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.
Переработанный текст:
- Тепловые насосы распространены в тех случаях, когда другие способы организации системы отопления являются более затратными. Тепловые насосы сегодня широко используются в производстве и быту из-за ряда преимуществ:
- Экономичность. Для передачи 1 кВт•ч тепловой энергии в отопительную систему требуется всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
- Простота эксплуатации.
- Упрощение требований к системам вентиляции помещений и повышение уровня пожарной безопасности.
- Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
- Компактность и отсутствие шума, что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.
- По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени рынок этого оборудования был сосредоточен во Франции. В последние годы он расширяется в Германии, Великобритании и Восточной Европе. Мировой энергетический комитет предполагает, что уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов составит не менее 75% в развитых странах.
- Недостаток тепловых насосов - не высокая температура нагреваемой воды. Обычно это 50-60 °С.
- Кстати, в 2002 году в Москве была сдана в эксплуатацию теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома в микрорайоне Никулино-2. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.
Традиционным и наиболее распространенным вариантом отопления частных домов и коттеджей по-прежнему остается газовое отопление. Однако вариант с использованием теплового насоса не только значительно выгоднее, но и гораздо удобнее в плане монтажа. Для установки газового котла требуется не только специальный дымоход и вентиляция, но и разрешительные документы, что может оказаться непростым делом. В свою очередь, применение тепловых насосов сэкономит время и деньги, а также избавит от необходимости проведения дополнительных работ. Стоимость прокладки газа в Подмосковье составляет около $20 000, при условии, что расстояние до газопровода не превышает 1 км. В противном случае, затраты могут вырасти в несколько раз. Кроме того, стоит учитывать скорость работы газовщиков. Установка теплового насоса под ключ обойдется примерно в $15 000, а монтаж занимает не более 2-3 недель. Таким образом, применение тепловых насосов позволяет сделать эффективный, простой и экономичный выбор для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.
Фото: freepik.com