Теплові насоси для опалення будинку: види, плюси та мінуси

Як зменшити витрати на опалення власного будинку? Для будь-якого, хто планує будівництво житла за містом, це один з більш актуальних питань. Відповіддю на нього є теплові насоси (ТН), які дійсно дають можливість оптимізувати витрати на обігрів до 80%.

Теплові насоси — відносно новий метод обігріву будинку і забезпечення гарячого водозабезпечення, який, але все таки, стає популярною. Далі ми поговоримо про робочому принципі даного обладнання, видах теплових насосів, їх особливості, недоліки та переваги.

Електрична енергія, газ і вугілля – три головні види опалення, які застосовують російські власники будинку. У кожного з джерел енергії власні особливості, але з’єднує їх одне – стабільне зростання ціни з кожним роком. Це змушує шукати альтернативи. Однією з подібних альтернатив є теплові насоси – парокомпресійні установки, що забезпечують перенесення тепла від низькопотенційних (холодних) джерел теплової енергії до теплового носія. Детальніше про переваги можете подивитись за посиланням https://mycond-heatpump.com.ua/ua/perevagi-a-nedoliki-teplovikh-nasosiv/.

Робочий принцип теплового насоса

У конструкцію будь-якого теплового насоса входять наступні пристрої: конденсатор, атомайзер, компресор (збільшує тиск) і розширювач (знижує тиск). Всі елементи, які були перераховані возз’єднані за допомогою трубопроводу і собою являють один закритий контур. По цьому контуру рухається охолоджувач. Фреон, хладон-це технічний термін присвоєний групі фторвмісних похідних метану і етану. Він з себе представляє благородний газ, що володіє наднизькою температурою кипіння. Завдяки цьому в» гарячій «частині контуру він буде в газоподібному стані, а в» холодній » він стає рідиною.

Рухаючись в компресор, холодоагент (дуже часто фреон) піддається дії великого тиску і стискається, через що його температура збільшується. Розігрітий тиском газ надходить в іншу частину теплообмінника-в конденсатор. Тут перехідний теплообмінник передає тепло теплового носія, який входить в опалювальну систему будинку. Під час того, як холодоагент повертає тепло, він конденсується, знову стає рідким, а нагрітий їм теплової носій подається в опалювальну систему. Рідкий фреон йде через розширювач, де закипає поглинаючи тепло. Після пересувається в атомайзер, де докипають залишки рідкої фракції – і цикл повторюється знову.

Вагомою особливістю теплових насосів вважається багатофункціональність застосування – при низькій температурі повітря вони забезпечують обігрів приміщень, а в спеку-їх охолодження. В іншому варіанті (Реверсивний тепловий насос) застосовується аналогічний принцип. Відмінність тільки в тому, що в спеку теплової носій рухається в іншому напрямку – він надходить не зовні, а з дому, з приміщень всередині.

Спробуємо переказати те ж саме звичайними словами.

Давайте згадаємо, як працює холодильник. У камери холодильника поміщаються продукти, що мають температуру кімнати. Згідно із законодавством збереження енергії зібране ними тепло не може випаруватися в нікуди – його варто вивести за межі холодильника, що і робиться за допомогою радіатора, розміщеного позаду агрегату. Радіатор для цього і призначається – для розсіювання, передачі в навколишнє повітря тепла, «витягнутого» з продуктів.

Тепер уявімо собі холодильник, який встановлений на вулиці з відкритими дверцятами, а його радіатор демонтований і встановлений в будинку. Якщо навіть температура навколишнього середовища на вулиці буде на пару градусів вище температури кипіння фреону, яким заправлений холодильник, агрегат буде передавати це тепло через радіатор в будинок, витягуючи його із зовнішнього середовища. Це і є найпростіший приклад теплового насоса. Описаний принцип називається циклом Карно: власне на ньому заснована робота холодильних установок і кліматичної техніки.

Різновиди теплових насосів: аеротермальні, гідротермальні, геотермальні

Є три головних види теплових насосів. Вони відрізняються джерелом отримання тепла, вартістю обладнання і ціною монтажу, робочими параметрами.

