Тепловий насос - обігрів без забруднення навколишнього середовища

Тепловий насос - це безперечно екологічне рішення. Цей пристрій для опалення будівлі використовує енергію, доступну в навколишньому середовищі - землі, повітрі, воді. Він нічого не спалює і тому не виділяє шкідливих речовин.

Ще кілька років тому теплові насоси вважалися дорогою та модною іграшкою, і майже ніхто не розумів, як працюють ці пристрої. Минулого року їх було встановлено у кожному восьмому європейському будинку. Ринок теплових насосів типу повітря-вода для систем центрального опалення збільшився за останній рік на 55%.

Величезне зростання популярності теплових насосів обумовлено декількома причинами: великим попитом у покупців, падінням цін на ці пристрої, простотою встановлення повітряного варіанту порівняно із землею. Не останню роль відіграють екологічні міркування - турбота про природу та якість повітря, яким ми дихаємо.

Тепловий насос - як він працює?

У побутовій системі опалення тепловий насос виконує ті ж функції, що й газовий або вугільний котел, - він використовується для подачі тепла до центральної системи опалення (центральне опалення) та для підготовки гарячої води для побутового споживання (гаряча вода для побутового споживання). Котел виробляє тепло, спалюючи газ чи вугілля, а насос перекачує лише його, а чи не є джерелом. Його завданням є передача теплової енергії, що є у навколишньому середовищі будівлі, - накопиченої у ґрунті, воді, повітрі. Місце, звідки насос бере тепло, називається нижнє джерело, опалювальна система, до якої передається, верхнє джерело.

Для роботи насоса потрібне електропостачання, яке може бути забезпечене електростанцією (у нашій країні виробляється електрика, як правило, у процесі спалювання вугілля) або домашньою фотоелектричною системою (яка перетворює енергію сонячного випромінювання на електрику). Останнє рішення є більш екологічним. 1 кВт енергії, що відбирається з мережі, дозволяє отримувати з навколишнього середовища від 2 до 4 кВт теплової енергії.

Відношення кількості тепла, що подається до будівлі, до кількості електроенергії, що споживається насосом, є COP – основним параметром, що характеризує ефективність теплового насоса. Якщо ви отримуєте 4 кВт тепла з мережі потужністю 1 кВт, ККД становить 4 (або 400%).

Пристрій працює за тим же принципом, що і холодильник, який отримує тепло від продуктів, що охолоджуються, і передає його в приміщення. Тепловий насос перекачує його з навколишнього середовища (навіть за низької температури) у внутрішню частину будинку. На відміну від котлів, йому не потрібний димар, підключення до газопроводу або зберігання палива.

Нижнє джерело теплового насоса – що це може бути?

Тепло, що використовується насосом, надходить із нижнього джерела. Це може бути ґрунт, вода або повітря, яке акумулює в основному сонячну енергію.

Донедавна найбільшою популярністю користувалися ґрунтові насоси, які забирали тепло із землі. Вони досить дорогі, але ефективні. Останнім часом насоси типу "повітря-вода" (повітря-вода) продаються краще - не так ефективно, але доступно і просто в установці. Водяні насоси є найефективнішими, але рідко використовуються. Лише небагато інвесторів мають доступ до досить глибокого (не менше 3 м) озера або ставка або мають бажання і можливість побудувати свердловину (вхід і вихід), що дозволяє використовувати тепло з підземних вод.

Наземні насоси поглинають тепло за допомогою горизонтальних або вертикальних колекторів. Горизонтальний колектор є великою системою пластикових труб, заглиблених трохи нижче зони замерзання на глибину 1,5-2м. Вони заповнюються антифризуючою рідиною, яка зазвичай називається розсолом - зазвичай розчином гліколю. При циркуляції в трубах рідина відводить тепло із землі та передає його випарнику.

Ефективність горизонтального колектора залежить від типу грунту та його насиченості водою. Найкращим є глинистий та вологий грунт – 1 м2, який має тепловий ККД 30-40 Вт. У разі сухого, неагресивного грунту (пісок) урожайність падає до 8-10 Вт/м2. Наприклад: при потужності грунту 15 Вт/м2 та параметрах теплового насоса 10 кВт теплової потужності та КС-4, горизонтальний колектор вимагає 500 м2 земельної ділянки.

У вертикальному колекторі труби розміщуються у свердловинах завглибшки від 30 до 200 метрів. Це рішення більш дороге, але не вимагає такої великої ділянки землі і краще з точки зору виробництва, завдяки більш високій та стабільній температурі грунту на великих глибинах. У разі насосів, які використовують тепло ґрунту та води, COP зазвичай становить від 4 до 5.

Для повітряних насосів типу воздух/вода, тобто. тих, які забирають тепло із зовнішнього повітря та віддають його воді, що циркулює в опалювальному контурі, коефіцієнт COP коливається від 2 до 3 (при -10°C). Ці значення не такі сприятливі, як у наземних насосів, але повітряний насос не вимагає установки нижчого джерела, тому це не потребує витрат. Замовник не обмежується площею ділянки або доступом до води, немає підвищеного ризику виробничих помилок, а установка може бути завершена протягом одного дня.

Повітряні моделі можуть ефективно працювати навіть за температури зовнішнього повітря -25°C. В цьому випадку, однак, буде корисною підтримка від другого нагрівача - котла або каміна. У насос може бути вбудований електричний нагрівник.

Верхнє джерело теплового насоса – як найкраще використовувати тепловий насос?

Це система опалення, куди надходить тепло із нижнього джерела. Різниця в температурі між нижнім та верхнім джерелом має вирішальне значення для ефективності теплового насоса - чим менша різниця, тим легше насосу "штовхати" тепло між ними.

