Использованиенизкотемпературного тепла земли, воды и воздуха
Тепловойнасос – это компактная отопительная установка, предназначенная для автономногообогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. Системаэкологически чиста, так как работает без сжигания топлива и не производитвредных выбросов в атмосферу.
Используяна 75% тепло окружающей среды и лишь 25% электроэнергии, вы получаете 100%отопления! Это бережет не только ваш кошелек, но и жизненное пространство.
Проблемаснижения затрат на отопление, горячее водоснабжение, обогрев бассейнов вусловиях Беларуси с ее продолжительными и суровыми зимами достаточно актуальнана сегодняшний день. Использование для теплоснабжения традиционных источниковэнергии требует существенных финансовых затрат. Рост цен на энергоносители ивысокие расходы на их доставку заставляют задумываться об экономии. Кроме того,основными недостатками традиционных источников теплоснабжения являются низкаяэнергетическая (особенно в малых котельных) и экономическая эффективность.Простое и экономичное решение данной проблемы – тепловой насос.
Тепловойнасос в буквальном смысле качает тепло – тепло земли, воды или воздуха. Ему нетребуется уголь, нефть или газ для того, чтобы генерировать тепло. Он ничего несжигает (а значит, ничего «не выбрасывает» в окружающую среду). Процесспроисходит примерно так: солнце нагревает поверхность земли (или воздух, иливоду), из центра земли у поверхности также поступает тепло. В результате наглубине от 18 метров положительная температура (до +10) постоянна в течениегода. И это несмотря на то, что температура «на улице» может достигать 30градусов.
Тепловойнасос позволяет забрать у земли (или воздуха, или воды) то количество тепла,которое она способна восстановить. А добытое таким образом тепло утилизироватьи направить в систему отопления и горячего водоснабжения. Иными словами,тепловой насос – холодильник наоборот. Холодильник забирает холод окружающейсреды, а тепловой насос – ее тепло.
В случаетепла у земли это выглядит так: на глубину около сотни метров пробуриваетсяскважина, в нее опускается зонд, в котором циркулирует специальная жидкость –рассол. Именно она забирает тепло земли и транспортирует его наверх. Акомпрессор теплового насоса повышает полученные +10 до +65. Электроэнергиятребуется лишь для работы приводов. Коэффициент эффективности теплового насоса1/4, это значит, что потраченный один кВт электроэнергии даст в результате 4кВт тепловой энергии.
Практикапоказывает, что тепловой насос окупается в течение пяти-семи отопительныхсезонов. За это время можно затратить на сжигаемое топливо столько денег,сколько стоил этот насос. Но он и дальше будет исправно давать почти бесплатноетепло еще лет 75, а вот цены на энергоносители будут неуклонно расти. Крометого, запасы этих теплоносителей не безграничны.
Длятеплового насоса нет ограничений по площади – 50 квадратных метров или 20000.Важно сохранить баланс – взять у земли (или воды, или воздуха) ровно столькотепла, сколько она готова восполнить.
Тепловыенасосы для жителей Германии или Швеции не экзотика и даже уже не передний крайнауки – это абсолютно рядовое решение теплообеспечения зданий. Тепловые насосыдавно и с успехом применяются в Финляндии, Японии, США. Вполне возможно, что вэтот ряд скоро встанет и Беларусь.
Тепловойнасос имеет четыре основных элемента: испаритель, компрессор, конденсатор исбросной клапан. В испарителе хладагент нагревается до температуры 6–8С,отобранной из окружающей среды (земли, воды или воздуха), закипает ииспаряется. Полученный пар сжимается компрессором, и при росте давлениятемпература хладагента поднимается до 35–65С. Эта температура отдается черезтеплообменник конденсатора рабочей жидкости отопительного контура, и хладагентобратно конденсируется. Сбросной клапан сбрасывает давление в конденсаторе,перепуская хладагент в испаритель. Цикл замыкается.
Тепловойнасос представляет эффективную замену котлу на жидком, газовом топливе илиэлектрическому отоплению. Для хорошо спроектированного и построенного домаплощадью 180 м2 необходимо 10–12 кВт тепловой энергии, которуюможно получить, опустив два зонда в землю на глубину 100 м, для этогонужен участок земли размером 6х6 м.
Желательноиспользовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами,однако сухой грунт не является помехой – это приводит лишь к увеличению длиныконтура.
Тепловыенасосы целесообразно использовать в основном на небольших отдельно стоящихобъектах с земельными участками. Применение тепловых насосов требуетзначительных капитальных затрат. Выбор тепловых насосов в качестве источникатеплоснабжения целесообразно проводить еще на этапе проектирования объекта
Преимуществатеплового насоса перед другими источниками теплоснабжения неоспоримы.
