Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования
В Европе и США тепловые насосы используются уже более 25 лет и успешно применяются как в быту, так и в промышленности. Одной из особенностей этой технологии является способность преобразовывать низкопотенциальное тепло окружающей среды, такой как земля, вода или воздух. Тем не менее, в России эта экологически чистая технология получила широкое распространение только в последние годы.
Несмотря на это, уже в советское время существовали экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов. Это был смелый и новаторский эксперимент в свое время, но сейчас технология стала частью повседневной жизни и находится в практическом использовании двадцать первого века.
Тепловой насос – эта система, которая позволяет переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, чтобы увеличить его температуру. С помощью тепловых насосов можно получать дешевое тепло, не нанося при этом вреда окружающей среде. Бытовой теплонасос работает на основе принципа, что каждое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии, который пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Исходя из этого, можно использовать запасы тепловой энергии, например, морей, океанов и подземных вод, для отопления домов, не нанося ущерба природе.
Чтобы «взять» тепловую энергию тела, его необходимо охладить. Формула для грубого расчета выделяемого тепла при охлаждении тела имеет вид Q=C*M*(T2 − T1), где Q – полученное тепло, C – теплоемкость, M – масса, T1 – начальная температура, T2 – конечная температура в результате охлаждения. Разница температур может быть небольшой при росте массы теплоносителя. Для примера, можно получить столько же тепла, охладив 1 кг теплоносителя с 1000 до 0 оС, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 оС.
Современные тепловые насосы могут быть разных типов в зависимости от целевой задачи. В целом определить тип теплового насоса можно по нескольким основным характеристикам. Первое, что следует учитывать при выборе теплового насоса, это способ передачи энергии. Тепловые насосы бывают компрессионными и абсорбционными. Компрессионные тепловые насосы используют цикл сжимания-расширения теплоносителя для переноса энергии и являются основными элементами установки таких систем, как компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Они просты в использовании, очень эффективны и наиболее распространены. Абсорбционные насосы, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон, являются новым поколением тепловых насосов. Они обеспечивают более высокую эффективность и экономичность в использовании, чем компрессионные насосы. Второй фактор выбора теплового насоса – это источник тепла. Типичные варианты включают геотермальные тепловые насосы, воздушные тепловые насосы и те, которые используют вторичный источник тепла, такие как воздух, вода или канализационные стоки. Третьим фактором является тип теплоносителя входного и выходного контура. Есть несколько основных вариантов тепловых насосов, которые работают с различными источниками тепла. Например, тепловые насосы «воздух-воздух» используют тепло более холодного воздуха для отапливаемых помещений, тогда как тепловые насосы «вода-вода» используют тепло грунтовых вод, используемых для отопления и горячего водоснабжения. Тепловые насосы «грунт-вода» используют трубы, которые прокладываются под землей, и по которым циркулирует вода, забирающая тепло из грунта. Тепловые насосы, которые используют тепло, выделяемое при формировании льда, называются тепловыми насосами «лед-вода», и они могут использоваться для теплового энергопотребления в системах отопления и горячего водоснабжения. В целом, выбор теплового насоса зависит от нескольких факторов, таких как требуемый вид передачи энергии, источник тепла и тип теплоносителя входного и выходного контура.Расчет эффективности тепловых насосов для отопления
Эффективность теплового насоса является критерием его работы и зависит от соотношения потребляемой электрической энергии и получаемой теплоты. Для обеспечения максимальной эффективности требуется, чтобы тепловой насос выдавал больше тепловой энергии, чем потреблять электрической. В данном случае говорим о коэффициенте преобразования, который может изменяться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Если уличная температура ниже, то система становится менее эффективной.
Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может быть различным. В среднем коэффициенты преобразования колеблются от 1 до 5. Однако для объективной оценки эффективности необходимо учитывать еще один параметр - годовую эффективность.
Тем не менее расчет эффективности конкретного теплового насоса является сложной задачей, которую невозможно решить с помощью обобщенной формулы. Каждый случай требует индивидуального подхода и обращение к экспертам. Специалисты помогут подобрать необходимый тип теплового насоса и объем хладагента в зависимости от условий и поставленных задач.
За последние годы тепловые насосы стали все более популярными как на производстве, так и в быту. Главной причиной этого стало их экономическое преимущество перед другими системами отопления, так как их стоимость значительно ниже. Также тепловые насосы имеют низкий уровень шума, что делает их привлекательными для использования в частных домах.
Кроме того, системы на основе тепловых насосов просты в использовании, не требуют обслуживания и имеют более низкие требования к вентиляции помещений, что повышает безопасность пожара. Еще одно преимущество заключается в том, что системы на основе тепловых насосов могут работать и как системы отопления, и как системы кондиционирования воздуха в летний период.
Согласно Европейской ассоциации тепловых насосов, рынок этого оборудования растет быстрыми темпами в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценкам Мирового энергетического комитета, в ближайшие пять лет, доля систем отопления и горячего водоснабжения, работающих на тепловых насосах, увеличится в развитых странах не менее чем на 75%.
Однако у тепловых насосов есть свой недостаток - они не могут обеспечить высокую температуру нагреваемой воды. Обычно она составляет около 50-60 градусов Цельсия. Но несмотря на это, проекты на основе тепловых насосов все больше возникают в разных уголках мира, например, уже в 2002 году в Москве была сдана в эксплуатацию система горячего водоснабжения на основе тепловых насосов.
Традиционно, для отопления частных домов и коттеджей выбирают газовое отопление, но использование тепловых насосов зачастую является более выгодным и удобным вариантом. Установка газового котла требует специальных строительных работ, таких как установка дымохода и вентиляции, а также документов на разрешение, в то время как тепловые насосы эти проблемы устраняют и значительно экономят затраты. Если вам необходим газ в доме, расположенном в Подмосковье, то это обойдется вам в сумму около $20 000, если дом расположен на расстоянии менее, чем в 1 км от газопровода. В противном случае стоимость может увеличиться в несколько раз. Кроме этого, вам придется учитывать скорость работы газовиков. Установка теплового насоса “под ключ” обойдется вам в сумму от $15 000, а все работы займут 2-3 недели. Поэтому можно сделать однозначный вывод, что использование тепловых насосов - это экономически выгодное, экологически чистое, удобное и эффективное решение для отопления и горячего водоснабжения частных домов.
Фото: freepik.com