При використанні вертикальних грунтових колекторів або грунтових вод температура рідини, що надходить у теплообмінник, становить 5-10°C. Температура рідини, що надходить теплообмінник, становить 5-10°C. При використанні вертикальних ґрунтових колекторів або грунтових вод температура рідини, що надходить у теплообмінник, становить 5-10°C. Горизонтальний колектор, розташований на дні резервуара для води, забезпечує температуру 4°C, горизонтальний колектор ґрунтовий можна використовувати для отримання розсолу з температурою близько 0°. Для повітря передбачається +2°C.

Традиційні опалювальні системи з радіаторами були спроектовані виходячи з припущення, що котел постачатиме їх водою з температурою близько 70°С. У системах з радіаторами та газовими конденсаційними котлами температура розсільного середовища знижена до 55°C. Плоске опалення підлоги можна планувати таким чином, щоб для обігріву будівлі використовувалася вода з температурою всього 30-40°С.

Як ви бачите, найменша різниця в температурі між нижнім та верхнім джерелом є поверхневе опалення, на практиці найчастіше це поверхове опалення підлог. Тим не менш, покриття підлоги має певні обмеження. У погано ізольованому будинку він може виявитися занадто слабким за сильних морозів.

Тому при виборі опалення виключно або майже виключно за допомогою теплового насоса необхідно подбати про найкращу теплоізоляцію будівлі. Для обігріву добре ізольованого будинку достатньо потужності 50 Вт/м2. При економії енергії на 1 м2 площі поверхні потрібно на 20 Вт менше, у старих будівлях без теплоізоляції на 1 м2 – навіть 200 Вт теплової потужності! Тепловий насос такого будинку не нагріє.

Тепловий насос найкраще використовувати у поєднанні з підігрівом підлоги.

Насоси типу повітря-вода - які їх характеристики?

Це, як ми вже говорили, стало справжнім хітом на ринку опалювальних приладів останнім часом. Вони використовуються для забезпечення як центрального опалення, так і гарячого водопостачання. У цій другій області малопотужні насоси ефективно конкурують із сонячними колекторами - їх ціна нижча за вартість сонячної установки, а установка набагато менш громіздка. У будинках, де побутова гаряча вода нагрівається твердопаливним котлом, вони дозволять виводити її з експлуатації у літній сезон, що дає економію та значно підвищує комфорт проживання.

В основному повітряні/водяні насоси діляться на 2 групи: спліт і моноблок.

Пристрої спліт-типу складаються з двох блоків – зовнішнього та внутрішнього. Перший, що відповідає за вироблення енергії з навколишнього середовища, - вентилятор, повітряний теплообмінник, який є випарником насоса, компресора і розширювального клапана. Другий, встановлений у будівлі та відповідальний за передачу тепла в систему опалення, включає конденсатор і циркуляційний насос центрального опалення.

Роздільний насос складається з двох агрегатів, один зовні та один усередині будинку.

Моноблочні блоки мають усі компоненти в одному корпусі. Зазвичай їх розміщують зовні будинку, до якого проходить тільки кабель живлення, і дві труби - електроживлення та зворотне відведення від системи центрального опалення.

Тип моноблоку повітряного/водяного теплового насоса.

Обидва рішення мають свої переваги та недоліки. Моноблочні насоси легко встановлюються і заповнюються холодоагентом на заводі, тому монтажник не повинен мати так званих прав на холодоагент. Його завданням є налаштування обладнання та відведення труб, що транспортують тепло до системи центрального опалення. Однак вони повинні бути захищені від замерзання, якщо насос зупиняється під час заморожування, наприклад через перебої в подачі електроенергії.

Шум операційного пристрою також є проблемою, тому його необхідно розміщувати далеко від спальні. У той же час, недалеко від будинку, оскільки чим довша труба, то більше втрат тепла.

Роздільні насоси заповнюються холодоагентом під час монтажу, що потребує більш високої кваліфікації від підрядника. Тим не менш, немає ризику замерзання труб, що з'єднують пристрої, оскільки холодоагент циркулює в них. Зовнішній блок може знаходитись на відстані до 30 м від внутрішнього блоку, тому шум не заважатиме мешканцям.

Повітряний тепловий насос для опалення ЦТВС

Невеликий тепловий насос дозволяє нагрівати гарячу воду для побутових потреб до 55°C.

Тепловий насос можна використовувати чотирма способами (чотири режими):

У моновалентному режимі блок покриває 100% потреби будівлі у теплі. Так працюють грунтові та водяні насоси в будинках з високими енергетичними стандартами. У пневматичних версіях деякі моделі можуть працювати таким чином. Проблема полягає у сильних морозах. Якщо ви не бажаєте додавати другий нагрівач і насос не працює, ви можете вибрати режим мономонопольного живлення. Підтримується вбудованим нагрівачем або бойлером.

У разі значного зниження ефективності насоса альтернативний двовалентний режим замінюється іншим, ефективнішим джерелом тепла в даній ситуації. У цьому режимі насос працює з газовим, масляним або твердопаливним котлом та покриває від 60 до 80% річної потреби у теплі.

Ще найкращим рішенням є паралельний двовалентний режим, коли насос підтримується пристроєм, який гнучко налаштовує потужність нагріву відповідно до потреб, наприклад, газовий конденсаційний котел. У цьому варіанті обидва агрегати працюють одночасно при певній зовнішній температурі, і чим нижча температура, тим вище вміст води в казані. Якщо витрати на енергію навколишнього середовища перевищують витрати на опалення котла, насос вимикається.