Особенности тепловых насосов

По принципу работы тепловой насос можно сравнить с холодильником. В обоих приборах имеются схожие узлы - испаритель, компрессор, конденсатор, дроссель и контур с теплоносителем (фреоном). Но в отличие от холодильника, у теплового насоса испаритель обычно имеет термическую связь с внешним низкотемпературным контуром, который заполнен жидкостью-теплоносителем (назовём его первичным), а конденсатор - с отопительной системой дома.

Работает устройство так. Жидкость циркулирует по низкотемпературному контуру по трубе, проложенной в среде, которая выступает 8 роли источника тепла. Подобной средой могут стать почвенный фунт, геотермические зонды в вертикальных или наклонных скважинах, вода в ближайшем водоёме или атмосферный воздух. В процессе прохождения по контуру теплоноситель приобретает такую же температуру, как и источник тепла.

Затем он поступает на теплообменник испарителя, где в свою очередь нагревает до кипения жидкий фреон, находящийся во вторичном контуре (температура кипения фреона в зависимости от его состава достигает -15.. .-20 °С и ниже). Газообразный фреон переходит в компрессор, в котором при сжатии нагревается до 55-75 °С Далее он попадает во второй теплообменник-конденсатор, где нагретый газ отдает тепло жидкости-теплоносителю из системы отопления. Затем жидкость поступает в батареи, систему тёплого пола или на теплообменник системы поверхностного отопления.

Принципиальная схема теплового насоса: 1— источник тепла; 2а, 2б — теплоносители; 3 — испаритель; 4 —компрессор; 5 — конденсатор

Тепловой насос способен выдавать воду, нагретую максимум до 65 °С, поэтому с ним в комплекте часто используются низкотемпературные системы отопления и теплоаккумуляторы. Для горячего водоснабжения обычно достаточно температуры 65 °С. но если нужна вода с более высокой температурой (например, для санитарной внутренней обработки теплобака), то потребуется дополнительный нагрев (скажем, с помощью ТЭНа).

Такой "круговорот тепла" выглядит весьма замысловато, но зато очень выгоден из-за высокой энергоэффективности процесса. Если сравнить электрический нагреватель и тепловой насос, то окажется, что эффективность нагрева у последнего в 3-4 раза выше. Каждый киловатт электроэнергии, затраченной тепловым насосом на перекачку и сжатие фреона, на выходе превращается в 3-А кВт тепловой энергии.

Варианты устройства первичного контура в грунте: горизонтальное залегание (а); вертикальное (скважинное) залегание(б)

Сейчас российские нормы требуют утеплять дома из расчёта 60 Вт на 1 мг, а в перспективе - 30 Вт на 1 мг. Следовательно, для отопления современного дома площадью 100 мг необходим тепловой насос расходующий примерно 1,5 кВт электроэнергии в час. Устройство, потребляющее меньше электричества, чем обычный утюг, способно обогреть целый дом!

Почему же при такой экономичности тепловые насосы не используются повсеместно? Дело в том, что их обустройство обходится достаточно дорого. По данным российских компаний-дистрибьюторов, "средний чек" на первую половину 2014 г. составляет 1 -1,2 млн руб. Примерно 50 % от этой суммы придётся потратить на монтажные работы, прежде всего на прокладку первичного контура (если в качестве источника тепла используется грунт).

Вариант подключения системы отопления и ГВС к воздушному тепловому насосу: 1 — насос; 2 — ГВС; 3 — тёплый пол; 4 — наружный блок

ГОРЯЧИЙ ИСТОЧНИК
Тепловые насосы могут использоваться в качестве дополнительного источника тепла в водонагревателях накопительного типа. Из подобных устройств стоит упомянуть модели NUOS EVO SPLIT 80-110 (Ariston), DISCOVERY 2 (Atlantic), HB 300 (Hajdu). Помимо традиционного нагревателя (ТЭНа) они оснащены воздушным тепловым насосом, который позволяет ощутимо (на 60-70 %) сократить расходы электроэнергии. Конечно, такие бойлеры обойдутся дороже обычных. Например, модель NUOS EV0 SPLIT 80 стоит 59 тыс. руб., а традиционный нагреватель Ariston с баком 80 л - 7-16 тыс. руб. Для нагрева воды водонагревателям с тепловым насосом потребуется на 70 % меньше электроэнергии, чем традиционным электрическим. Так достигается экономия до 7 тыс. руб. за год.

КОПАТЬ ИЛИ БУРИТЬ?

Первичный контур теплового насоса, как уже говорилось ранее, можно устраивать в любой среде, имеющей температуру выше температуры кипения фреона, - в грунте, воде или на воздухе. По виду среды и теплоносителя (вода или воздух) различают шесть типов насосов, из которых распространение получили четыре; "грунт-вода", "вода-вода", "воздух-вода" и "воздух-воздух". Первые два относят к группе так называемых геотермальных насосов, о которых мы поговорим подробнее.

