Тепловые насосы для отопления или использование природных стихий для обогрева

Тепловые насосы для отопления или использование природных стихий для обогрева

Вопрос использования восполняемых источников энергии активно обсуждается уже не первый год. Сегодня подобные технологии стали входить в нашу повседневную жизнь, перестав быть только интересными научными разработками. При желании и наличии определенных средств, каждый из нас может установить у себя на крыше гелиоколлектор или использовать тепловые насосы для отопления дома. Основным достоинством этих технологий является, безусловно, экологичность. Но и для человека, не заинтересованного в сохранении окружающей среды, есть весомый аргумент в пользу установки такого оборудования – существенная экономия.

Содержание

Внутреннее устройство и принцип действия ↑

Если говорить совсем просто, то тепловой насос это холодильник наоборот. Он состоит из тех же деталей и работает по тому же принципу. Наверняка, все знают, что задняя стенка холодильника всегда остается теплой или даже горячей. Это происходит потому, что фреон забирает тепло из холодильной камеры и выносит его наружу. Условно говоря, при использовании теплового насоса ваши батареи будут выполнять ту же роль, что и задняя стенка холодильника. А холодильная камера, то есть место, откуда забирают энергию тепловые насосы – воздух, вода или земля.

Если же говорить о принципе работы теплового насоса более детально, то состоит он в следующем:

Хладагент – вещество, которое способно в процессе изотермического расширения отнимать теплоту – под давлением подается в испаритель, где переходит в газообразное состояние и отбирает тепло. Испаритель в свою очередь нагревается от грунтового подводного или воздушного контура (это зависит от типа теплового насоса). Дальше в работу вступает компрессор, который сжимает хладагент и транспортирует его в конденсатор, где сжатый газ отдает тепловую энергию нагревательному контуру и переходит в жидкое состояние. Затем процесс повторяется снова.

[include id="5" title="РСЯ - в записи"]

Важно! Тепловые насосы воздух-воздух и воздух-вода рекомендовано использовать только в южных регионах, так как при температуре окружающей среды ниже 10 градусов их КПД значительно снижается.

Для регулирования температуры теплоносителя используется терморегулятор, который размыкает цепь, отключая компрессор в нужный момент.

Схема теплового насоса

Схема работы теплового насоса

В зависимости от типа источника тепла и теплоносителя различают следующие тепловые насосы:

  • вода вода;
  • воздух вода;
  • земля вода;
  • вода воздух;
  • воздух воздух;
  • земля воздух;

Например, тепловой насос воздух вода забирает тепловую энергию из воздуха, где она находится в рассеянном состоянии, а теплоносителем в системе отопления является вода, которой передается уже высокопотенциальное тепло.

Следует отметить, что тепловой насос является энергозависимым устройством, поскольку нуждается в некотором количестве электроэнергии для работы компрессора. Но потребляет он примерно на 60% меньше, чем электрокотел той же мощности.

Какие преимущества и недостатки у этой технологии? ↑

К сожалению, вечный двигатель пока не создан, а значит, любые технические новинки имеют как свои достоинства, так и недостатки. Не является исключением и тепловой насос. Важно детально изучить все положительные и отрицательные последствия его установки и только потом решать подходит вам этот вид оборудования или нет.

Достоинства оборудования ↑

  • Экономичность. Тепловой насос воздух воздух, впрочем, как и любого другого типа, имеет КПД около 500%. Имеется в виду соотношение затраченной электроэнергии к тепловой энергии, отданной отапливаемому помещению. Как правило, в качестве основной характеристики теплового насоса используется коэффициент преобразования тепла или КПТ. В его исчислении КПД в 100% принимают за 1. Это значит, что котел с КПТ 4,2 один кВт затраченной энергии преобразует в 4,2 кВт тепловой энергии.
  • Доступность. Установить тепловой насос можно абсолютно повсеместно. Даже в лесной хижине вы достаточно легко найдете источники энергии для него. Правда в этом случае придется установить дизельный или бензиновый генератор электроэнергии, что приведет к некоторому увеличению стоимости отопления.
  • Возможность охлаждения.Устанавливая геотермальный тепловой насос, вы обеспечиваете свой дом не только отопительным прибором, но и кондиционером.В летнюю жару он способен достаточно эффективно охлаждать воздух в помещении. Избыточное тепло в этом случае, передается земле, воде или воздуху на улице.
Реверсивная схема теплового насоса

