Тепловые насосы для отопления дома

Безопасность и экологичность прежде всего

Отопление с помощью описанных в данной статье насосов является одним из наиболее экологических методов. Обусловлено это по большей части сокращением выбросов в атмосферу углекислых газов, а также сбережением невосстанавливаемых энергоресурсов. Кстати, в нашем случае используются возобновляемые ресурсы, поэтому бояться, что тепло вдруг закончится, не стоит. Благодаря использованию вещества, кипящего при низких температурах, появилась возможность реализовать обратный термодинамический цикл и при меньших затратах энергии получать достаточное количество тепла в дом. Что касается пожаробезопасности, то тут и так все понятно. Нет вероятности утечки газа или мазута, взрыва, нет опасных мест для хранения горючих материалов и многое другое. В этом плане тепловые насосы очень хороши.

Теперь вы полностью знакомы с тем, что такое и каким может быть тепловой насос (принцип работы). Своими руками подобный агрегат сделать можно, а в некоторых случаях даже нужно. В этом случае вы можете сэкономить порядка 30% средств на покупку оборудования. Но опять же монтажными работами желательно должен заниматься специалист, это же касается и проводимых расчетов.

Как ни крути, сегодня это еще достаточно дорогостоящий вид отопления с большим сроком окупаемости. В большинстве случаев куда проще провести газ или топить углем или дровами. Тем не менее для больших загородных домов это очень перспективный вид отопления. Его говорить об экономичности оборудования, то получается что на 1 кВт потраченной энергии мы получаем порядка 5-7 кВт тепловой. По охлаждению это 2-2,5 кВт на выходе, что тоже очень даже неплохо. Стоит отметить еще и бесшумность работы насоса. Вот, в принципе, и все, что можно рассказать по данной теме.

Тепловой насос на даче: выгоды и проблемы

Можно ли потратить 1 кВт⋅ч электроэнергии, а взамен получить 3-4 кВт⋅ч тепла для отопления и горячего водоснабжения загородного дома? И платить по счетчику только за 1 кВт⋅ч, беспечно обогревая площадь в 30-40 кв. м? Да! Современные технологии творят чудеса. Именно о такой новаторской системе получения теплой воды мы сегодня и поговорим.
Затратив на входе 1 кВт⋅ч, на выходе она действительно дарит вам в 3-4 раза больше тепла. Причем дарит в прямом смысле: казалось бы, ниоткуда, «из воздуха» появляется дополнительная энергия, которая материализуется в комфортном и теплом отдельно стоящем доме. В этом и есть главный плюс чуда техники под названием «теплонасосные системы», а сокращенно — «тепловые насосы».
Разумеется, за таким четырехкратным экономическим эффектом стоят и самые современные технологии, и серьезная наука. Поэтому не судите строго за вынужденную сухость и «технократичность» изложения.

Как это работает

Всезнающая «Википедия» определяет тепловой насос как устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой.
По сути, тепловой насос аналогичен бытовому холодильнику, о сложной работе которого мы попросту не задумываемся. Только там основная цель — производство холода: испаритель забирает тепло из камеры холодильника, а конденсатор «сбрасывает» его в окружающую среду. В тепловом насосе картина строго обратная.
Конструкция теплового насоса — это замкнутая система, в которую входят:

  • испаритель,
  • компрессор,
  • конденсатор,
  • расширительный клапан (дроссель).

Они соединены трубопроводами, по которым циркулирует хладагент (фреон). Но сам тепловой насос как таковой — лишь часть теплонасосной системы отопления. Его испаритель непосредственно связан с первым контуром системы — зарытым в грунт теплообменником, который передает низкопотенциальную энергию грунта хладагенту (второй контур).

  1. Получая тепловую энергию грунта из первого контура, хладагент нагревается, вскипает и переходит из жидкого состояния в газообразное (испаряется).
  2. Компрессор сжимает нагретый газообразный хладагент, при этом его температура повышается. Кстати, именно на работу компрессора в основном и уходит вся потребляемая из сети электроэнергия — тот самый условный 1 кВт⋅ч, о котором шла речь в начале статьи.
  3. Из компрессора подогретый фреон попадает в конденсатор. Здесь он охлаждается, отдавая свое тепло в контур системы водяного отопления дома (третий контур).
  4. Выходя из дросселя, фреон расширяется, его температура падает, в результате он переходит в жидкую фазу и возвращается в испаритель.
  5. После этого рабочий цикл повторяется заново. Типичный бытовой холодильник, только работающий «в обратную сторону».

Типы тепловых насосных систем

Исследователи и конструкторы теплонасосных установок разработали несколько вариантов отбора тепла у природы: из грунта, из воды и даже из воздуха. Практический интерес для российских дачников представляет случай съема тепла из грунта — прямо из земли садового участка.
При этом тепловая энергия грунта отбирается теплоносителем (обычно это незамерзающая жидкость на основе пропиленгликоля или этиленгликоля) первого контура. Известны два типа грунтовых теплообменников: горизонтальный коллектор и геотермальный зонд.

Горизонтальный грунтовый коллектор

Это система труб, уложенных на глубине ниже уровня промерзания (то есть около 2 м) в специально вырытые траншеи. Трубы могут соединяться последовательно или параллельно, располагаться в одной плоскости или даже образовывать пространственную спираль.
Параметры такого теплообменника зависят от длины труб, которую рассчитывают исходя из:

  • потребной мощности насоса,
  • грунта данного места (влажный — лучше),
  • уровня солнечной радиации и т.д.