Термодинамическитепловой насос представляет собой обращённую холодильную машину и, по аналогии,содержит испаритель, конденсатор и контур, осуществляющий термодинамическийцикл.
Основныетипы термодинамических циклов – абсорбционный и, наиболее распространённый,парокомпрессионный. Если в холодильной машине основной целью являетсяпроизводство холода путём отбора теплоты из какого-либо объёма испарителем, аконденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду, то в тепловом насосекартина обратная. Конденсатор является теплообменным аппаратом, выделяющимтеплоту для потребителя, а испаритель – теплообменным аппаратом, утилизирующимнизкопотенциальную теплоту.
Как ихолодильная машина, тепловой насос потребляет энергию на реализациютермодинамического цикла (привод компрессора). Температурный уровеньтеплоснабжения от тепловых насосов 35 – 55 °С.
Схематеплового насоса показана на рис. 1. В тепловом насосе источником тепламожет быть скалистая порода, земля, вода или, например, воздух. Охлажденныйтеплоноситель, проходя по трубопроводу 1, уложенному в землю (озеро)нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель,проходя через теплообменник 2, называемый испарителем, отдает собранное изокружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.
/>
1 – контурподачи низкотемпературного тепла;
2 – испаритель;
3 – компрессор;
4 – конденсатор;
5 – контурподачи высокотемпературного тепла;
6 – дроссельныйклапан
Низкоеэнергопотребление достигается за счет высокого КПД теплового насоса (от 300 до700%) и позволяет получить на 1 кВт затраченной электрической энергии 3–7 кВттепловой энергии. Система требует минимум электроэнергии для поддержаниякомфортной температуры жилья, а также получения достаточного запаса горячейводы. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью являетсякомпрессор, срок службы которого составляет 15 лет, и который можно легкозаменить по истечении срока его эксплуатации. Отсутствие необходимости взакупке, транспортировке, хранении топлива и расходе денежных средств,связанных с этим. Высвобождение значительной территории, необходимой дляразмещения котельной, подъездных путей и склада с топливом.
Тепловойнасос работает устойчиво. Колебания температуры и влажности в помещенииминимальны. Не требует специальной вентиляции помещений, где происходит нагревводы и теплоносителя. Абсолютно взрыво- и пожаробезопасен. В процессеэксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможныеманипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкции. Системуможно диагностировать на расстоянии и вносить корректировки. Для этогонеобходимо иметь линию Интернет. Обслуживание установок заключается в сезонномтехническом осмотре и периодическом контроле режима работы.
Тепловойнасос – экологически чистый метод отопления и кондиционирования, т.к. при егоработе не производится эмиссия CO2, NOХ и других выбросов, приводящих кнарушению озонового слоя и кислотным дождям. Отсутствуют аллергенно опасныевыбросы в помещение, поскольку нет сжигаемого топлива и не используютсязапрещенные хладагенты.
Источникитепла и варианты установки тепловых насосов Для рационального использованиятепла из окружающей среды в распоряжении имеются такие источники тепла, какгрунт, вода и воздух. Все они аккумулируют солнечную энергию.
Источниктепла – грунт. Грунт аккумулирует солнечную энергию. Эта энергия воспринимаетсягрунтом либо непосредственно в форме солнечной радиации, либо косвенно, в форметепла, получаемого от дождя или из воздуха и составляет в течение всего года 8–12градусов. Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительноговремени, что ведет к относительно равномерному уровню температуры источникатепла на протяжении всего года, это обеспечивает эксплуатацию теплового насосас высоким коэффициентом мощности (к. п. д.).
Аккумулированноегрунтом тепло передается вместе со смесью из воды и антифриза, точка замерзаниякоторой должна находиться примерно на уровне -15°С, через горизонтальнопроложенные грунтовые теплообменники или через вертикально расположенныегрунтовые зонды.
Спиралевидныеколлекторы являются альтернативой при использовании тепла грунта. Посредствомвертикального бурения они помещаются на глубину от 2 до 4 метров. На расстоянииоколо 4 метров друг от друга.
Коллекторы,работающие на энергии грунта, располагаются горизонтально на 20 см нижеграницы промерзания грунта. На практике, в большинстве случаев эта глубина от 1 мдо 1.4 м. Размер коллектора зависит от отопительной нагрузки здания иособенностей аккумулирования энергии, но об этом позаботится специалист. Источниктепла – грунтовые воды.
