Что такое тепловой насос?

Что такое тепловой насос? Из-за высоких цен на электричество и недостатка мощностей в России находят применение обогревательные установки, которые раньше использовались только в южных странах. Они получили название “тепловые насосы”. Эти агрегаты позволяют в 3-4 раза снизить расход электричества на отопление дома. Рассказываем о них подробнее.

Тепловые насосы пока мало известны большинству россиян, поскольку мы имеем возможность пользоваться недорогим газом. Поэтому своим развитием эти установки обязаны в первую очередь европейским ученым. Патент на геотермальный тепловой насос (ТН) был выдан в Швейцарии еще в 1912 году. В 20-м веке насосы использовались в основном для отопления промышленных объектов и административных зданий. Большой объем отапливаемой площади позволял получить максимальную рентабельность по сравнению с другими источниками тепла. Но в наше время ТН уже активно внедряются в частном секторе.
Спасибо китайцам, которые наладили выпуск ТН, доступных по цене массовому потребителю. Кстати, для отопления некоторых олимпийских объектов в Сочи также используются тепловые насосы.

Погреемся у … холодильника

Тепловыми насосами называют установки, которые для обогрева зданий извлекают энергию из окружающей среды. Могут использоваться тепло земли, подземных вод, незамерзающих водоемов, промышленных стоков. Установка проектируется по принципу холодильника. Только он выкачивает тепло из продуктов, которые находятся в “морозилке”. А тепловой насос – из грунта или воды. Трубочки на задней стенке холодильника отдают «вытянутое» из морозильной камеры тепло в комнату. Так же делает ТН, только этот прибор гораздо мощнее.

Два главных недостатка ТН – это цена прибора и большая трудоемкость его установки. Самые недорогие ТН китайского производства стоят от 200 тысяч рублей. Установка «под ключ» такого агрегата потребует еще 200-300 тысяч. Но не спешите сразу отказываться от необычной идеи.

Конечно, при существующих тарифах отапливать дом магистральным газом выходит дешевле, чем с помощью теплового насоса. Однако учтите еще стоимость прокладки коммуникаций, плату за подключение к газопроводу… К тому же, в некоторым поселкам газ просто не подведен. Именно в таких случаях тепловой насос оказывается палочкой-выручалочкой.

А если рядом есть незамерзающий водоем или скважина, дающая большой объем воды, то использование ТН может быть рентабельным даже по сравнению с газом. Когда энергия выкачивается не из грунта, а из воды, теплообмен идет значительно быстрее.

Еще одна альтернатива тепловому насосу — это электрические отопительные приборы, о которых мы рассказывали в одном из наших выпусков.
Чем ТН отличается от любого обогревателя? Обогреватель превращает электрическую энергию непосредственно в тепловую. То есть, потребляя один киловатт электричества, он отдает тот же самый киловатт в виде тепла.

А вот тепловой насос на один взятый электрокиловатт может отдавать 3-4 теплокиловатта. Источником энергии для него служат геотермальные ресурсы. Электричество требуется лишь для того, чтобы извлечь эту энергию и доставить ее по назначению. Основные потребители электричества в ТН — это компрессоры и насосы.

Каковы же все-таки сроки окупаемости тепловых насосов? Некоторые домовладельцы утверждают, что более 15 лет (если сравнивать с обычными электроприборами). Однако при росте тарифов на электроэнергию сроки окупаемости, очевидно, будут сокращаться. И чем дальше, тем быстрее – спасибо уже не китайцам, а отечественным естественным монополиям. Продавцы ТН вообще настаивают, что срок окупаемости чудо-агрегата не превышает семи лет.

Бывает ситуация, когда выделенной электросетями мощности не хватает для  отопления всего дома. К примеру, есть только 15 КВт, а нужно — 25. Если из имеющихся 15-ти десять отдать тепловому насосу, то мы получим систему отопления мощностью 30-40 КВт. И еще пять киловатт электрической мощности у нас останется для других приборов (лампочки, электрочайник, компьютер и т.д.). Чем не выход?