В любом случае площадь, занимаемая таким коллектором, сравнительно велика. В средней полосе России примерное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 погонный метр трубы теплообменника, составляет 20-30 Вт. Это означает, что для обеспечения теплом коттеджа площадью около 50 кв. м потребуется коллектор площадью 150-200 кв.м.
На площадке, под которой располагается коллектор, можно сажать кусты и деревья, устанавливать малые архитектурные формы (беседки, перголы и арки, садовые скульптуры, стационарные садовые светильники и т.д.). Но какая-либо серьезная застройка там запрещена. Такой запрет позволяет тепловым «запасам» грунта, остывшего за зиму, восстанавливаться естественным путем. А это происходит в том числе за счет летних дождей. Поэтому ничто не должно препятствовать проникновению влаги в почву. Так что «энергетическое поле» вашего участка будет представлять собой только садово-огородный ландшафт, даже без теплиц.

Вертикальный коллектор, или геотермальный зонд

Вертикальный коллектор — другой тип грунтового теплообменника. Он представляет собой вертикальную скважину глубиной 30-100 м (иногда и более), в которой размещается U-образный или коаксиальный (труба в трубе) теплообменник.
У него есть и другое название — геотермальный зонд.
Важнейшее преимущество вертикальных грунтовых теплообменников — в том, что для их устройства требуется минимальная площадь.

Два примера применения тепловых насосов

1. Один из лучших примеров на территории России — «Активный дом» под Москвой. Он сооружен в 2011 году и стал поистине символическим объектом в области энергоэффективности дачного строительства.
В нем установлен тепловой насос, использующий 33% раствор этиленгликоля, который циркулирует в коллекторах охлаждения скважного исполнения. Для их производства на придомовом участке в шахматном порядке пробурили 8 скважин глубиной до 30 м.
В этом примере есть один очень важный, можно сказать решающий параметр: здесь четко определен радиус действия скважного модуля в 6 м. То есть одна скважина должна отстоять от другой не менее, чем на 12 м.
Главное достоинство установки — пресловутый расход 1 кВт⋅ч поступающей извне мощности для получения 3-4 кВт⋅ч тепловой энергии.
Серьезный недостаток таких теплообменников — немалая стоимость буровых работ, приближающаяся к цене импортного оборудования.
Тем не менее, в Московской области большинство установок приходится на долю тепловых насосных систем именно с вертикальными грунтовыми теплообменниками.
На видео ниже вы можете посмотреть, как вообще происходит бурение скважин и закладка в них геотермальных зондов:

2. Еще один пример, на этот раз из Набережных Челнов. Компания Rockwool построила там энергоэффективный дом Natural Balance общей площадью 186 кв. м.
Отопление и горячее водоснабжение в этом доме обеспечивает тепловой насос. На приусадебном участке пробурили десять скважин глубиной по 35 м, в которые опустили теплообменники.
Трубы, соединяющие зонды с тепловым насосом, расположены на глубине более 1 м, поэтому площадка со скважинами используется как обычный садовый участок с плодовыми деревьями, огородом, цветниками, садовыми скамейками и прочими атрибутами современного загородного дома.

Велика ли эффективность теплового насоса?

Уровень эффективности теплового насоса определяется коэффициентом преобразования (коэффициентом мощности), который показывает отношение полученной тепловой энергии к количеству электрической энергии, затраченной на работу компрессора. В любое время года для тепловых насосов «грунт-вода» величина коэффициента составляет около 4. Это означает, что при потреблении 2 кВт∙ч электрической энергии установка производит 8 кВт∙ч тепловой энергии.
Я выбрал для примера скромные 2 кВт∙ч, потому что это тот минимум, который может получить одно домохозяйство в обычном садоводческом товариществе в регионе с ограниченным энергопотреблением. А мощности в 8 кВт∙ч тепловой энергии достаточно, чтобы отопить грамотно утепленный дом площадью до 100 кв. м и более.

Второе назначение

Тепловые насосы могут работать не только в режиме отопления, но и в режиме кондиционирования всех комнат. То есть если собрать гидравлическую развязку в котельной, обычный тепловой насос можно использовать и для охлаждения. У передовых котловых компаний уже есть модели тепловых насосов, которые легко переходят с одного режима на другой. Оба эти варианта не отличаются сложностью и не требуют больших вложений.
Читателям, которым в целом понравилась идея тепловых насосов, надо помнить, что традиционные отопительные радиаторы не пригодны для охлаждения воздуха, а «теплые» полы превращаются в «ледяные». Поэтому эффективное совмещение функций отопления и охлаждения возможно только при использовании воздушных систем отопления/кондиционирования. Этот вариант распространен в США, где тепловой насос большую часть года работает именно в режиме охлаждения.

Стоит ли устанавливать тепловой насос у себя на даче?

Расходы на эксплуатацию теплонасосных и традиционных газовых систем отопления примерно одинаковы. Поэтому при наличии магистрального газа разумнее использовать привычное газовое отопление, чем платить сотни тысяч рублей за тепловой насос и его обустройство. Для примера можно привести цену теплового насоса мощностью 6 кВт производства компании Viessmann – 756 тыс. рублей.