Как правило, используются тепловые насосы типа "грунт-вода" и "воздух-вода". У фунта как источника тепла есть свои преимущества. По сравнению с воздухом он на глубине нескольких метров имеет положительную температуру (+4..+7 °С), а по сравнению с водой как генератор тепла всегда доступен. Вода, увы, не всегда - подходящий по объёму и глубине пруд в шаговой доступности от дома, к сожалению, скорее исключение, чем правило. Дело в том, что прокладка теплового контура по дну водоёма - это гораздо более простое и дешёвое решение, нежели обустройство его в грунте, для чего приходится выполнить очень большой объём земляных работ.

Кам «вписать» тепловой насос в жилой дом? К счастью, оборудование компактное, малошумное и безопасное. Ему найдётся место и в прихожей, и в кухне. Прибор можно даже повесить на стену.

Существует несколько способов закладки контура в грунт. Например, коллектор можно горизонтально проложить на плоскости с заглублением на 1,2-3 м. Внешне эта схема напоминает конструкцию трубопровода тёплого пола, правда, трубы укладываются с куда большим шагом (0,5-1 м). Для коллектора применяются полимерные трубы (РЕ), рассчитанные на давление 8-12 бар. Теплоносителем служит отнюдь не "вода", а антифриз, обычно на основе этилен- или пропиленгликоля.

В зависимости от теплоёмкости грунта мощность теплосъёма составляет 10-20 Вт на 1 пог. м трубопровода, поэтому для отопления дома площадью 100 м2 потребуется коллектор с общей длиной труб 500-1000 м. Под него придётся отвести участок земли площадью приблизительно в три-четыре сотки.

Для многих дачников подобное решение кажется недопустимым расточительством. Тем более что использовать эту землю под посадку плодовых деревьев или строительство не представляется возможным. На ней допустимо лишь разбить газон. Так что плоский коллектор подходит лишь для тех редких случаев, когда земли настолько много, что нескольких соток не жалко.

Как вариант, первичный контур предлагается уложить в вытянутую траншею длиной 250 м или более. Её можно сделать по периметру участка либо заменить несколькими траншеями, которые должны быть разнесены на расстояние не менее 5 м.

Более популярный способ - закладка контура в виде одной (или более) геотермальной скважины. Последняя не занимает много места и даёт примерно вдвое большую мощность теплосъёма с погонного метра глубины (до 20-50 Вт/м). Недостатком такого метода является относительная дороговизна бурения (около 1 тыс. руб. за каждый метр). Кроме того, на строительство глубокой скважины необходимо получить разрешение, что потребует значительных финансовых и временных затрат. Поэтому обычно вместо одной делают несколько скважин глубиной 25-50 м, с минимальным расстоянием между ними 5-10 м.

Однако пять - семь скважин, разнесённых по участку, - это не самый практичный вариант. Поэтому сегодня наиболее перспективным направлением считается наклонное, или кластерное, бурение. В ходе его все скважины бурятся из одной точки на поверхности, но не вертикально, а под углом 30-60° и разносятся на 20-30° по азимуту.

Бурение скважин из одной точки в разных направлениях (кластерная технология). При наличии соответствующей техники бурение можно проводить круглогодично, в том числе и при температуре -25 С, как в данном случае.
Монтаж зондов и обвязки кольцевого коллектора. Все элементы обвязки выполнены из полиэтилена, единственного материала, устойчиво работающего при отрицательных температурах, а также стойкого к коррозии.

Образовавшийся "пучок" не занимает много места и удобен в обслуживании. В скважины (вертикальные или наклонные) закладываются трубы-зонды U-образной формы. В последнее время производители тепловых насосов рекомендуют использовать сдвоенные зонды 2U, состоящие из четырёх труб диаметром 25, 32 или 40 мм (две входные и две выходные) со специальным наконечником.

Однако те, кто использует подобные устройства, знают, что на практике природа редко создаёт условия, близкие к идеальным. И если в период зимних морозов оборудование действительно показывает рабочие параметры, приближенные к заявленным, то, например, в межсезонье оно не может работать столь же эффективно.

Поэтому с практической точки зрения гораздо более важен показатель SPF, отражающий усреднённую эффективность теплового насоса в течение года. Чтобы повысить эффективность и оптимизировать затраты электроэнергии, применяются различные конструктивные решения.

Например, частотные приводы электродвигателей циркуляционных насосов, которые делают работу более экономичной. Также можно вспомнить о технологиях Opti и HGW, используемых в передовых моделях тепловых насосов Danfoss. Благодаря этим и другим решениям, SPF тепловых насосов достигает 4,5, то есть вплотную приближается к значению номинального показателя СОР.

ПОВОДЕ ИЛИ ПО ВОЗДУХУ

Подходящий водоём - это поистине "дар небес", позволяющий снизить расходы на установку до "смешных" 100 тыс. руб. Более того, его можно выкопать специально. Территория, необходимая для размещения грунтового теплового насоса, который предназначен для отопления дома площадью до 200 мг, равна примерно шести соткам. Строить на ней ничего нельзя. Однако вместо просторной лужайки стоит сделать на участке пруд такой же площади и проложить коллектор по его дну. С точки зрения ландшафтного дизайна подобное решение более удачно. Глубина водоёма должна превышать 1,5 м. Причём тепловой насос будет работать даже в случае полного промерзания пруда.