1. Аэротермальные -повітряні теплові насоси. Застосовують тепло з навколишнього повітря, з атмосфери. Особливість даного виду теплових насосів в тому, що для їх монтажу не потрібно витрачатися на буріння колодязів, рити траншеї і проводити якісь інші трудомісткі роботи пов’язані з землею-всі вузли агрегату розміщуються на поверхні. Це значимий плюс, так як кошторисна вартість значно зменшується, як і тимчасові витрати на монтаж.

При всіх зазначених перевагах у аеротермальних насосів є один важливий недолік – вони не працюють при значних морозах. На їх постійну роботу можна розраховувати виключно при температурі не менше -25?, завдяки цьому повітряні Насоси не можуть повністю нагріти приміщення при похолоданні в регіонах з холодними зимами.ТН не» тягне » міцні морози. При падінні температури навколишнього середовища до -25° і нижче, він не буде справлятися з опаленням будинку, тому в даному випадку потрібно мати додатковий теплогенератор – електрообігрівач або камін. В даному випадку дуже часто застосовують комбінацію теплового насоса і електробойлера. При досягненні температури вулиці-18-22?, повітряний тепловий насос вимикається, а електричний ТЕН повністю його заміщає. А якщо бажаете дізнатися, про Найбільш ефективне та економічне опалення приватного будинку, переходьте за посиланням https://mycond-heatpump.com.ua/ua/naybilsh-efektivne-ta-ekonomichne-opa/.

Ще один важливий фактор, який необхідно брати до уваги під час вибору даного обладнання – це середня вологість повітря в тому районі, де знаходиться ваш будинок. Прекрасний варіант для систем такого типу – низький рівень вологи і теплі зими. Якщо клімат вологий і холодний, то установка повітряних теплових насосів недоцільна: теплові установки будуть обмерзати і більший час стояти в режимі відтаювання.

2. Гідротермальні (водяні) насоси. Застосовують тепло води довколишнього водоймища або грунтових вод. Ці установки відрізняються великою стабільністю і ефективністю роботи завдяки великому коефіцієнту віддачі тепла води і невисокому рівню коливань температури. Гідротермальний тепловий насос є сенс придбати в таких варіантах:

• на ділянці, де розміщений ваш будинок, залягають грунтові води в достатньому обсязі або є водойма;
• глибина залягання грунтових вод — не більше 40 метрів;
• вода має властивості, необхідні для постійної роботи обладнання (невисокий рівень вмісту заліза та інших домішок)

Свердловина. Варіант зі свердловинної водою в якості теплового джерела найважчий в монтажі і дорогий. Він має на увазі буріння 2 – ух свердловин: одна буде служити для водозабору, інша-для її скидання.

Водойма. Які водойми можуть застосовуватися? До їх числа відносяться море, річка або озеро, які повинні бути розміщені не далі 50 метрів від будинку. Колектор (труби з холодоагентом) укладають на дно водойми і обтяжують вантажем. Завдяки великій температурі рідини для роботи забезпечується великий коефіцієнт корисної дії установки і велика економія на опаленні. Тим, хто живе в регіоні з приємним кліматом, на березі моря, або поряд від глибокого озера або річки, водяний тепловий насос може стати джерелом безкоштовної енергії не на рік або два, а як правило на довгі і довгі роки.

Стоку. Ще одне джерело води, який може застосовуватися такими насосами – це стоки каналізації. Вони успішно використовуються в якості теплового джерела для систем гарячого водозабезпечення та опалення – як приватних будівель, так і висоток.

3. Геотермальні (грунтові) насоси. Такий агрегат для підігріву рідини для роботи в атомайзері застосовує тепло грунту. Це довгий енергетичний джерело, так як температура грунту нижче рівня обмерзання не змінюється і не залежить від погоди. Вже на глибині 3 метри температура грунту може змінюватися від +5 до +8?, а на 10 метрах вона становить вже +10.

Опалювальної системи, основою яких вважається геотермальний насос тепла, мають велику ефективність, можуть цілий рік підтримувати в будинку комфортабельний мікроклімат.

Застосування грунтового теплового насоса передбачає закладку трубопроводу з холодоагентом в грунт недалеко від будинку. При цьому є два способи розміщення труби системи.