Схожие по мощности аппараты отечественного производства с импортными комплектующими обойдутся уже на 200 тыс. руб. дешевле. Хотя учитывая легендарно заоблачные цены на подключение магистрального газа, теплонасосная система может стать экономически оправданной.
Если магистрального газопровода поблизости нет, выбор типа отопления заметно упрощается. Применять дизтопливо дорого, электричество — еще дороже. В последнем случае нередки строгие лимиты на электроэнергию. Именно в такой ситуации тепловой насос может быть наиболее выгодным вариантом. Он:

  • не требует пожароопасных емкостей с топливом, нуждающихся в периодической заправке, не говоря уже об отсутствии неприятных запахов и естественных выбросов продуктов сгорания;
  • окупается приблизительно через 7-10 лет. Хотя сейчас этот срок стал заложником курса российской валюты.

Тепловые насосы — это хорошо отработанные конструкции. Срок их службы до капитального ремонта — обычно 15-25 лет. По безопасности они эквивалентны бытовым холодильникам и превосходят любые газовые и дизтопливные котлы.

Европейские стандарты экономии

Европейский лидер по использованию тепловых насосов — Швеция, где в новых домах около 95% систем отопления основано на этой технологии.
За шведами с некоторым отставанием идут финны и немцы. Их энергетическая политика направлена на сокращение энергозависимости от стран с богатыми ресурсами. И тепловые насосы — лишь часть этой обширной программы. В ее рамках в большинстве стран ЕС успешно внедрены системы поддержки производителей энергии из возобновляемых источников. Так, сегодня у пользователей тепловых насосов есть привилегия — льготный тариф на энергию, которая тратится на работу таких аппаратов.
В Финляндии частному застройщику возвращается 20% от стоимости оборудования и 40% (в форме налоговых вычетов) — от суммы затрат на монтаж оборудования (до 2012 года было 60%).
В России судьба тепловых насосов не столь безоблачна. Гуманные цены на газ и отсутствие реальной заинтересованности в энергосбережении не позволяют рассчитывать на скорое развитие возобновляемых источников энергии. Однако интерес реальных потребителей к этой теме растет с каждым годом. И это легко объяснимо, ведь во многих случаях использование тепловых насосов становится практически единственной возможностью создать современную и экономичную систему отопления в загородном доме.

Обогрев холодом

VIESSMANN
Тепловые насосы идут на смену отопительным котлам, потому что используют неиссякаемый источник тепла- энергию солнца, поглощенную землей, водой и воздухом. Они компактны, просты в обвязке, и при эксплуатации требуется лишь периодическая проверка показаний и осмотр. Нуждаются только в нескольких киловаттах электроэнергии G-MAR «ТЕПЛОСЕРВИС»
Наружные блоки тепловых насосов типа «воздух-вода»: HP40 мощностью 20кВт от G-MAR (a) и Optima1300, вырабатывающие по 13кВт, от IVT (б). Снагревающим воду конденсатором внутри дома связаны хладопроводом VIESSMANN
Современные модели ТН оснащаются экономными, малошумными, надежными компрессорами типа scroll Одна из первых отечественных моделей бытовых ТН-АТНУ-15 23кВт дарового тепла с помощью грунтовых зондов глубиной около 38м поставляет агрегат HRN от CLIMAVENETA STIEBEL ELTRON «ТН-СЕРВИС»
«Трудоголики» от OCHSNER: Golf-Maxi использует тепло грунта и воды(а); Europa 122LHK утилизирует тепло отходящего воздуха(б) Теплообменники испарителя и конденсатора в первых моделях тепловых насосов выполняли из медных трубок с помощью пайки Модель Robust45 (THERMIA) использует собранное тепло почти без потерь с помощью субкуллера и развивает мощность 45кВт. Сдополнительными блоками охлаждения летом способна заменить мульти-сплит-систему Многие модели ТН оснащены проточным электро-нагревателем воды «ЭКИП»
ТНСО2-20 работает на экологически безопасном хладагенте СО2Четыре таких ТН от CLIMAVENETA, отбирают тепло у грунта и отходящего воздуха системы вентиляции. Они обеспечивают снабжение горячей водой 17-этажного дома PZP KOMPLET
ТН часто подключают к бойлеру и теплоаккуму-ляторному баку Прямо из глубокой скважины в дом (через пол с помощью тепло- и гидроизолирующей муфты) на стадии строительства коробки ввели оголовок вертикального коллектора, собирающего рассеянное тепло грунта Трубопроводы входного и выходного контуров насоса тщательно изолируют для уменьшения потерь тепла «НАЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО»
Скважины (диаметром до 165мм) под грунтовый зонд размещают недалеко от дома с учетом возможности подъезда бурильной установки. До артезианской воды не доходят «ТЕПЛОСЕРВИС»
Планируя ландшафт участка, решили коллектор укрыть высокой насыпью «НАЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО»
Горизонтальные коллекторы иногда выполняют в виде спирали диаметром около 1м, с шагом 0,3- 0,7м и укладывают в канавы глубиной до2,5 м «ТЕРМОТЕХ РУС»
Вход вертикаль-ного коллектора в скважину без обсадной трубы «ТЕПЛОСЕРВИС»
Модели серии Greenline от IVT построены по модульному принципу и легко перестраиваются на работу с водой или антифризом Модели серии Vitocal (VIESSMANN) выпускаются трех типов:
«грунт-вода», «вода-вода», «воздух-вода»; охватывают ряд мощностей до 106кВт; управляются с помощью погодозависимого регулятора C60 Установка WPC (STIEBEL ELTRON) «питается» теплом земли и работает за троих: помимо привычных обязанностей по отоплению дома и подготовке горячей воды, может переключаться на режим охлаждения воды в фанкойлах или радиаторах, работая, таким образом, в качестве мультизональной системы кондициони-рования «ТЕРМОТЕХ РУС»
Среди агрегатов THERMIA серия Diplomat призвана обеспечивать подачу тепла и холода разными способами- отбирать тепло из земли и воды или воздуха (с блоком Aer), а совместно с блоком пассивного охлаждения- создавать прохладу в доме WPF-Sol (STIEBEL ELTRON) на пару с солнечными водонагревателями «готовит» 150л горячей воды в бойлере и резервирует 600л в баке SBK G-MAR
Шумные наружные блоки ТН «воздух-вода» размещают в стороне от дома. Хладопровод прокладывают к ним в земле

Наши правнуки увидят отопительные котлы только в музее, а не у себя дома. Вместо них будут работать тепловые насосы. Но что это такое, пока у нас не знает даже большинство строителей, не говоря уж о населении.

