Система отопления на основе теплового насоса

Опубликовано ДОМ ИДЕЙ - сб, 03/30/2013 - 10:57

Жизнь без газа

Тепловой насос

В условиях наших широт в качестве источника тепла целесообразнее всего использовать почву, поскольку её температура в течение всего года стабильна. Тепловой насос - это прибор, который позволяет использовать постоянно присутствующее в окружающей нас среде бесхозное тепло.

 

Тепловой насос вместо отопительного котла

Как известно, на глубине более 1,5 метров грунт никогда не замерзает, даже в самые сильные морозы, сохраняя положительную температуру (приблизительно +1°С). А на глубине более 2 метров температура уже на 3-4°С выше нуля. Именно это тепло и используется. Достаточно просто пробурить скважину или уложить земляной контур - и можно получить готовый эффективный источник тепла, сократив затраты на электроэнергию в 4-5 раз.

Преимущество земляного контура (горизонтального коллектора) в относительно невысокой величине затрат на его укладку. Однако тут необходим свободный участок земли, ведь для дома площадью 100 м2 длина коллектора может составить 300-400 м, укладывается труба змейкой с шагом в один метр. Минимальная глубина прокладки горизонтального контура обычно берётся в районе 1,2 м, максимальная 1,5 м.

Теплосъём (количества тепла, снимаемого с каждого метра трубы) с горизонтального коллектора зависит вот глубины заглубления, качества грунта, наличия грунтовых вод и некоторых других параметров. В предварительных расчетах принимают величину 20 Вт/м, а конкретно по почвам показатели отличаются в несколько раз. От 10 Вт/м для сухого песка до 35 Вт/м для водонасыщенного глинистого грунта.

Суммарная длина труб горизонтального коллектора и общая площадь участка под него рассчитываются по формулам в зависимости от требуемой мощности теплонасоса, удельного теплосъёма и рекомендуемого шага расстояния между трубами, которое должно быть таким, чтобы почва не промерзала (ведь по сути, отнимая тепло, труба замораживает грунт вокруг себя).

В тепловом насосе с вертикальными зондами теплообменная система устанавливается в скважинах глубиной от 20 до 100 м. В среднем двойной U-образный зонд с каждого метра длины дает примерно 55 Вт тепловой мощности. Точное значение зависит от геологических и гидрогеологических условий.

Вертикальный геотермальный зонд размещается в специально пробуренной скважине, в которую погружаются U-образная пластиковая труба. Часто вместо одной глубокой скважины бурят несколько помельче. Расстояние между скважинами должно быть больше 10 м. В целом вертикальный зонд обходится дороже, чем горизонтальный коллектор, но если участок небольшой, альтернативы нет.

Как правило, тепловой насос жилого дома оснащается встроенным резервным электрическим нагревателем. Вызвано это соображениями практичности. Ведь на самом деле максимально низкие температуры держатся относительно недолго и проектировать тепловой насос на полное обеспечение дома теплом в таких условиях себе дороже - большую часть года его мощность будет избыточной.

Встроенный электронагреватель может работать как вместо теплового насоса, так и параллельно с ним, компенсируя нехватку тепла в наиболее холодные дни. Это позволяет снизить стоимость самой установки и работ по монтажу первичного контура (прокладка траншей, бурение скважин и т.д.), которые увеличиваются при возрастании мощности теплового насоса.

 

Тепловой насос для отопления дома

Тепловой насос - это прибор, который позволяет использовать постоянно присутствующее в окружающей нас среде бесхозное тепло. Сама идея установки основана на физических законах термодинамики и была сформулирована и реализована в лабораторных условиях более полутора веков назад.

Мы ежедневно получаем от нашего светила и при этом абсолютно бесплатно огромный тепловой поток. Глубоко в земле, на дне озера или даже на метр ниже поверхности, земля за теплое время года накапливает достаточно энергии, чтобы согреть дом даже в самую холодную зиму.

Суть эффективности теплового насосав том, что на сбор и перенос этого неявного тепла тратится в разы меньше энергии, чем на прямой обогрев здания по традиционным схемам. Процесс обеспечивается работой маломощных циркуляционных насосов и компрессора аналогично тому, как это происходит в холодильнике или кондиционере. В итоге при энергозатратах в 1 кВт получаем примерно 4-5 кВт тепла.