Работа теплового насоса в зимний (слева) и летний (справа) периоды

  • Безопасность. Одним из наиболее существенных недостатков твердотопливных котлов является пожароопасность, а в случае с газовыми котлами еще и взрывоопасность. Тепловой насос лишен этих недостатков. Ни гореть, ни взрываться там нечему.
  • Экологичность. Это преимущество является следствием предыдущего. Раз ничего не сгорает, то нет и продуктов горения. А это значит, что в воздух и на почву вокруг дома не попадают такие вредные для здоровья вещества как СO2, CO, NOx, PbO2 и SO2. Конечно, один тепловой насос не способен улучшить экологическую обстановку на планете, но ведь нужно с чего-то начинать.

Недостатки и особые условия установки ↑

  • Высокие требования к теплоизоляции здания. Геотермальные тепловые насосы способны качественно обогреть только хорошо утепленные помещения. Если теплопотери в вашем доме составляют более 100 Вт/м?, установка подобного оборудования теряет смысл. Приблизительно рассчитать теплопотери можно по формуле R = ?T / q, где
    • q – потери тепла на 1 м? материала. Это значение можно найти в справочнике;
    • ?T – разница температур в помещении и на улице. При расчете необходимо использовать температурные показатели в самый холодный день года.

    Если стены многослойны, q всех материалов и прослоек воздуха между ними суммируются. Для подсчета общих теплопотерь помещения необходимо сложить R стен, выходящих на улицу, окон (существуют таблицы теплопотерь квадратного метра окон и дверей из разных материалов), потолка и пола.

Расчет реплопотерь

Источники теплопотерь жилого дома в процентном соотношении

  • Использование низкотемпературных систем отопления. Если вы решили установить водяной или воздушный тепловой насос, то для обогрева помещения лучше использовать не обычные радиаторы, а систему теплого пола. Это обусловлено тем, что КПД системы обратно пропорционально разнице между температурами теплоносителя во входном и выходном контурах. Для оптимального режима работы системы температура внутреннего теплоносителя должна быть около 40 °С. Именно такой теплоноситель используется в системе «теплого пола», в то время как в радиаторах в холодное время года необходимо поддерживать температуру 60-70 °С.

Температурный экстрим и бивалентная схема отопления ↑

Есть еще одна причина, по которой в северных регионах опасаются устанавливать тепловые насосы – считается, что система не способна обогреть дом в сильные морозы. Это утверждение не совсем верно.

[include id="6" title="РСЯ - в записи"]

Все дело в том, что при расчете системы отопления достаточно редко берутся показатели экстремально низких температур. Да это и не имеет смысла, ведь такие морозы не стоят долго – всего несколько дней в году. Если учитывать их в расчетах, то придется значительно увеличить мощность системы, что неизбежно приведет к ее удорожанию.

Дополнительное отопление

Пример устройства бивалентной схемы отопления

Для решения этой проблемы часто используется бивалентная схема отопления. Это значит, что установив тепловой насос вода вода, вы просто подключаете его к существующей системе отопления без демонтажа старого отопительного оборудования. В этом случае в сильные морозы вы сможете протопить дом газом или углем, а затем поддерживать температуру при помощи теплового насоса. Конечно, такое отопление будет дороже, но учитывая краткосрочность использования дополнительного котла, среднегодовой показатель затрат вырастет незначительно.

Проверяем теорию на практике — обзорное видео ↑




Добавление комментария