Халява, сэр!

По прогнозам Мирового Энергетического комитета (МИРЭК), к 2020г. в развитых странах мира теплоснабжение будет осуществляться с помощью тепловых насосов (ТН). Эти устройства уже более четверти века успешно действуют в быту и промышленности как в Америке, так и в Европе, их количество исчисляется десятками миллионов. Причем во многих городах работают сотни крупных сооружений, обладающих мощностью, как у средней величины ТЭЦ. Но в данном случае мы будем говорить о приборах бытового назначения.

Унас эти агрегаты только-только начинают входить в практику. Оних мало известно даже в среде строителей, а потребители довольствуются лишь всевозможными слухами. Самых распространенных два: что это игрушка для зажравшихся богачей и что так попросту не бывает, потому что все очень уж хорошо.

Тепловой насос- это холодильная машина, в которой тепло от среды с низкой температурой передается теплоносителю с высокой температурой за счет затраты энергии на преобразование рабочего тела машины.

Меж тем за рубежом ТН применяют, чтобы отапливать дома, готовить горячую воду, охлаждать или осушать воздух в комнатах, вентилировать помещения. «Да зачем же ломиться в открытую дверь?- спросите вы.- Есть отлично действующие котлы, бойлеры, кондиционеры, осушители, которые и выполняют эту работу!». Да, есть. Но таких приборов нужен целый комплект, а здесь одна установка может сделать все или почти все то же самое, но дешевле. Тепловой насос использует тепло, рассеянное в окружающей среде: в земле, воде, воздухе. (Его специалисты называют низкопотенциальным теплом.) Недаром в США, Японии, Германии, Швеции, Швейцарии, Австрии, Финляндии такие установки внедряются просто скоростными темпами. Аведь жители этих небедных стран денежки считать умеют и зря ими не разбрасываются.

Затратив 1 кВт электроэнергии в приводе насоса, можно получить 3, 4, а часто и 5-6кВт тепловой энергии. Ихотя это выглядит чудом, с ним, как оказывается, мы знакомы давно.

По сути, ТН- это слегка преобразованный холодильник. Даже внешне, по размерам и форме, ТН поразительно похож на своего сородича. Только в холодильнике почти не ощущаемое тепло продуктов в конечном итоге выделяется в виде довольно горячего потока воздуха, отходящего от трубчатой панели конденсатора («радиатор» на задней стенке). Поэтому, если из нашего кухонного помощника вытащить испарительную камеру (с трубами) и закопать в землю, мы и получим тепловой насос, который будет обогревать комнату теплым воздухом. Аесли конденсатор холодильника омывать водой, то ее, нагретую, можно использовать в радиаторах отопления или в ванной.

ТН исправно приносят пользу уже с 1830г.Но первый бум их популярности пришелся только на годы разрухи после Второй мировой войны, когда топлива в странах Европы катастрофически не хватало. Внаши дни истощение мировых нефтяных запасов дало толчок новому всплеску интереса к этим устройствам. Инеспроста. Такие машины завоевывают популярность благодаря многим достоинствам.

Экономичность. ТН использует введенную в него энергию на голову эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Величина КПД у него много больше единицы. Чтобы избежать «смятения умов», экономичность работы разных моделей ТН специалисты сравнивают по особой величине- коэффициенту преобразования тепла (), среди других его названий в буклетах встречаются коэффициенты трансформации тепла, мощности, преобразования температур. Он показывает отношение получаемого тепла к затраченной энергии. Кпримеру, =3,5 означает, что, подведя к машине 1кВт, на выходе мы получим 3,5кВт тепловой мощности, то есть 2,5кВт природа предлагает нам безвозмездно.

Всреднем 60-75% потребностей теплоснабжения дома ТН обеспечивает бесплатно. Цифры настолько завораживающие, что невольно приходит на ум поговорка о бесплатном сыре. Действительно, первоначальные затраты на насос и монтаж системы сбора тепла довольно ощутимы и составляют $300-1200 на 1кВт потребной мощности отопления. Но капиталовложения окупятся за 4-9 лет только за счет сберегаемого топлива и электричества. При сложившемся уровне цен на энергоносители ТН по экономичности уступают пока только газовым котлам, но заметно выигрывают у жидкотопливных и электрических. Служат они по 15-20 лет до капремонта. Вперспективе, в связи с ростом цен на все виды топлива, их лидерство обеспечено.

