняються, залежно від конкретних умов, в яких діє ваш пристрій. Так, якщо ви використовуєте «земляний» тепловий насос, і у вас на ділянці глинистий грунт, то ефективність теплонасоса буде приблизно вдвічі вище, ніж якби труби теплового насоса лежали в піщаному грунті.
Також слід пам’ятати, що укладання підземної частини повинне здійснюватися нижче позначки промерзання грунту. Інакше тепловий насос працювати взагалі не буде.
Взимку тепловий насос працює на нагрів, влітку – на охолодження
Реальні значення ефективності теплових насосів залежать від температурних умов, тобто в холодні дні їх ефективність падає. Вона становить близько 150% при температурі -20 ° C, і близько 300% при температурі джерела +7 ° C. Але технології не стоять на місці – сучасні моделі відрізняється більшою енергоефективністю, причому ця тенденція зберігається.
Теплові насоси в Чернівцях для охолодження будинку
За своїм принципом дії тепловий насос аналогічний холодильним агрегатам або чиллерам. Тому в літній час він може застосовуватися не для обігріву будинку, а для його охолодження або кондиціонування. Згадаймо, що, якщо мова йде про «земляного» теплонасоса, то температура грунту стабільна в межах 7-12 ° C цілий рік. І за допомогою теплового насоса вона може передаватися в приміщення будинку.
Принцип роботи системи охолодження за допомогою теплового насоса аналогічний системі опалення, тільки замість радіаторів використовуються фанкойли. При пасивному охолодженні теплоносій просто циркулює між фанкойлами і свердловиною, тобто холод з свердловини прямо надходить в систему кондиціонування, але сам компресор при цьому не працює. Якщо пасивного охолодження недостатньо, включається компресор теплового насоса, який додатково охолоджує теплоносій.
Типи теплових насосів
Побутові теплові насоси бувають 3-х основних типів, що розрізняються за зовнішнім джерелом тепла:
- «Земляні» або «грунт-вода», «грунт-повітря»;
- «Водяні» або «вода-вода», «вода-повітря»;
- «Повітряні» або «повітря-вода», «повітря-повітря».
«Земляні» теплові насоси
Найпопулярніші – це теплові насоси, що використовують тепло землі. Про них вже йшлося вище. Це найефективніші, але і найдорожчі з усіх типів. Труби, що йдуть під землю, можуть розташовуватися вертикально або горизонтально. Залежно від цього, «земляні» теплові насоси діляться на вертикальні і горизонтальні.
Вертикальні теплові насоси вимагають занурення труб, по яких циркулює холодоагент на значну глибину: 50-200 м. Правда, є альтернатива – зробити не одну таку свердловину, а кілька, але більш «дрібних». Відстань між такими свердловинами повинна бути не менше 10 м. Щоб розрахувати глибину буріння, можна грубо прикинути, що тепловий насос потужністю 10 кВт зажадає свердловини (одну або кілька) загальною глибиною близько 170 м. Слід також пам’ятати, що марно бурити дуже дрібні – менше 50 м – свердловини.
При горизонтальному укладанні дороге буріння на велику глибину не потрібно. Глибина закладення трубопроводів при цьому способі – близько 1 м, в залежності від регіону установки ця величина може як зменшуватися, так і збільшуватися. Труба з холодоагентом при цьому способі укладається так, щоб відстань між сусідніми ділянками було не менше півтора метрів, інакше збір тепла не ефективний.
Для установки теплового насоса потужністю 10 кВт необхідна загальна довжина закопаної труби порядку 350-450 м. Якщо взяти до уваги обмеження, пов’язані з сусідством різних ділянок між собою, то вам знадобиться шматок землі з розмірами 20 на 20 метрів. Чи є така вільна ділянка в наявності – велике питання.
Як вибрати потрібний тепловий насос
Якщо ви живете в зоні помірного клімату – наприклад, на Північному-Заході – то найбільш ефективний варіант для вас – тепловий насос, що використовує тепло землі. Причому, краще встановити вертикальний варіант теплонасоса – особливо, якщо ваш будинок знаходиться на скельних породах, де знайти вільну велику ділянку землі проблематично. Але такий тип теплового насоса найбільш дорогий за сумою капітальних витрат.
У зоні з м’яким кліматом можна встановити тепловий насос «повітря-вода», який не вимагає надмірних капітальних витрат і особливо ефективний в місцевості, де сезонні коливання температур порівняно невеликі.
Залежно від принципу дії, бувають електричні теплові насоси і газові теплові насоси. Більш популярні моделі, що працюють від електрики.
Ще одне важливе зауваження. Доброю ідеєю є комбіновані моделі теплових насосів, які поєднують класичний варіант теплонасоса з газовим або електричним нагрівачем. Такі нагрівачі можуть застосовуватися при несприятливих погодних умовах, коли ефективність теплового насоса знижується. Як вже говорилося, особливо зниження ефективності властиво теплових насосів «повітря-вода» і «повітря-повітря».
Комбінація цих двох джерел тепла дозволяє знизити вартість капітальних витрат і збільшити термін окупності теплонасосної установки.
Переваги та недоліки теплових насосів
Головним достоїнством теплових насосів є їх низькі експлуатаційні витрати. Тобто вартість виробленого тепла або охолодження для кінцевого споживача є найнижчою в порівнянні з іншими способами опалення / кондиціонування. Крім цього, система з тепловим насосом практично безпечна для будинку. Отже, спрощуються вимоги до систем вентиляції його приміщень і підвищується рівень пожежної безпеки. Що також позитивно впливає на вартість установки цих систем.
Теплові насоси Чернівці прості в експлуатації і досить надійні, а ще – практично безшумні.
Ще один плюс – ви легко можете переключити тепловий насос з опалення на охолодження в разі потреби. Потрібно лише мати вдома не тільки опалювальні радіатори, а й фанкойли.
Але є у них і мінуси, головний з яких є зворотним боком головного плюса – капітальні витрати на їх установку досить істотні. Ще одним недоліком теплових насосів до недавнього часу була порівняно низька температура теплоносія – не більше 60 C. Але останні розробки дали можливість усунути цей недолік. Правда, і ціна на такі моделі вище, ніж на стандартні.