Грунтовыеводы – хороший аккумулятор солнечного тепла. Даже в холодные зимние дни онисохраняют постоянную температуру до +12°С. По причине неизменноготемпературного уровня источника тепла коэффициент мощности теплового насосаостается высоким в течение всего года. Ели грунтовые воды не содержаткислорода, но содержание железа и марганца в них высокое, то колодцы могутразрушаться. В этих случаях нельзя допускать контакта грунтовых вод сокружающим воздухом или необходимо соответствующим образом обработать воду.
Наиспользование грунтовых вод должно быть получено разрешение соответствующеговедомства (обычно службы Госводонадзора). Для использования тепла необходимопостроить поглощающий колодец и водопоглощающий или инфильтрационный колодец.
Источниктепла – воздух. Тепловые насосы воздух / вода в настоящее время могутэксплуатироваться круглый год, однако при низких температурах коэффициентмощности резко уменьшается. Окружающий (атмосферный) воздух особенно легкоиспользовать в качестве источника тепла, поскольку он имеется везде и внеограниченном количестве.
В случаенасосов, использующих тепло окружающего воздуха, расчет размеров источникатепла задается конструкцией или размером установки. Требуемое количествовоздуха подается вентилятором (который встроен в установку) на испаритель черезвоздушные каналы, при этом происходит охлаждение воздуха
Существуюттри типа тепловых насосов, работающих на энергии воздуха и воды: – компактныетепловые насосы для размещения снаружи, – компактные тепловые насосы дляразмещения внутри здания, – и тепловые насосы, составные части которыхрасположены как внутри здания, так и снаружи.
Новостройки.Отопление тепловым насосом является идеальным вариантом для низкотемпературныхсистем отопления. К ним относятся панельное отопление и «теплый» пол. Ихпреимуществом является то, что они обходятся низкими температурами (30–40градусов). Традиционным радиаторам необходима температура по меньшей мере 50градусов.
Старыедома.
Существуетспециальное отопление и «теплый» пол, которые можно установить при ремонтестарых домов. Раньше радиаторы были очень больших размеров – это как раз тотслучай, когда вы можете использовать также тепловой насос. Существуют такжевысокотемпературные тепловые насосы, которые предусмотрены как раз для старыхдомов. В любом случае, с этими тепловыми насосами можно продолжать использоватьуже имеющиеся радиаторы. Так же как не существует препятствий для установкитеплового насоса при модернизации системы отопления. Режим эксплуатации. Правильныйрежим эксплуатации определяет экономичность установки с тепловым насосом.
Существуютследующие режимы эксплуатации:
Одновалентный
В немнагревает исключительно тепловой насос. При очень низкой температуре окружающейсреды одновалентный тепловой насос производит достаточно тепловой энергии.Обычно, одновалентными являются тепловые насосы, работающие на энергии грунта игрунтовых вод.
Моноэнергетический
Это обычныйрежим эксплуатации для теплового насоса, работающего на энергии воздуха иливоды. При необходимости тепловой насос поддерживается электрическимнагревательным стержнем. Регулирование теплового насоса гарантирует, что этотвид дополнительного отопления следует использовать как можно реже, то естьтолько в очень холодные дни.
Двухвалентный
Наряду степловым насосом существует еще и второй производитель тепла, которыйподдерживает отопление дома при очень низкой температуре окружающей среды. Вовремя модернизации системы отопления им может оказаться котел, работающий на горючем.Какой режим эксплуатации выбрать, зависит от источника тепла. Неважно, какаясистема отопления установлена, важно сначала найти оптимальное решение вопросатеплоизоляции. Потому что чем лучше теплоизоляция, тем меньший прибор можноустановить. А это означает небольшие инвестиции и небольшие затраты наотопление. Существуют разные виды подогрева воды. Около 10% энергии всейсистемы отопления расходуется на эту сферу. Поэтому и в этом вопросе следуетискать экономный вариант.
Подогревводы тепловым насосом системы отопления.
Если домотапливается тепловым насосом, то он может при соответствующей регулировкеосуществлять водоподогрев по приоритетной схеме. У водоподогрева в сравнении сотоплением есть преимущественное право, иными словами, когда тепловой насосподогревает воду, он не отапливает помещение. Поэтому важно установитьдостаточно большой аккумулятор.
Подогревводы тепловым насосом системы водонагрева.