Годовые затраты на отопление 1м2 площади дома разными системами

Тип теплогенератора системы отопления Теплота сгорания топлива Годовая потребность Цена энергоносителя Стоимость энергоносителя, руб. Затраты для дома площадью 300м2, руб.
Газовый котел 10,1 кВтч/м3 19,9м3 1,109руб./м3 22,1 6630
Жидкотопливный котел 10,2 кВтч/л 20,2л 13,3руб./л 268,7 80610
Электрический котел 191,5 кВтч 1,13руб./кВтч 216,4 64920
Тепловой насос 67 кВтч 1,13руб./кВтч 75,7 22713
Примечание. Врасчетах принято: теплопотери дома- 60Вт/м2; расход на горячую воду- 10% от затрат на отопление; длительность работы системы в году- 2900ч; тепловой насос экономит 65% электроэнергии

Повсеместность применения. Источник рассеянного тепла можно обнаружить в любом уголке планеты. Земля и воздух найдутся и на самом заброшенном участке, вдали от газовых магистралей и линий электропередач- везде этот агрегат раздобудет для себя «пищу», чтобы бесперебойно отапливать ваш дом, не завися от капризов погоды, поставщиков дизельного топлива или падения давления газа в сети. Даже отсутствие нужных 2-3кВт электрической мощности не помеха. Для привода компрессора в некоторых моделях используют дизельные или бензиновые движки. Вроссийских условиях, когда уже в 100км от Москвы не всегда можно подключиться к газовой сети, такие возможности трудно переоценить.

Экологичность. ТН не только сэкономит деньги, но и сбережет здоровье обитателям дома и их наследникам. Агрегат не сжигает топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, СO2, NOх, SO2 , PbO2. Потому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений. Да и для планеты применение ТН- благо. Ведь по большому счету на ТЭЦ сокращается расход топлива на производство электричества. Применяемые же в ТН фреоны не содержат хлоруглеродов и озонобезопасны.

Универсальность. ТН обладает свойством обратимости (реверсивности). Он «умеет» отбирать тепло из воздуха дома, охлаждая его. Летом избыточную энергию иногда отводят «на хранение» обратно в грунт, откуда вновь возьмут зимой. Или этим теплом можно подогревать бассейн. Но такие операции под силу только специально приспособленным моделям (например, IVT-Twin от IVT, Швеция).

Безопасность. Эти агрегаты практически взрыво- и пожаробезопасны. Нет топлива, нет открытого огня, опасных газов или смесей. Взрываться здесь просто нечему, нельзя также угореть или отравиться. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки агрегата не приводят к его поломкам или замерзанию жидкостей. Всущности, ТН опасен не более, чем холодильник.

Принцип действия ТН

Бытовой тепловой насос- родной брат домашнего холодильника. Вобоих есть испаритель, компрессор, конденсатор и дросселирующее устройство. Цикл работы у холодильника и насоса абсолютно одинаков, разнятся только параметры настройки.

Фреон подбирается такой, чтобы мог закипать даже при минусовой температуре. Поэтому, даже когда совсем холодную воду прогоняют насосом через каналы испарителя, жидкий фреон все равно испаряется. Далее пар втягивается в компрессор, где сжимается. При этом его температура сильно увеличивается (до 90-100С). Затем горячий и сжатый фреон направляется в теплообменник конденсатора, охлаждаемый водой или воздухом. На холодных поверхностях пар конденсируется, превращаясь в жидкость, а его тепло передается охлаждающей среде. Воду используют в системе отопления или горячего водоснабжения, а фреон, теперь снова жидкий, направляется на дросселирующий вентиль, проходя через который он теряет давление и температуру, а затем опять возвращается в испаритель. Все. Цикл завершился и будет автоматически повторяться, пока работает компрессор.

Описанная схема работы относится к агрегатам так называемого парокомпрессионного цикла. Помимо этих машин, существуют также насосы абсорбционные, термоэлектрические, эжекторные. Вбытовых установках используют в основном парокомпрессионные машины.

На два фронта

Успех применения ТН в первую очередь зависит от того, откуда вы решите черпать низкотемпературное тепло, во вторую- от способа обогрева вашего дома (водой или воздухом). Дело в том, что агрегат работает как перевалочная база между двумя тепловыми контурами: одним, нагревающим, на входе (на стороне испарителя) и другим, отопительным, на выходе (конденсатор). По виду теплоносителя во входном и выходном контурах насосы делят на шесть типов: «грунт-вода», «вода-вода», «воздух-вода», «грунт-воздух», «вода-воздух», «воздух-воздух».

Вотечественных условиях пока применяют только первые три и последний. Воздушное отопление у нас приживается плохо, хотя имеет свои достоинства и, например, в США является наиболее распространенным. Но для всех типов характерен ряд особенностей, о которых полезно помнить при выборе модели. Во-первых, тепловой насос оправдывает себя только в хорошо утепленном здании, то есть с теплопотерями не более 60Вт/м2. Чем теплее дом, тем больше выгода. Как вы понимаете, отапливать улицу, собирая на ней же крохи тепла,- занятие глупое. Во-вторых, чем больше разница температур теплоносителей во входном и выходном контурах, тем меньше коэффициент преобразования тепла (), то есть меньше экономия электроэнергии. Так уж работают эти устройства, независимо от их типа. Поэтому более выгодно подключение агрегата к низкотемпературным системам отопления. Прежде всего, имеется в виду обогрев от водяных полов или теплым воздухом, так как в этих случаях теплоноситель по медицинским требованиям не должен быть горячее 35С. Авот чем более горячую воду машина готовит для выходного контура (для радиаторов или душа), тем меньшую мощность (до 15%) она развивает и тем больше расходует электричества (до 12%). В-третьих, для достижения большей выгоды практикуется эксплуатация ТН в паре с дополнительным генератором тепла (в таких случаях говорят об использовании бивалентной схемы отопления).