Источником тепловой энергии могут быть как недра земли, так и открытые водоёмы или даже воздух. Для того, чтобы система смогла работать, достаточно чтобы температура среды просто была выше +1°С, дальше уже дело техники.

Таким образом, тепловой насос позволяет собрать беспорядочно рассеянные крохи бесхозной тепловой энергии и, повысив её потенциал до требуемого уровня, полностью удовлетворить потребности в отоплении и ГВС индивидуального дома.

Тепловой насос может не только обогревать помещения зимой, но и охлаждать их летом, заменив собой систему кондиционирования.

Схематически установку можно представит в виде системы трёх замкнутых контуров. В первом, внешнем, циркулирует незамерзающая жидкость, собирающая тепло из низкотемпературной окружающей среды.

Через теплообменник собранная энергия передается хладагенту с очень низкой температурой кипения, который испаряясь, отбирает тепло из первого контура и попадает в компрессор. Под действием высокого давления температура хладагента значительно возрастает и через еще один теплообменник тепловая энергия передаётся в систему отопления здания, нагревая циркулирующую там воду до +55+60°С.

Наибольшую эффективность тепловой насос достигает при использовании в качестве основной системы отопления дома именно тёплых полов. В силу технических особенностей температура, подаваемая из установки в систему отопления не превышает +60°С.

Водяной теплый пол система низкотемпературная, требующая для своей работы теплоносителя, нагретого до +30+45°С. Таким образом, тёплый пол и тепловой насос просто созданы друг для друга.

Современные тепловые насосы достаточно компактны - размером не больше обычного холодильника, могут быть установлены в любом месте и работают практически бесшумно. При отсутствии котельной прибор можно установить, например, на кухне. В процессе эксплуатации тепловой насос требует минимального внимания. Достаточно один раз его запрограммировать, а дальше он автоматически будет поддерживать заданный температурный режим, что гарантирует высокий КПД.

Специально готовить горячую воду не требуется. Для обогрева здания насос выдаёт ровно столько тепла, сколько необходимо для компенсации его теплопотерь. Избыточное тепло аккумулируется в баке-аккумуляторе и дом всегда обеспечен горячей водой.

Поскольку тепловой насос по сути несложный прибор со стандартной электроникой, ломаться в нём попросту нечему. Лет через 25-40 может возникнуть необходимость замены компрессора внутри, что по сути является незначительным расходом. Вся инфраструктура, как внешняя (зонды, вентили, гребёнки), так и внутренняя (насос, бойлер, бак, арматура) может эксплуатироваться по 100 лет и выше.

 

Сначала затраты - потом доход

Необходимо чётко представлять, что первичные расходы на приобретение системы отопления на базе теплового насоса сегодня достаточно высока.

Например, установка «под ключ» для коттеджа 200 м2 обойдется в сумму около 800 тыс. рублей и зависит от большого числа факторов: особенностей грунтов на участке, уровня теплоизоляции дома, режима его эксплуатации, эффективности самой системы отопления. Тут нужно учитывать, что расходы на бурение составляют 40% всего бюджета по установке теплового насоса.

Если же подходить к вопросу более внимательно, то окажется, что система будет не намного дороже традиционных решений. А в ряде случаев, когда нет магистрального газа или его подключение достаточно дорого, то возможно и дешевле. А вот эксплуатационные (ежемесячные) расходы на обогрев и водоснабжение дома тепловым насосом уже сегодня значительно ниже других способов отопления. К тому же есть способы сэкономить. Если дом хорошенько утеплить, то и затраты на установку теплового насоса можно сократить почти вдвое.

Поэтому всем, кто в ближайшее время не ждёт на своем участке газовую трубу или планирует её, допустим, через 3-5 лет, стоит внимательно изучить вариант отопления дома именно тепловым насосом. Что касается магистрального газа, то и здесь ситуация неоднозначная. За газопровод и выделение мощностей требуют немалые суммы, плюс затраты на все работы да время на согласования.

В итоге по совокупности затрат разница между стоимостью подведения газовой магистрали и тепловым насосом часто составляет всего 100-150 тысяч рублей. Так стоит ждать трубы? Да, само отопление магистральным газом пока дешевле, но не факт, что так будет и дальше.