Компактныетепловые насосы системы водонагрева используются отдельно от системы отопленияи служат для централизованной подачи горячей воды. Они забирают тепло извоздуха в помещении и подогревают таким образом хозяйственно-питьевую воду.Дополнительно может быть использовано отработанное тепло других приборов,например, холодильного шкафа. Преимуществом теплового насоса системыводоподогрева является то, что он забирает влагу из воздуха в помещении иохлаждает его, таким образом, помещение, где расположен тепловой насос,например, подвал, становится суше и холоднее. У этого прибора очень низкоеэнергопотребление. Тепловые насосы системы водонагрева обладают закрытымаккумулятором, в котором хранится тепло (в среднем вместимость составляет 300литров), благодаря чему, горячую воду можно подавать в разные части дома.
Децентрализованныйводоподогрев.
Это оченьрациональная возможность подавать горячую воду в независимости от отопленияблагодаря децентрализованным источникам нагрева воды напрямую в кухню и ваннуюкомнату.
«Солнечная»комбинация.
Солнечныеколлекторы, соединенные с тепловым насосом, являются основным энергетическиоптимальным решением водоподогрева, при этом они не наносят вред окружающейсреде. Благодаря солнечной энергии можно подогреть 60–70% всей требуемой воды,что облегчит работу теплового насоса системы отопления. Оставшиеся 30–40% водыможно подогреть либо при помощи теплового насоса, либо энергией солнечныхаккумуляторов.
Проветриваниепомещений при помощи рекуперации тепла и теплового насоса. Новостройки и дома снизким потреблением энергии обычно обладают хорошей изоляцией и изолированными,иногда даже звукоизолированными, окнами. Они почти герметичны. Вентиляционныеприборы, рекуперирующие тепло, заботятся о том, чтобы в помещении былодостаточно свежего воздуха. Кроме того, это снижает расходы на отопление.Специальные комплексные системы заботятся о теплоснабжении системы отопления,вентиляции помещений, о системе отдачи тепла и о подогреве воды. Эти системытакже позволяют охлаждать помещения. Другой вариант представляет собойкомбинацию, например, из теплового насоса, работающего на соляном источнике иливоде, и вентиляционного прибора. Тепловой насос отапливает дом. Вентиляционныйприбор забирает «грязный» воздух из определенных помещений (кухня, ванная,туалет). Благодаря интегрированному тепловому насосу, работающему на воздухе иводе, содержащееся в «отработанном» воздухе отработанное тепло используется дляводонагрева. По встроенным в стены вентиляционным клапанам в помещениепоступает свежий воздух из окружающей среды.
Модернизацияотопления.
Модернизацияотопления при помощи теплового насоса. Конечно же, модернизация отоплениятребует встраивания в систему теплового насоса. В пользу этого в старых домахговорят как низкие расходы на электроэнергию и низкое ее потребление, так иисключительный баланс с окружающей средой. Если ваша система отопленияобходится температурой в 50–60 градусов, то вы легко можете встроить в неетепловой насос. В старых домах предпочтительнее использовать такой источниктепла как воздух, так как это не требует больших затрат, связанных сперестройкой старой системы отопления. Существуют приборы, которыеустанавливаются и внутри и снаружи помещения. Так как раньше радиаторы, побольшей части, были увеличенных размеров, то они подходят для работы тепловогонасоса. Как и в новостройках, хороша комбинация низкотемпературной системыотопления, а стало быть «теплого» пола и панельного отопления. Недавноразработанные тепловые насосы, работающие на энергии воздуха и воды, стемпературой запуска до 75 градусов спокойно заменяют старые котлы с мазутнойтопкой или газовые котлы. Высокотемпературные тепловые котлы создаютсяспециально для модернизации системы отопления. Их преимущество заключается вследующем: в большинстве случаев можно продолжать использовать уже имеющиесярадиаторы. Таким образом сокращаются затраты на модернизацию. Тепловые насосынового поколения спокойно отапливают жилые помещения площадью до 250 кв/м. Конечно,в старых домах можно также использовать такие источники тепла как грунт, в этомслучае следует предпочесть вертикальные коллекторы, и грунтовые воды. Какиеусловия должны быть соблюдены, читайте в разделе «Источники тепла». Кстати,тот, кто решается приобрести тепловой насос, должен платить за изоляцию меньше,чем тот, кто устанавливает низкотемпературное мазутное отопление. Экономияможет составить несколько тысяч евро.
Даже еслина первый взгляд расходы на приобретение всей отопительной установки с тепловымнасосом кажутся несколько выше, чем расходы на традиционную систему отопления,Вам не следует забывать, что начиная с первого дня использования этой системы,расходы на отопление сократятся почти в два раза, так как система почтиполностью работает от бесплатного тепла окружающей среды. Неважно сколько стоятмазут или газ, отапливать тепловым насосом все равно выгоднее.