Тепловой насос – это один из возможных вариантов отопления частного дома, который сравнительно недавно появился в наших краях. Суть работы теплового насоса заключается в циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру, в результате чего отбирается тепло у воздуха, земли или воды.
То есть, источником тепла в этом случае являются природные источники, а не продукты сгорания или электричество, что делает тепловой насос наиболее экологически чистым и экономически выгодным на сегодняшний день. Такая система отопления практически не зависит от цен на топливо, ведь энергия земли, воды и воздуха не только неисчерпаема, но и абсолютно бесплатна. Единственные расходы при эксплуатации теплового насоса связаны с расходами на электроэнергию, от которой и работает сам насос, но они составляют только 1/3 всей выработанной энергии, так что экономия очевидна. Таким образом, тепловой насос по стоимости эксплуатации может соперничать даже с наиболее дешевым природным газом, не говоря уже о твердом или жидком топливе.
Сама идея извлекать тепло из окружающей среды далеко не нова, но тепловые насосы, как способ обогрева домов, появились сравнительно недавно в западных странах на пике популярности экологически чистого и безвредного оборудования. Именно в европейских странах начали устанавливать их не только для частных домов, но и для целых районов в городах.
Как работает тепловой насос?
Принцип действия теплового насоса напоминает принцип работы холодильника, только наоборот. Если в холодильнике рабочее вещество испаряется, отдавая холод, то в тепловом насосе оно конденсируется, отдавая тепло. Полученное тепло накапливается, обогащается и отдается теплоносителю, который переносит его в отапливаемые помещения. Для выделения тепла в системе используется конденсатор, тогда как испаритель поглощает полученное низко потенциальное тепло.
Электроэнергия требуется системе для работы компрессора. В качестве показателя эффективности работы теплового насоса используется такое понятие, как преобразование тепла или трансформация – разница между величиной потребляемой электроэнергии и полученного в результате тепла. КПД системы зависит от разницы температур испарителя и конденсатора – чем она больше, тем ниже КПД. Для увеличения эффективности работы нужно обеспечить максимально большой по объему источник низко потенциального тепла, иначе в системе возможно переохлаждение.
Таким образом, масса источника низко потенциального тепла должна быть значительно больше массы, которая нагревается, что позволит сократить разницу температур холодного тела и источника тепла, а это, в свою очередь, сократит потребление электрической энергии. Единственный недостаток такого решения – значительные габариты теплового насоса, которые напрямую связаны еще и с его стоимостью. При обогреве такой системой районов и даже городов можно устанавливать дорогостоящее оборудование, которое занимает значительную площадь – это экономически оправдано, но вот относительно частных домов это далеко не всегда выгодно.
Типы тепловых насосов
Рассмотрим рабочие характеристики и типы тепловых насосов. Что касается условий эксплуатации, их можно использовать в достаточно широком температурном диапазоне от -30 °С до +35 °С. Наиболее распространенными считаются компрессионные и абсорбционные насосы. Первые обеспечивают циркуляцию в системе за счет механической и электрической энергии, вторые переносят тепло с помощью самого источника тепла. Абсорбционные насосы более экономичные, но имеют более сложную конструкцию и стоят дороже.
В зависимости от типа источника тепла тепловые насосы можно поделить на:
- геотермальные. забирающие тепло земли или воды (грунтовых вод, водоемов и т. д.);
- воздушные. забирающие тепло воздуха;
- насосы вторичного тепла. забирающие тепло, которое выделяется при отоплении, рабочих процессах на производстве и т. д. Обычно такие насосы используются именно на производствах, где есть источники «ненужного» тепла.
В качестве теплоносителя в тепловых насосах может использоваться вода, воздух, грунт или их комбинации.
Геотермальные тепловые насосы бывают замкнутыми и открытыми. Открытые системы используются для нагрева воды, которая попадает в контур, нагревается и выводится наружу. Использовать такую систему можно, если поблизости есть достаточно большой источник воды с достаточным объемом. Кроме того, вода, прошедшая через систему, не должна загрязнять окружающую среду, а ее выброс нужно согласовывать с государственными учреждениями.