Если вы захотите разместить коллектор на дне водоёма общего пользования, то потребуется разрешение местной администрации и природоохранного ведомства в соответствии с определённой законом процедурой. Коллектор химически и физически нейтрален, но на состояние донной экосистемы могут повлиять любые посторонние предметы. Место его расположения должно быть чётко обозначено.

Что касается воздуха, то этот источник тепла, к сожалению, подвержен сильным температурным колебаниям, и при охлаждении до -15...-20 °С теплообмен фактически прекращается. Так что для круглогодичного эффективного отопления воздушные тепловые насосы, скажем, в Подмосковье использовать не получится, в отличие от южных областей, например Крыма. Однако эти устройства можно применять не только для обогрева, но и для охлаждения помещений в жаркие месяцы (практически все модели могут работать в реверсивном режиме), и здесь воздушные тепловые насосы вне конкуренции.

ЗАВЕРНИТЕ МНЕ НАСОС!

Прежде чем выбирать прибор, следует рассчитать требуемую тепловую мощность. Подробный расчёт выполняют специалисты, которые учтут конструкцию дома, материал стен, предполагаемые способы отопления (например, радиаторы или тёплые полы) и дадут необходимые рекомендации. Экономить на этой копеечной (по сравнению со стоимостью оборудования) услуге не нужно, к тому же многие компании готовы выполнить ее бесплатно.

Прежде всего придётся решить, где расположить тепловой насос (он не столь требователен к вентиляции, как, скажем, газовый отопительный котёл, и может быть установлен в любом техническом помещении} и, конечно, где разместить элементы первичного контура на участке (параллельно для них делается теплотехнический расчёт). Проще всего найти место для приёмного блока воздушного теплового насоса - плавное, отнести его подальше от окон спален, чтобы не досаждал шум.

Сегодня на рынке представлены тепловые насосы разных марок - как известных (Buderus, Danfoss, Oe Dietrich, Nibe, Sanyo, Stiebel Eltron, Viessmann, Wolf), так и не очень. Не стоит делать выводы о качестве продукции только "по марке": во-первых, многое зависит от того, кто является производителем важнейших узлов наподобие компрессора (например, Bristol, Copeland, Mitsubishi и иные фирмы, названия которых мало что скажут непрофессионалу), а во-вторых, изготовители часто выполняют заказы других компаний.

Тепловой насос нельзя рассматривать в отрыве от остального оборудования, а также установки и сервиса. В этом его отличие, скажем, от холодильника. Приобретая насос, вы одновременно заключаете контракт на обслуживание с организацией, и, если солидная компания готова нести бремя гарантийных обязательств, не так уж важно, прибор какой марки выбрать - лишь бы исправно функционировал. Поэтому здесь имеют значение и опыт работы на рынке, и положительные отзывы других пользователей.

Как показывает практика, наиболее частой причиной отказа оборудования является его неправильная эксплуатация. Или "теоретики" неправильно рассчитали мощность, или монтажники не сделали подогрев дренажа, некорректно произвели технологическое подключение. В результате либо тепловой насос вообще не работает, либо постепенно (в течение одного или нескольких сезонов) его производительность падает, вплоть до ЧП вроде промерзания скважин. Устранение таких ошибок подчас стоит дороже, чем монтаж насоса с нуля.

GEOTEPLO.com 2015-06-17 10:16:27 Небольшое замечание: применительно к московскому региону, длина скважин для 10 кВт насоса должна быть 250м (при использовании геозонда 2U32mm), для обеспечения максимальной мощности (пиковые нагрузки) в период самой холодной пятидневки (январь-февраль). [Ответить] [Ответить с цитатой] [Отменить ответ]

Страницы: [1]

Идёт загрузка...

Оставить комментарий

Ваше имя:
Ваша почта:
Комментарий:
	Введите символы: * Обновить

   Статьи по теме:

Система водоснабжения при помощи бытового вибронасоса и прибора автоматики КИВ ВиСтан Прежде всего, необходимо отработать схему системы водоснабжения, для того, чтобы понять какие материалы и в каком количестве нам понадобятся. Идем от насоса. Подача воды наверх осуществляется...  >>>

Водоснабжение в отсутствие электроснабжения. Обеспечение водоснабжения при аварийных ситуациях и в отсутствии энергоснабжения является важной задачей, которая решается с помощью насосных агрегатов с дизельным приводом ...  >>>

Электрические насосы. Надёжные дачные помощники Снабжение дачного участка водой для питья, полива и хозяйственных нужд – одна из насущных задач, встающих перед горожанами, на лето превратившимся в дачников. Бытовые насосы помогут решить эту задачу в том случае, если...  >>>

все статьи  >>>