Вертикальний геотермальний зонд. В даному випадку труби розміщуються в площині розташованої вертикально. Глибина їх розміщення досягає 100 метрів, що робить такий варіант дуже витратним. Ще один нюанс-необхідність узгодження з наглядовими органами свердловинного буріння такої глибини. Перевагою такого технічного рішення вважається економія площі ділянки.

Альтернативою глибокої закладки труб вважається схема, при якій застосовуються кілька геотермальних вертикальних зондів. Вони заглиблюються в грунт на 20 метрів і розміщуються на відстані 5-7 метрів один від одного. Під час використання подібного способу ефективність зондів (питома знімання тепла) визначається типом грунту. Найбільш виграшний-це кам’яниста обводнена грунт, яка чудово пропускає тепло (70 Вт/м). Вологі осадові породи забезпечують до 50 Вт/м. найменш «ефективні» будуть сухі осадові породи – в даному випадку знімання тепла не перевищуватиме 30 Вт/м.

Підіб’ємо підсумок: пристрій геотермальних вертикальних зондів обійдеться не дешево через глибоке буріння, проте має власні позитивні якості: високий питомий знімання тепла, гарантована стабільність температури, економія площі ділянки і найменші пошкодження ландшафту.

Горизонтальний контур (колектор). При подібній схемі розташування труб вони поміщаються в грунт на несуттєву глибину (нижче рівня грунтового промерзання – від 1,2 до 3 метрів), і розміщуються на великій площі. Довжина труб геоконтура у всіх окремих випадках розраховується індивідуально. Для даної мети можуть бути застосовані Труби поліетиленові різноманітного діаметра (від 25 до 40 мм), які розміщуються на відстані 500-1000 мм один від одного.

Залежно від проекту колектор може мати різноманітну форму (спіраль, зигзаг, петлі і т.д.). Після закладки труби колектора заповнюються робочою рідиною (антифризом), який вбирає тепло від грунту, переміщує його до теплового насоса і віддає холодоагенту. Після чого охолоджений антифриз знову повертається в підземний контур і цикл повторюється.

Ефективність насоса визначається характеристиками грунту, як теплового джерела. Наприклад, насичена вологою глина забезпечує до 25 Вт на метр труби, суха глина 15-18 Вт/м, пісок (сухий) — 10 Вт/м.наприклад – щоб забезпечити домашнє опалення площею 100 м2, знадобиться вільна територія площею в 400 метрів квадратних. Звідси висновок, що геотермальні насоси з горизонтальним колектором підійдуть власникам ділянок з досить вільною площею, яка вільна від будівель.

Експлуатаційні особливості теплових насосів

для того щоб зменшити до мінімуму небезпеки поломок теплового насоса і зробити його роботу дуже ефективною, необхідно потурбуватися про забезпечення різниці температури теплового носія при вході і виході з теплообмінників, дельтою в 5? (температурний напір), а ще облаштуванні в будинку трифазної електричної мережі – це дасть можливість уберегти обладнання від стрибків напруги. Ще один нюанс-має бути проведено якісне теплоізоляція приміщень (максимально допустимий рівень тепловтрат — не більше 100 Вт / м2).

Основні плюси і мінуси теплових насосів

Основна перевага ТН в тому, що їх ККД в рази більше, ніж у простого електричного опалювального обладнання або кондиціонування. Наприклад, навіть у сучасних, економічних електрообігрівачів обсяги виробленого тепла приблизно рівні витраченої енергії.

Теплові насоси в даній сфері поза конкуренцією-вони роблять теплової енергії в 3-7 рази більше (СОР), ніж застосовують електричної енергії. COP-це одиниця, яка міряє ефективність роботи теплового насоса.