Три контура

Принципиальная схема устройства отопления с помощью ТН такова.

Имеются три контура трубы.

Внешний контур называется “холодным”. Он закапывается в грунт. Есть несколько вариантов его устройства.

При горизонтальной укладке берутся обычные пластиковые трубы и «змейкой» укладываются на участке. Расстояние между соседними трубами — около двух метров. На каждый квадратный метр отапливаемой площади требуется примерно 5 метров трубы. Такой контур будет эффективно работать, если подземные воды близко и трубы окружены влажным грунтом. Но потребуется перекопать довольно большую площать участка.

Если грунт на участке глинистый или площадь не позволяет сделать горизонтальный контур, то выполняют вертикальную конструкцию. Для этого бурят скважину и опускают «змеевик» из труб в нее. Именно таким образом холодные контуры обычно делают в Подмосковье. Однако хозяину нужно иметь в виду одну юридическую деталь. Федеральный закон «О недрах» разрешает землевладельцам без бюрократической волокиты бурить скважины до первого водоносного горизонта. Но, как правило, верных сведений, где находится этот горизонт, нет. Еще хуже, когда сведения есть, и горизонт очень близко – бурить-то надо глубоко, до нескольких десятков метров. Так что при устройстве ТН легко нарушить установленный законодателем рубеж. Чтобы минимизировать юридические риски, можно вместо одной глубокой скважины устроить несколько поменьше.

Внутренний контур образуют трубы отопления, расположенные в доме. Поэтому называется он “горячим”. Обычно при использовании ТН в системе отопления комнат не применяют радиаторы. Они требуют слишком горячую воду, до 90 градусов. Вместо них делают теплые полы с водяным подогревом. В таком случае достаточно будет подавать в систему отопления воду максимальной температурой 35 градусов.
С подобной задачей тепловой насос справляется без проблем.

Средний контур труб располагается внутри корпуса теплового насоса. Он заполняется газом-хладогеном, аналогом того, что используются в холодильниках. Да и весь внутренний контур работает как холодильник (см. схему).

К примеру, из-под земли приходит жидкость с температурой +2 градуса (из скважины можно получить и более теплую воду). В испарителе ТН, вступая в тепловой контакт с хладогеном, она остывает на 5 градусов и уходит в землю, остывшей до -3 градусов.

Используемый в ТН хладоген имеет температуру кипения примерно -10 градусов. То есть в испарителе, нагревшись от внешнего контура, он закипает. Кинетическая энергия каждой частички газа увеличивается.

Этот закипевший газ с помощью компрессора закачивается в конденсатор. Компрессор создают давление, при котором хладоген больше не может быть газом и превращается обратно в жидкость. А кинетическая энергия его молекул превращается в тепловую. Через теплообменник тепло передается внутреннему контуру.

Мы помним, что наружный контур у нас по объему в несколько раз больше внутреннего. Это позволяет нам, охладив наружный контур, к примеру, на 5 градусов, нагреть внутренний на 7-10 градусов. Чем больше разница объемов между контурами, тем больше тепла можно закачать в дом.

Корпус теплового насоса похож на холодильник даже внешне. Правда, большинство моделей имеют не прямоугольную, а круглую форму. Из-за компрессоров и насоса агрегат так же издает шум, причем звук выходит погромче – как у стиральной машинки, работающей на отжим. Так что лучше поставить ТН в специальную комнату с хорошей звукоизоляцией. Стандартная каркасная стена толщиной 15 сантиметров, заполненная минеральной ватой, вполне справляется с шумоподавлением.

…Согласитесь, над изобретением швейцарских ученых стоит хорошенько поразмыслить? :-)

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями!

Остались вопросы? Напишите нам!

Нажимая кнопку «ОТПРАВИТЬ ВОПРОС», я даю свое согласие на обработку моих персональных данных, в соответствии с Федеральным законом от 27.07.2006 года №152-ФЗ «О персональных данных», на условиях и для целей, определенных в Согласии на обработку персональных данных