Схема устройства ТН:

1- контур подачи низкотемпературного тепла;
2- испаритель;
3- компрессор;
4- конденсатор;
5- контур подачи высокотемпературного тепла;
6- дроссельный клапан

Вдоме с большими теплопотерями ставить насос большой мощности (более 30кВт) невыгодно. Он громоздок, а будет работать в полную силу всего лишь околомесяца. Ведь количество действительно холодных дней не превышает 10-15% от длительности отопительного сезона. Поэтому часто мощность ТН назначают равной 70-80% от расчетной отопительной. Она будет покрывать все потребности дома в тепле до тех пор, пока уличная температура не опустится ниже определенного расчетного уровня (температуры бивалентности), например минус 5-10С. Сэтого момента в работу включается второй генератор тепла. Есть разные варианты его использования. Чаще всего таким помощником служит небольшой электронагреватель, но можно поставить и жидкотопливный котел. Выбор наилучшего варианта- задача специалиста.

Возможности в полной мере использовать достоинства теплонасосов у нас сегодня имеются. Ихотя едва ли треть мировых производителей ТН поставляют к нам свои изделия, их дилеры готовы смонтировать оборудование в любой точке страны. Дело за малым- за желанием россиян нагнуться и взять тепло из-под ног.

На рынке можно встретить тепловые насосы фирм IVT, MECMASTER, THERMIA (все- Швеция), OCHSNER (Австрия), VAILLANT, VIESSMANN, STIEBEL ELTRON (все- Германия), CLIMAVENETA (Италия), CARRIER, AERTEC (обе- США), PZP KOMPLET, G-MAR (обе- Чехия). Кроме того, в межсезонье у нас давно используются кондиционеры и чиллеры с режимом «отопление» от таких известных производителей холодильной техники, как HITACHI, DAIKIN (обе- Япония), CARRIER, YORK (обе — США), CLIVET (Италия) идр. Отечественных производителей бытовых ТН пока мало (сказывается смена владельцев и профиля предприятий). Среди них- «ЭКИП», «НПФ ТРИТОН», РЗП, «ЭНЕРГИЯ». Продукция простовата по дизайну, но надежна и дешевле импортной. Ктому же разработчики ищут решения, более пригодные для российских условий. Так, модель АВТН-28г («НПФ ТРИТОН») нагревает воду в системе отопления до 70С, и это при хорошей экономичности (=3,3). Таких результатов импортные установки не дают. Фирма «ЭКИП» создала насос ТНСО2-20, работающий на диоксиде углерода (СО2)- экологически безвредном хладагенте, который позволяет нагревать воду до рекордной отметки 85С при =3,28.

Широкий ряд моделей ТН с мощностью от 2 до 130кВт способен удовлетворить любые запросы обитателей как маленьких дач, так и больших особняков. Надо только не ошибиться с выбором типа установки.

Установки «грунт-вода»

Грунт- это, пожалуй, наиболее универсальный источник рассеянного тепла. Он аккумулирует солнечную энергию и круглый год подогревается от земного ядра. При этом он всегда «под ногами» и способен отдавать тепло вне зависимости от погоды. Ведь на глубине уже 5-7м температура практически постоянна в течение всего года. Для средней полосы России она составляет 5-8С. Это очень подходящие условия для работы ТН. Более того, в верхних слоях земли минимум температуры достигается на парумесяцев позже пика морозов- нужда в интенсивном обогреве к этому времени уменьшается. Вцелом же грунт довольно надежно поставляет калории. Необходимая энергия собирается теплообменником, заглубленным в землю, и аккумулируется в носителе, который затем насосом подается в испаритель ТН и возвращается обратно за новой порцией тепла. Вкачестве такого переносчика энергии используют незамерзающую экологически безвредную жидкость (ее называют также «рассолом» или антифризом). Это может быть тридцатипроцентный водный раствор этиленгликоля или пропиленгликоля.

Есть и другая схема сбора тепла, когда вместо «рассола» в контуре циркулирует фреон, который превращается в пар прямо в трубах теплосборника. Так может работать, например, насос АТНУ-10 (РЗП) или Golf-GMDW (OCHSNER). Но хотя эта схема повышает КПД, ее эксплуатация сложна. Сегодня наиболее популярны системы с «рассолом». Вних используются два вида теплообменников: грунтовый коллектор и грунтовый зонд. Оба выполняются из полиэтиленовых труб диаметром 25, 32 или 40мм (чем больше- тем лучше отбор тепла, но и дороже система).

Грунтовый коллектор (горизонтальный) представляет собой длинную трубу, горизонтально уложенную под слоем грунта. Главное достоинство- универсальность и простота монтажа. Нашел свободную площадку- рой канавки и укладывай. Недостаток- большая потребная площадь под коллектор- 25-50м2 на 1 кВт мощности (причем площадку можно использовать только под газон или однолетние цветы). Есть разные схемы раскладки трубы: петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм ит.п. Выбор определяется теплопроводностью грунта и геометрией участка. Производительность теплосбора больше на увлажненных суглинках и меньше на сухих песчаных участках. Всреднем 1м2 поверхности грунта может обеспечить «поставку» 10-35Вт мощности. Длину трубы в одной петле, причем цельной, без разъемов, стремятся ограничить (не более 600м), иначе заметно увеличивается расход энергии на циркуляционном насосе. Если нужна большая мощность, петель делают несколько.