До решти плюсів установки теплового насоса можна віднести:

• Довгий ресурс роботи. Якщо дотримуватися всіх зазначених правил експлуатації і вчасно проводити техобслуговування, то насоси можуть працювати без поломок і ремонту десятками років (до тридцяти років і більше). Єдине «слабка ланка» в подібних системах-це компресор, який може зажадати заміни 1 раз в 15-20 років;
• Велика економія на паливі. У нашій країні ціни на джерела енергії завжди тільки ростуть, і в довготривалій перспективі ТН дає можливість економити на них великі суми;
• Багатофункціональність застосування. У багатьох моделей теплових насосів є одна висока властивість-реверсивність: влітку в спеку вони охолоджують будинок, а в холодний період року забезпечують опалення;
• Повна автоматизація. Якісна настройка роботи ТН забезпечує повну автоматизацію: користувачеві залишається лише ставити температуру нагрівання приміщень взимку і охолодження-влітку;
• Широка географія застосування. Різноманітність видів ТН дає можливість застосовувати їх в різних регіонах, з найрізноманітнішим кліматом: у випадку з тепловими насосами джерелами тепла як правило виступає грунт, повітря або вода;
• Перспективи повної автономності. Якщо як джерело електричної енергії застосовувати фотоелектричні батареї, то можна побудувати в будь-який, навіть найвіддаленішій місцевості повністю автономний будинок, який сам себе буде забезпечувати теплом, водою і електрикою;
• Невелике техобслуговування. Довговічність і надійність обладнання робить його маловитратним в експлуатації;
• Повністю безкоштовне теплове джерело. Ми поки не оплачуємо за повітря, яким дихаємо, воду у водоймах і грунт під ногами: за допомогою ТН вони стають нескінченним ресурсом для отримання теплової енергії.

Тим часом у цих систем є і власні мінуси, про які важливо знати:

1. Велика ціна самого обладнання і його монтажу. Так як початкові витрати дуже великі, ТН виправдається не відразу – в середньому на це йде 3-7 років. Окупиться дуже і дуже швидко тільки аеротермальні (Повітряні) насоси, які вимагають мінімум витрат під час установки.
2. Орієнтація на системи опалення з низькою температурою теплового носія. Найвигідніше теплові насоси застосовувати для систем підлоги з підігрівом з температурою 35-40°C.
3. Дія геотермальних насосів на аеробні мікроорганізми. Під час роботи грунтових насосів земля навколо труб піддається постійному охолодженню, що призводить до загибелі аеробних бактерій, які допомагають очищенню стоків від небезпечних речовин.

Вибираємо тепловий насос: головні критерії

Тим, хто планує придбати подібне обладнання, краще підбирати відповідну модель за наступними параметрами:

1. Кліматичні умови в регіоні проживання. Для регіонів з морозними зимами підійде тільки невелика кількість моделей;
2. Доступ до джерел теплової енергії. Для геотермальних насосів-це наявність на ділянці вільної території, для гідротермальних ТН-наявність поблизу водойм, грунтових вод;
3. Площа опалювального об’єкта, його енергетична ефективність. Чим більше будинок, тим дуже непростим і дуже дорогим буде тепловий насос: потужні моделі вимагають значних витрат на монтаж.
4. Бюджет на придбання. Найбільш доступні за ціною аеротермальні насоси, які не потребують особливих витрат на установку.
5. Розрахунок потужності теплового насоса. Якою потужністю повинен володіти насос? Щоб розрахувати необхідну Вам потужність, необхідно знати наступні параметри: обсяг віддачі тепла системам опалення, загальну площу поверхні труб в атомайзери і конденсаторі, і також обсяг рідини для роботи (холодоагенту).

Зручним рішенням в даному випадку буде застосування для розрахунків online калькулятора. Дуже часто там потрібно ввести:

• стельову висоту і загальну площу будинку (вираховується опалювальна площа);
• регіон проживання (визначається середні температури навколишнього середовища);
• енергетична ефективність об’єкта (ступінь утеплення будинку) – розраховується необхідна продуктивність теплового насоса.

Приклад розрахунків. Для домашнього опалення площею 150 м? рекомендується ТН продуктивністю 11-13 кВт.

Корисні рекомендації по вибору ТН

Теплові насоси являють собою технічно не просте, дороге обладнання, тому до його купівлі необхідно підходити дуже відповідально.

Перед придбанням слід звернутися до профільних майстрів для проектної розробки і твори потрібних розрахунків.

Раціональніше звертатися в одну компанію, що надає повний комплекс послуг: продаж обладнання, установку і гарантійне обслуговування.