Плюсы и минусы тепловых насосов

Плюсы и минусы тепловых насосов

27.09.2011 02:00 Владимир ОРЕХОВСКИЙ Хиты: 10676

Полезное это устройство тепловой насос, что и говорить. Но тепловых насосов много, хороших и разных. Как выбрать среди них нужный именно вам? Для этого следует знать, что каждый тип такого насоса хорош в тех случаях, когда его применение оправдано. А оправдано оно тогда, когда его достоинства проявляются сильнее, чем недостатки. Вот о сильных и слабых сторонах самых распространенных типов тепловых насосов мы сейчас и поговорим.

Для начала вспомним, что такое внешний контур теплового насоса и какие они, эти внешние контуры, бывают.

Основная задача теплового насоса перекачивать теплоту из окружающей среды в систему отопления. Поэтому требуется создавать конструкции, которые непосредственно собирают эту наружную теплоту. Такую конструкцию и называют внешним контуром. Существуют следующие типы внешних контуров (в порядке эффективности вложений): водяной, горизонтальный земляной, вертикальный земляной (скважина), воздушный. Посмотрим, как они устроены и насколько хорош каждый из них.

Водяной внешний контур

На дно водоема укладывается полиэтиленовая труба, закрепляемая грузами. Длина трубопроводов делается из расчета 30- 40 м на 1 кВт мощности теплового насоса.

Достоинства: минимальная стоимость внешнего контура; относительно «высокая» температура источника теплоты; возможность сбрасывать теплоту от системы кондиционирования в водоем.

Недостатки: может потребоваться создание специальных конструкций для проведения труб под ледовую кромку; водоем должен быть или достаточно большого размера, или проточный.

Горизонтальный земляной внешний контур

На глубину промерзания грунта с шагом 1,0–1,2 м закладывается трубопровод из расчета 40 м на 1 кВт мощности теплового насоса.

Достоинства: не требуется наличие близлежащего водоема; имеет среднюю стоимость реализации; ремонтопригодность.

Недостатки: требуется наличие значительной площади участка для обустройства; на территории горизонтального земляного контура нельзя высаживать высокие деревья и делать строения с фундаментом; не годится для сброса теплоты от системы кондиционирования.

Вертикальный земляной контур (скважина).

В необсадную скважину диаметром 130 мм опускается петля полиэтиленовой трубы с грузом на конце. Суммарная длина скважин делается из расчета 10- 30 м на 1 кВт мощности теплового насоса. Рекомендуемая глубина одной скважины от 50 до 90 м. Обычно делается некоторый средний вариант между горизонтальным и вертикальным земляным контуром, т. е. подводы трубопроводов к скважине обустраиваются по правилам горизонтального земляного контура, и они тоже участвуют в сборе теплоты из грунта, это сокращает объемы буровых работ.

Достоинства: возможность оборудования практически в любом месте; возможен сброс теплоты от системы кондиционирования.

Недостатки: самая высокая стоимость реализации; не подлежит ремонту.

Переливные скважины

На расстоянии 10- 50 метров друг от друга делаются 2 скважины, из одной берутся грунтовые воды, они пропускаются через тепловой насос и выливаются во 2-ю скважину.

Достоинства: невысокая стоимость реализации; возможен сброс теплоты от системы кондиционирования.

Недостатки: значительный расход электроэнергии на перелив воды из одной скважины в другую; основная сложность – непредсказуемость скважины по выдаче грунтовых вод; необходимость обустройства специального теплообменника для передачи теплоты от нефильтрованных грунтовых вод.

Воздушный внешний контур

Устанавливается воздушный теплообменник с принудительной циркуляцией наружного воздуха, очень похожий на внешние блоки системы кондиционирования. Для регулярного сброса инея с поверхности воздушного теплообменника тепловой насос должен иметь специальную систему разморозки наружного контура.

Достоинства: низкая стоимость установки; возможно использование совместно с системой кондиционирования.

Недостатки: по причине того, что теплота берется из среды более холодной, чем грунт, коэффициент преобразования энергии теплового насоса существенно меньше, чем у тепловых насосов с грунтовым внешним контуром. Из-за того, что при температуре воздуха ниже −10° C резко падает КПД теплового насоса, а также из-за отключения системы при температуре воздуха ниже −20° C получается, что в климате, аналогичном нашему, использование воздушных контуров ограничено и зимой может служить скорее дополнительным источника тепла или же выполнять роль основного летом, весной и осенью.

А теперь рассмотрим более подробно два вида наиболее популярного теплового насоса – с земляным внешним контуром.

Скважины в горной породе

Самые эффективные, но и самые дорогие схемы предусматривают отбор тепла от грунта, чья температура не меняется в течение года уже на глубине нескольких метров, что делает установку практически независимой от погоды. Скальная порода требует бурения скважины на достаточную глубину (100- 200 метров) или нескольких таких скважин.

В скважину опускается U-образный груз с двумя пластиковыми трубками, составляющими контур. Трубки заполняются антифризом. По экологическим соображениям это 30% раствор этилового спирта. Скважину естественным путем заполняют грунтовые воды, и вода проводит тепло от камня к теплоносителю. При недостаточной длине скважины или попытке получить от грунта сверх расчетную мощность эта вода и даже антифриз могут замерзнуть, что и ограничивает максимальную тепловую мощность таких систем. Именно температура возвращаемого антифриза и служит одним из показателей для схемы автоматики.

Ориентировочно на 1 погонный метр скважины приходится в год 50- 60 кВт-часов тепловой энергии. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходима скважина глубиной около 170 м. Нецелесообразно бурить глубже 200 метров, дешевле сделать несколько скважин меньшей глубины через 10- 20 метров друг от друга. Даже для маленького дома в 110- 120 кв. м. при небольшом энергопотреблении срок окупаемости составляет 10–15 лет.

Почти все имеющиеся на рынке установки работают и летом, при этом тепло (по сути солнечная энергия) отбирается из помещения и рассеивается в породе или грунтовых водах. В Скандинавских странах со скальным грунтом гранит выполняет роль массивного радиатора, рассеивающего тепло летом и днем и получающего его обратно зимой и ночью. Тепло также постоянно приходит из недр земли и от грунтовых вод.

Отбор тепла от грунта

При использовании в качестве источника тепла энергии грунта трубопровод, в котором циркулирует антифриз, зарывают в землю на 30- 50 см ниже уровня промерзания грунта в данном регионе (на практике 0,71,5 метра). Минимальное рекомендуемое производителями расстояние между трубами коллектора K 1,5 м, минимум – 1,2 м. Здесь не требуется бурение, но требуются более обширные земельные работы на большой площади, и трубопровод более подвержен риску повреждения. Эффективность такая же, как при отборе тепла из скважины.

Специальной подготовки почвы не требуется. Но желательно использовать участок с влажным грунтом, если же он сухой, контур надо сделать длиннее. Ориентировочное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 м трубопровода в год для умеренных широт: в глине 50- 60 кВт-час, в песке 30- 40 кВт-час. На севере эти показатели меньше. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходим земляной контур длиной 350- 450 м, для укладки которого потребуется участок земли площадью около 400 кв. м (20×20 м). При правильном расчете контур не влияет на зеленые насаждения.

Comments are closed