Уколлекторов есть особенность, доставляющая массу хлопот строителям. Оказывается, температура слоя грунта вокруг труб постепенно снижается, и тем сильнее, чем выше производительность ТН. Она может опускаться ниже нуля, а массив даже промерзать. Поэтому главная забота строителей теплосборника- сделать его за разумные деньги таким, чтобы грунт успевал за лето набрать «тепловой жирок» и при этом продолжал поставлять энергию для подготовки горячей воды. Единых норм здесь нет, ведь грунты и климатические условия районированы. Так, в Подмосковье компания «ТН-СЕРВИС» уже несколько лет с успехом практикует укладку труб чуть ниже глубины промерзания (1,5м) с шагом, рассчитанным из условия 2 пог. м трубы на 1м2 отапливаемой площади дома. Авот под Санкт-Петербургом специалисты фирмы «ТЕПЛОСЕРВИС» заглубляют трубы всего на 1,2м, что выше глубины промерзания, и с шагом 1м. Весной, когда запасы тепла иссякают, верхний слой земли быстрее прогревается энергией солнца и талых вод. Ижевская фирма «ЭКОСЕРВИС» использует шаг 0,6м и глубину 1,5м. Напротив, специалисты из белгородской организации «НАЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО» отказались от грунтовых коллекторов из-за их меньшей эффективности по сравнению с грунтовыми зондами или насосами «воздух- вода».

Грунтовые зонды (вертикальные коллекторы)- это система длинных труб, опускаемых в глубокую скважину (50-150м). Здесь нужен всего пятачок земли, зато требуются дорогостоящие бурильные работы (от $20 за 1 пог. м). На глубине всегда одинаковая температура- около 10С, поэтому зонды мощнее горизонтальных коллекторов. Метр их длины поставляет от 30 до 100Вт тепловой мощности, в зависимости от грунта.

Известен с десяток разных конструкций зондов, порой весьма необычных (например, в виде труб, замурованных в сваи фундамента дома). Но наиболее применимыми являются две: труба в трубе и U-образная. По одной линии «рассол» подается циркуляционным насосом вниз, по другой им же поднимается вверх, к испарителю. Вглубоких скважинах сборку всегда защищают обсадной трубой, в мелких не всегда.

Для улучшения теплопередачи и повышения прочности зонда зазор между землей или обсадной трубой и рабочими трубами заполняется бетонитом или бетоном. Если нужно получить большую мощность, таких теплосборников делают несколько. Расстояния между ними- 5-7м.

Увертикальных коллекторов, помимо дороговизны, есть еще одно слабое место, о котором ничего не говорится в фирменных буклетах. Как показали исследования, проведенные одним из пионеров внедрения ТН- фирмой «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ», равновесие процессов отбора тепла и восстановления «питающей» способности грунта (вокруг зонда земля захолаживается) наступает лишь через 4-5 лет эксплуатации. Поэтому насос в проект надо закладывать помощнее. Насколько- способны сказать только специалисты.

Авот что действительно может доставить массу хлопот, так это получение от службы воднадзора разрешения на бурение глубокой скважины под зонд. Ибо вероятное обмерзание грунта способно нарушить поведение водоносных слоев. Поэтому для небольших коттеджей специалисты из «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» советуют закладывать вместо одной глубокой несколько более мелких (25-35м) скважин, поскольку на них одобрения чиновника не требуется. Идея проверена. Спомощью восьми укороченных зондов и тепла отточного воздуха была собрана установка для снабжения горячей водой семнадцатиэтажного здания в Москве, жителям которого она обходится на 45% дешевле, чем в соседних домах.

Схема установки ТН типа «грунт-вода»:

STIEBEL ELTRON1- грунтовый зонд;
2- ТН;
3- система отопления;
4- сеть ГВС

Установки «вода-вода»

Источником тепла могут быть поверхностные (реки, озера) или почвенные воды (скважины), а также сбросовая вода технологических установок. Сами насосы почти не отличаются от тех, которые работают с «рассолом». Но благодаря более высокой температуре теплоносителя зимой годовая эффективность применения устройств типа «вода-вода» оказывается наивысшей. Жаль, что эта техника хороша в основном лишь для промышленного применения. Слишком редко возникают подходящие условия для частника. Но если рядом течет незамерзающая речка, вы можете уложить петлю трубы с антифризом на дно (притопив грузами) и обогреваться практически даром. Конечно, если водоохранная служба даст добро.

Со скважиной сложнее. Воду из нее (из расчета около 0,25м3/ч на 1кВт тепловой мощности) скважинным насосом подают прямо в испаритель, а сливают… во вторую скважину, удаленную от первой вниз по течению воды в подземном слое на 15-20м. При этом водоносный слой должен принять и отвести слитую воду, иначе маленькое наводнение вам обеспечено. Ясно, что такие пласты на малой глубине встречаются не везде, а для артезианских скважин получить разрешение у нас непросто. Иеще надо защитить испаритель от загрязнения и коррозии. Фильтрование и анализ воды обязательны. Если в ней слишком много солей, придется обустроить промежуточный теплообменник, между ним и ТН будет циркулировать деаэрированная чистая вода.

Установки «воздух-вода»

По универсальности применения в российских условиях этот тип насосов занимает пока второе место. Исами насосы дешевле, и труб (с неизменными земляными работами) не требуется. Недостаток один, но существенный: из морозного воздуха много тепла не отберешь. Устойчиво, хотя и с уменьшенной мощностью, эти устройства работают до -15 С, а затем надо включать другой котел. Внекоторых моделях, например Greenline (IVT), TCLM-Komplet (PZP KOMPLET) и Duo (THERMIA), в конструкцию уже встроены ТЭНы мощностью от 3 до 12 кВт. Кроме того, фирмы упорно работают, чтобы еще более снизить рабочую температуру. Скажем, насосы серии WPL от STIEBEL ELTRON работают до -20С, а модель HP-40 от G-MAR и при -25С.