Более предпочтительными являются замкнутые системы, которые тоже можно поделить на несколько типов:
- с горизонтальным расположением коллектора, когда он монтируется в выкопанной в земле траншее ниже уровня промерзания грунта. В зависимости от климата и типа грунта глубина монтажа коллектора может меняться, в среднем же она составляет порядка 1,5 м. Для увеличения площади и объема контура при сокращении затраченной площади коллектор лучше укладывать кольцами. Этот тип требует наличия на участке значительной свободной площади, что не всегда возможно;
- с вертикальным расположением коллектора, когда он размещается в скважине на глубине порядка 200 м. Такой тип используется в случаях, когда на участке не удается выделить нужную площадь для установки теплового насоса или же поверхность участка неровная;
- водный, когда коллектор монтируется в водоеме (природном или искусственном) на глубине ниже его промерзания. В этом случае коллектор тоже желательно размещать кольцами для экономии площади. Для установки водного теплового насоса должны быть соблюдены некоторые условия: объем воды в водоеме должен быть достаточным для получения нужного количества тепла, а также глубина водоема должна быть довольно большой, чтобы вода в нем не промерзала до самого дна.
Преимущества и недостатки теплового насоса
Итак, тепловой насос – это сочетание практически бесплатной тепловой энергии и экологической чистоты. Почему же тогда далеко не все согласны поменять на него свои традиционные источники тепла? Дело в том, что наряду с несомненными плюсами тепловой насос обладает и некоторыми недостатками. Рассмотрим более подробно и первые, и вторые.
Преимущества
К достоинствам теплового насоса, как было отмечено выше, можно отнести небольшое потребление электроэнергии (для получения 1 кВт/ч тепла насос поглощает 0,3-0,35 кВт/ч) и безвредность для окружающей среды. Кроме того, тепловой насос имеет высокий уровень пожаробезопасности, не требует оснащения дополнительной системой вентиляции и не нуждается в регулярном обслуживании. Регулирование работы системы выполняется автоматически без вмешательства людей. По сути, если его правильно установить и подключить, на протяжении 20 лет можно просто забыть о его существовании и наслаждаться теплом в доме.
Еще одно преимущество – возможность не только обогрева дома в холодное время года, но и его охлаждения летом. Для этого к коллектору нужно подключить систему «холодный потолок» и фэн-койлы. Таким образом, тепловой насос сможет заменить собой кондиционеры.
Недостатки
А теперь пару слов о недостатках теплового насоса. Первый (и главный) из них – высокая стоимость оборудования и монтажа. Тепловой насос имеет довольно сложную структуру, к тому же оснащен автоматикой, что делает его довольно дорогим удовольствием. К тому же его установка связана с земельными работами больших объемов, что значительно увеличивает его стоимость. Если Вы решили заменить им газовую систему отопления, затраты на переоборудование будут окупаться много лет. При этом нужно учесть еще и тот факт, что средний срок службы теплового насоса составляет 20 лет, после чего нужно проводить капитальный ремонт системы, что связано опять-таки с земельными работами и закупкой новых элементов. Так что явная, на первый взгляд, выгода от использования теплового насоса при ближайшем рассмотрении может оказаться далеко не выгодной, поэтому лучше заранее все подсчитать и решить, нужно ли Вам его устанавливать.
Стоит ли использовать тепловой насос для отопления дома?
Подведя итоги, можно отметить, что тепловой насос – это действительно неплохая альтернатива существующим системам отопления. Возможно, через несколько лет его стоимость снизится настолько, что появится смысл его установки не только из экологических соображений, но и экономических. Пока же (по крайней мере, в нашей стране) использование такого оборудования вряд ли найдет широкое применение.
тепловой насос для отопления дома своими руками
