Виды и типы тепловых насосов
Тепловых ресурсов становится все меньше, поэтому на смену традиционным приходят альтернативные источники тепла, такие как тепловой насос, хотя изобретен он был еще полтора столетия назад. Самые распространенные тепловые насосы используют энергию земли: они выгоднее по цене и достаточно эффективны. При установке учтите способ прогрева дома, степень утепленности и герметичности. Для низкотемпературных систем отопления оптимальны «теплые полы». Тепловые насосы потребляют гораздо меньше энергии, чем обычные отопительные системы – затрачивая 1 кВт электроэнергии на работу компрессора и насосов, получается 3-5 кВт тепловой энергии; плюс они охлаждают воздух при реверсивном режиме работы.
Существует несколько типов тепловых насосов: «вода-вода», «грунт-воздух», «вода-воздух», «воздух-вода», «воздух-воздух». Про них мы уже также писали в материале про тепловые насосы.
В тепловом насосе «грунт-вода» тепловая энергия земли преобразуется в тепловую энергию обогрева дома с помощью воды. Тепло недр земли практически независимо от погодных условий, а на глубине 10 м и ниже температура постоянна в течение всего года. Принцип действия: тепловой носитель (обычно используется антифриз) аккумулирует энергию недр земли (примерно 3-4 °С) и передает ее фреону, который циркулирует по внутреннему контуру теплового насоса. В каналах испарителя происходит закипание и испарение фреона, далее образовавшийся пар поступает в компрессор, где происходит его сжатие и повышение температуры, после этого горячий и сжатый пар поступает в конденсатор, где охлаждается, отдавая тепло воде. Вода используется для отопления дома водяным отоплением и горячего водоснабжения. Рабочее тело — фреон — стекает на дно конденсатора и за счет разницы давлений через дроссель возвращается в испаритель.
Существуют два вида тепловых насосов типа «грунт-вода»: горизонтальный коллектор и грунтовой зонд. Горизонтальный коллектор – это система контуров труб, размещенных под слоем грунта, использует тепло, накопленное в верхних слоях почвы за счет солнечного излучения. Чтобы система работала эффективно, учтите особенности грунта, геометрию участка и выберите схему укладки – петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм.
В среднем для отопления дома площадью 150-200 м² нужно около 400-650 м трубопровода (для установки нужен участок в 1,5-2 раза больше, чем отапливаемая площадь дома). Преимущество этого метода – легкая установка, по сравнению с грунтовым зондом.
Грунтовой зонд – это система длинных труб, опускаемых в скважины глубиной 50-200 м, не требуется большой участок земли, но придется выполнять дорогостоящие бурильные работы. Но так как температура на глубине выше, такой тепловой насос эффективнее примерно на 20%.
Чаще всего используются U-образные зонды. Пространство скважины вокруг зонда заполняют буровым раствором или цементно-бетонной смесью, она предотвращает повреждения и улучшает теплопередачу. Для отопления дома площадью 150-200 м² необходима установка 5-6 скважин глубиной около 50 м, располагайте их не ближе 2 м от стены дома. При бурении учтите положение подземных вод, которые могут уменьшить эффективность теплового насоса.
Тепловой насос «грунт-воздух» также использует энергию недр земли и передает ее воздуху, используемому для отопления.
Имея поблизости к дому водоем - реку или пруд, можно установить тепловой насос по схеме «вода-вода». Из водоема вода подается мощным насосом в первичный теплообменник (теплообменные аппараты - http://helpinginer.ru/teploobmennye-apparaty/), в котором отдает тепловую энергию фреону, вода, прошедшая через теплообменник, при этом сбрасывается в этот же или близлежащий водоем. Такая установка достаточно энергоэффективна, но вода из водоема требует очистки. В практике обычно используется система коллекторов, которые укладываются в водоем, в результате получается тепловой насос типа «антифриз-вода», наподобие типа «грунт-вода», рассмотренного ранее. В тепловом насосе «вода-воздух» тепловая энергия передается воздуху, который впоследствии используется для отопления помещений.
Тепловые насосы с системами типа «воздух-воздух» и «воздух-вода» имеют схожий с кондиционерами принцип работы, но имеют более низкую стоимость. Их редко применяют, так как из морозного воздуха нельзя получить много тепла. Существует два варианта таких тепловых насосов – сплит и моно. Сплит состоит из двух блоков, в наружном блоке – мощный вентилятор и испаритель, во внутреннем - конденсатор и автоматика. В моно – все части собираются в едином корпусе.
Тепловые насосы имеют много достоинств:
- долговечность (тепловые насосы работают по 20-25 лет)
- безопасность (отсутствие топлива, открытого огня, опасных газов)
- комфортность
- экологичность (не образуются вредные окислы).
При выборе теплового насоса учитывайте то, что необязательно заказывать оборудование максимальной мощности, чтобы покрыть пиковые нагрузки, так как это дорого и нецелесообразно, так как количество холодных дней обычно не превышает двух-трех недель за год, поэтому достаточно насоса с мощностью 60-80% от максимальной. Для того, чтобы покрывать пиковые нагрузки можно установить резервный котел с традиционным видом топлива. Конечно, монтаж и стоимость теплового насоса достаточно высоки, но с учетом ежегодного повышения цен на отопление, можно сказать, что будущее отопления за подобными установками.
Сравнение типов тепловых насосов
| Тип насоса | Источник тепла | COP | Стоимость установки |
|---|---|---|---|
| Воздух-воздух | наружный воздух | 2,5–3,5 | низкая |
| Воздух-вода | наружный воздух | 2,5–3,5 | средняя |
| Грунт-вода (горизонтальный) | грунт на глубине 1,2 м | 3,5–4,5 | высокая (земляные работы) |
| Грунт-вода (вертикальный) | скважины 50–150 м | 4–5 | самая высокая |
| Вода-вода | водоём или грунтовые воды | 4–5,5 | средняя-высокая |
Частые вопросы
Что такое COP теплового насоса?
Коэффициент преобразования: отношение тепловой энергии к затраченной электрической. COP 4 означает 4 кВт тепла на 1 кВт электричества.
Какой насос выбрать для дома без газа?
Грунт-вода с горизонтальным коллектором: COP 3,5–4,5, работает в любом климате, не требует скважин. Воздух-вода дешевле в установке, но COP падает при −15 °C.
Можно ли использовать тепловой насос для горячего водоснабжения?
Да, если температура нагрева достаточна: воздух-вода и грунт-вода греют воду до 55–60 °C. Для ГВС выше 60 °C нужен дополнительный ТЭН-догрев.
Расчёт стоимости отопления тепловым насосом
Дом 100 м², теплопотери 8 кВт, COP 4: электричество на насос — 2 кВт (8/4). За сезон (12 ч/сутки, 180 дней): 2 × 12 × 180 = 4320 кВт·ч × 5 руб = 21 600 руб. Сравнение: электрокотёл на ту же мощность — 86 400 руб (в 4 раза дороже), газовый котёл — 25 000–35 000 руб. Тепловой насос приближается к газу по стоимости без магистрали.
Типичные ошибки
- Насос «по площади» без расчёта теплопотерь. Дом с плохим утеплением требует 15 кВт — насос 10 кВт не справится в морозы.
- Воздух-вода при −20 °C. COP падает до 1,5–2: насос работает, но греет слабо. Для холодных регионов — грунт-вода.
- Нет байпаса у насоса циркуляции. При отключении электричества насос блокирует естественную циркуляцию — система закипает.