Когда речь идет о выборе «воздушных» агрегатов, полезно учитывать два важных обстоятельства, обычно умалчиваемых в статьях. Во-первых, приводимое в паспорте значение номинальной мощности относится к определенной температуре уличного воздуха. Укаждой фирмы она своя. Это может быть и 0, и 2, и 10, и даже 25С. Значит, по эффективности все машины надо сравнивать при одинаковой температуре наружного воздуха. Во-вторых, с усилением холодов ТН развивает заметно меньшую (иногда втрое) мощность, поэтому дополнительный обогреватель нужен обязательно.

Схема применения ТН «воздух-вода» и солнечного водонагревателя:

STIEBEL ELTRON1- ТН-моно;
2- панели нагревателя;
3- теплоаккумулятор;
4- бойлер

Конструктивно устройства типа «воздух-вода» выполняются по двум компоновочным схемам: сплит и моно. Впервом случае установка состоит из двух блоков, соединенных коммуникациями. Один, наружный, включает мощный вентилятор и испаритель (монтируется на участке недалеко от дома). Второй, внутренний, содержит конденсатор и автоматику и устанавливается в помещении. Компрессор может располагаться или снаружи, чтобы не шумел в доме, как, например, в модели HP-40 (G-MAR), или во внутреннем модуле, как в TCLM (PZP). Вмоноблоках все элементы собираются в общем корпусе и монтируются в доме, а с улицей соединяются гибким воздуховодом. Они поставляются большинством фирм, но обладают ограниченной мощностью- обычно 3-16кВт. Есть моноблоки, допускающие как наружный, так и внутренний монтаж, например WPL (STIEBEL ELTRON). Новую разработку, моноблок для наружной установки с рекордно низкой рабочей температурой (-25С), предлагает потребителям фирма G-MAR.

Впоследние годы, в связи с ухудшением вентиляции жилья из-за широкого применения новых герметичных окон со стеклопакетами, ТН «воздух-вода» получили дополнительное развитие. Помимо отопления и подготовки горячей воды, некоторые модели «научились» не только работать в системах вентиляции, но еще использовать тепло отработанного (отточного) воздуха помещений. Это, например, Europa и Combi от OCHSNER, IVT490 и 495 от IVT, ComfortZone от MECMASTER, Solvik от THERMIA.

Осогласовании работы насоса с подсоединяемыми контурами (например, отопительными) и об особенностях этих контуров мы расскажем в отдельной статье.

Характеристики тепловых насосов для домов площадью до 200м2

Производитель (число бытовых моделей) Модель Тепловая мощность, кВт Потребляемая мощность, кВт Тип Габариты (длинаширина
высота), мм
Цена,
THERMIA (21) Diplomat 10 10,0 3,6 Г-В, В-В 5966901705 9020
Robust 28UM 27,1 10,1 Г-В, В-В 7658901150 10790
VIESSMANN (30) Vitocall 300-AW116 14,6 4,6 Воз-В 76012001510 11200
Vitocall 300-BW110 10,8 2,4 Г-В 650600945 6390
OCHSNER (41) Golf Maxi-GMSW15 11,0 2,45 Г-В 6506001150 6195
Europa 122 LHK 3,6 0,54 Воз-В 640900695 3980
STIEBEL ELTRON (28) WPF 13 16,8 3,0 Воз-В, Г-В 510680960 8652
WPL 18 11,6 3,4 Воз-В 78411821116 10130
IVT(25) Greenline E11Plus 10,7 2,2 В-В, Г-В 6006001770 7866
IVT-495Twin 4,0 1,4 Г-В, В-В, Воз-В 6156002090 9080
PZP KOMPLET (23) TCLM Komplet-5,3 5,8 1,6 Воз-В 8707751710 8990
TCMM-15,5 G 15,5 3,6 Г-В 6704481236 6790
MECMASTER (12) MEC 6TB 10,0 3,4 Г-В, В-В 600600850 5300
HVP 6TB 8,0 2,8 Г-В, В-В 6006001650 5960
CLIMAVENETA (7) HRN-0101 34,0 11,0 Г-В, В-В 650600850 8500
CARRIER (20) 30 RYH-017B 18,3 9,78 Воз-В 20718701329 14048
AERMEC (14) NRW-47H 12,0 4,4 В-В 4504501140 6400
G-MAR (4) HP 40-065 20,0 5,0 Воз-В 718718945
(внешний блок)
5650
РЗП (3) АТНУ-15 15,0 5,0 В-В 9666161590 4500
«НПФ ТРИТОН» (2) АВТН-28Г 17,0 9,0 В-В 400400600 8500
«ЭКИП» (2) ТНУ-10 10,0 2,36 В-В 4004001500 3000
Примечание. Г-В- «грунт-вода»; В-В- «вода-вода»; Воз-В- «воздух-вода»

Редакция благодарит фирмы «ТН-СЕРВИС», «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ», «ТЕПЛОСЕРВИС», «ТЕРМОТЕХ РУС», «ЭЛЕВАТОР-СПЕЦСТРОЙ», «НАЗЕМНОЕ СТРОИТЕЛЬСТВО», «ЭКОСЕРВИС», «ЭКИП», TERMOSFERA и представительства компаний VIESSMANN, STIEBEL ELTRON за помощь в подготовке материала.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *