Тепловые насосы

Главным секретом успеха всех модификаций альтернативного отопительного оборудования является возможность – использовать общедоступные и неисчерпаемые ресурсы окружающей среды для получения тепловой энергии. Тем самым можно свести к минимуму затраты на обогрев, постоянно экономить энергоносители, создать почти полностью независимую систему отопления, и сделать все это без малейшего ущерба для экологии. По этим причинам во многих странах Евросоюза, а также в США и Канаде действуют специальные программы государственного финансирования, направленные на увеличение количества теплонасосов в обычных домохозяйствах. Они необходимы для того, чтобы нейтрализовать единственный значительный недостаток подобного оборудования – его относительно высокую стоимость. Но даже без субсидий она обычно успешно возмещается за 5-8, максимум 10 лет.

Большинство тепловых насосов состоят всего из 4 основных элементов – компрессора, испарителя, конденсатора и теплового расширительного клапана. А сам процесс передачи тепла от более холодного тела к более нагретому происходит благодаря циркуляции внутри перечисленных компонентов теплоносителя, который называется хладагентом. Интересно, что принцип действия любого теплового насоса очень похож на алгоритм функционирования обыкновенного кондиционера или холодильника, только все происходит «наоборот». Если бытовой охладитель отбирает тепло у воздуха внутри помещения или изнутри его холодильных камер, соответственно, а затем отводит его наружу, то геотермальная или воздушная система отбирает тепло из окружающей среды, чтобы передать его в сеть отопления или горячего водоснабжения. Во всех случаях для этого требуется электроэнергия.

Основу альтернативной системы обогрева составляет тепловой насос, к которому подключается один или два контура. Если для обогрева используется оборудование типа «воздух-вода», то к нему присоединяется только внутренний контур. А если выбор делается в пользу оборудования типа «тепловой насос воздух вода» или «земля-вода», то контуров уже монтируется два – внутренний и внешний. При этом, в зданиях такие системы выглядят абсолютно привычно. К внутреннему контуру могут быть присоединены радиаторы или кольца напольного отопления. А вот внешние контуры, состоящие из прочных труб и не только, бывают разными, и зависят от того, какой вид теплового насоса используется. Они могут размещаться, либо под землей, либо под водой, и являются абсолютно незаметными в процессе эксплуатации. А нужны они для циркуляции жидкостей, отбирающих тепло у окружающих их природных сред.

Циркулирующий во внешнем контуре теплоноситель просто нагревается до температуры среды, в которую погружен, а затем поступает в тепловой насос. А он, в свою очередь, путем нескольких преобразований отбирает энергию у рабочей жидкости, чтобы передать ее циркулиющей воде в отопительную систему или горячего водоснабжения. По аналогичному принципу работает и воздушный тепловой насос, с той лишь разницей, что для получения тепла извне ему не требуется внешний контур. Энергия от наружного воздуха отбирается в его внешнем блоке, похожем на такой же блок обычной сплит-системы климатической техники. Немаловажно, что для выработки 4-5 кВт тепла подобному оборудованию требуется всего 1 кВт электроэнергии, что вовсе не удивительный феномен, ведь дополнительная энергия берется из окружающей среды.

Ну а классификация самых популярных бытовых тепловых насосов выглядит так:

• Тепловые насосы грунт-вода – используются для передачи воде, циркулирующей в бытовых системах обогрева, тепловой энергии, забранной у почв. Относящиеся к этому виду оборудования помпы отличаются наибольшей эффективностью среди всех прочих аналогов. Благодаря стабильной и почти не меняющейся на протяжении года температуре нижних грунтовых слоев, тепловые насосы земля-вода имеют довольно высокие КПД и работают исключительно стабильно, что позитивно сказывается на их долговечности. Для отбора тепла из грунта данные аппараты используют два типа наружных контуров – горизонтальные, для прокладки которых ниже глубины промерзания нужны большие площади, а также вертикальные, для прокладки которых бурятся глубокие скважины, в которые помещаются специальные зонды;
• Тепловые насосы вода-вода – используются для передачи воде, циркулирующей в бытовых системах обогрева, тепловой энергии, забранной у жидкости из различных водоемов. Относящиеся к этому виду оборудования помпы могут быть немного более просты в монтаже, чем грунтовые, притом, что их эффективность также находится на весьма высоком уровне. Для отбора тепла данные аппараты также используют два типа наружных контуров – горизонтальные, которые укладываются непосредственно на дно не промерзающих полностью водоемов, а также вертикальные, для обустройства которых бурят достигающие водяных пластов скважины. Вторая методика является значительно более трудоемкой, хотя стабильная температура воды на большой глубине позволяет такому теплонасосу работать несколько эффективней;
• Тепловые насосы воздух-вода – используются для передачи воде, циркулирующей в бытовых системах обогрева, тепловой энергии, забранной у наружного воздуха. Относящиеся к этому виду оборудования помпы характеризуются наибольшим удобством монтажа и применения среди всех остальных. Благодаря отсутствию внешних контуров их установка очень похожа на установку обычных бытовых кондиционеров, а основные процессы теплообмена проходят в их внешних блоках. Данные особенности стали залогом широкого распространения воздушных тепловых насосов, для обслуживания которых также не нужны специальные навыки. Фактически, единственным значительным минусом данных аппаратов является их максимально эффективная работа в ограниченном диапазоне температур – от -5 °С до -7 °С.

Хотя перечисленные альтернативные теплогенераторы укомплектованы всем необходимым для производства тепла для бытовых инженерных систем, иногда их приходится дополнять специальными комплектующими. Некоторые принадлежности к тепловым насосам позволяют увеличить их эффективность и удобство использования, а другие играют роль сменных запчастей, устанавливаемых вместо уже изношенных. Речь идет о модулях управления, модулях приточно-вытяжной вентиляции, гидравлических и теплообменных модулях, внутренних блоках, компактных системах вентиляции, гидравлических станциях, воздушных теплообменных модулях, теплообменных модулях пассивного охлаждения и даже целых внутренних блоках тепловых помп. К категории принадлежностей также принято относить жидкий теплоноситель для тепловых насосов, продающийся в разных емкостях.

Для того, чтобы правильно выбрать тепловой насос определенного вида, нужно внимательно проанализировать возможность создания для него необходимых рабочих условий. Потому что это далеко не всегда легко. Как уже было упомянуто ранее, самым удобным в этом отношении является воздушный тепловой насос, в многом похожий на стандартную сплит-систему. Его можно установить в любом частном доме, вообще без оглядки на его приусадебный участок. Но, существенная проблема теплонасосов воздух-вода заключается в их часто нестабильной работе, и невозможности вырабатывать достаточное количество тепла при сильных морозах. Соответственно, для компенсации этого недостатка их приходится дополнять газовыми или электрическими котлами. А это, к сожалению, сильно уменьшает экономическую выгоду от использования данных альтернативных теплогенераторов.

Более выгодным и стабильным является обогрев дома при помощи грунтового или водяного теплового насоса. Но любой из них сам по себе обойдется недешево, то же самое касается и его монтажа. Поэтому, чтобы подобрать оптимальный теплонасос, нужно предварительно изучить все возможные нюансы его монтажа, а уже потом определять его мощность. Как уже было отмечено, геотермальное отопление дома может осуществляться благодаря двум типам теплообменных контуров – горизонтального и вертикального. При этом, вертикальные контуры могут достигать или не достигать водоносных пластов, а горизонтальные укладываются в вырытые для этого котлованы или открытые водоемы в виде своеобразных змеевиков.

Выбор между ними зависит от наличия свободной площади или водяного источника рядом с домом, и влечет за собой определенные нюансы, которые надо знать:

• Вертикальный контур теплового насоса – функционирует благодаря тому, что на глубине в 50-100 м температура грунта круглый год держится в районе 10-12 °С. Но, для того, чтобы использовать это преимущество, приходится бурить вертикальные скважины. Делать это можно, как в разных частях участка, так и из одной исходной точки, но под разными углами. Впрочем, в любом случае это весьма затратная процедура, поскольку глубина бурения может достигать 200 м, что зависит от местных геологических особенностей и параметров конкретной скважины. Зато служить она будет порядка 100 лет. При этом, для обустройства вертикального контура для водяного теплового насоса нужно бурить две скважины, одна из которых (дебетовая) необходима для забора воды, а вторая (приемная) – для ее слива после отбора тепла;
• Горизонтальный контур теплового насоса – функционирует благодаря тому, что даже на небольшой глубине под поверхностью грунта или в достаточно глубоком водоеме температура никогда не опускается ниже 0 °С. Но, для того, чтобы создать такой контур, нужно знать, насколько глубоко промерзают земля или вода в конкретном регионе. При этом, трубы укладываются, либо в траншеи или котлованы, либо прямо на дно водоемов, занимая достаточно немалые площади. Например, чтобы обогреть дом площадью 200-250 м2, понадобится, примерно, 600 м2 коммуникаций, или 6 соток свободного пространства, которое уже нельзя использовать под сельскохозяйственные нужды или посадку деревьев. Что касается монтажа в водоем, то он должен быть не далее чем в 100 м от дома, и иметь площадь не менее 200 м2, а глубину – не менее 3 м.

Нельзя также не отметить, что любой тепловой насос в отдельности – не слишком велик, за счет чего в доме он занимает совсем мало места, и не требует обустройства отдельного помещения котельной. Подключить к нему внешний контур тоже не сложнее, чем выполнить разводку обычной системы отопления. Главное – как раз грамотно выбрать оптимальный контур, если уже решено ставить грунтовой или водяной теплонасос. Безусловно, проще всего использовать для размещения коммуникаций природный или искусственный водоем. Трубы в него укладываются по спирали, а проводить земляные работы придется только для рытья траншеи, в которую будет уложена ведущая к насосу часть контура. Единственная проблема этого способа монтажа заключается в том, что для размещения трубопроводов в водоеме общего пользования нужно получать специальное разрешение у местных властей.

Ну а если в распоряжении будущих владельцев теплового насоса есть земельный участок, который еще только предстоит застроить и засадить растениями, на нем можно смонтировать вертикальный теплообменник. Для этого нужно предварительно определить необходимую площадь контура из примерного расчета – 250-300 м2 коммуникаций на 100 м2 отапливаемой площади дома. Затем экскаватором нужно снять весь промерзающий слой грунта, уложить на дно полученного котлована трубопроводы, и вернуть грунт на прежнее место. Главное не забыть, что трубы с циркулирующим теплоносителем нельзя располагать ближе, чем на расстоянии 1,5 м от корней деревьев, чтобы они не замерзали. Если же ни достаточных свободных площадей, ни водоема вблизи домовладения нет – остаются только методики бурения вертикальных скважин, или тепловые насосы типа «воздух-вода».

Параллельно с подбором подходящего контура рассчитывается и производительность самого теплонасоса, определяемая после разработки комплексной системы обогрева здания. Напоследок нужно подчеркнуть, что общие расходы на альтернативное отопительное оборудование и его монтаж вместе с внутренними и внешними контурами, как раз и зависят от мощности конкретного аппарата. Часто эти цифры оказываются весьма внушительными. Тем не менее, окупаемость теплового насоса не занимает очень много времени, ведь в процессе его работы приходится оплачивать совсем небольшие счета за электроэнергию. Как показывает практика, геотермальное отопление является наиболее выгодным для домов, общая отапливаемая площадь которых составляет порядка 150 м2. За 5-8 лет все затраты на обустройство подобных систем отопления в них окупаются полностью.

Хотя данные устройства и являются наиболее инновационными среди всех существующих теплогенераторов, и все благодаря использованию безграничных запасов энергии окружающей среды, они, разумеется, тоже не идеальны. И дело тут не только в достаточно высокой цене тепловых насосов, но и в некоторых других факторах, отчасти ограничивающих их применение. Прежде всего, это касается моделей типа «грунт-вода» и «вода-вода», для эксплуатации которых необходимо иметь рядом с домом большую и ничем не занятую территорию или относительно крупный и достаточно глубокий водоем. Безусловно, можно заменить эти источники энергии скважинами, но работы по их обустройству весьма дороги. Более универсальны в применении модели типа «воздух-вода», но их эффективность сильно зависит от температуры снаружи.

Ну а общие перечни плюсов и минусов теплонасосов таковы:

• Тепловые насосы грунт-вода – их преимущества заключаются в самой высокой среди прочих аналогов эффективности, минимально зависящем от внешних факторов КПД, стабильной производительности, а также длительной работе. А их недостатки, это – трудоемкость и высокая стоимость монтажа горизонтальных и вертикальных контуров, длительная установка и наладка, и необходимость в очень точном расчете мощностей;
• Тепловые насосы вода-вода – их преимущества заключаются в экономичности, несложном монтаже внешних контуров на дно водоемов, а также длительном сроке эксплуатации. А их недостатки, это – зависимость эффективности от расстояния до источника, необходимость в наличии рядом крупного водоема, и проведение дорогих буровых работ, если для отбора тепла используются водяные скважины;
• Тепловые насосы воздух-вода – их преимущества заключаются в наиболее доступной среди прочих аналогов стоимости, компактности, простоте монтажа и обслуживания, а также возможности подключения к солнечным батареям. А их недостатки, это – зависимость КПД от наружной температуры, максимальная эффективность только в диапазоне от -5 °С до 7 °С и падение продуктивности в периоды сильных морозов.

Безусловно, нельзя не отметить, что для всех перечисленных видов теплонасосов характерны и общие преимущества, главное из которых состоит в значительном сокращении расходов на отопление и горячее водоснабжение, а в некоторых случаях – даже в получении полностью энергонезависимых жилищ. Благодаря этому, подобное оборудование создает в домах даже в самые холодные месяцы такой уровень комфорта, который почти не уступает комфорту, создаваемому традиционными теплогенераторами. Кроме того, насосы тепловые безопасны в эксплуатации, так как не используют огнеопасного или взрывоопасного топлива, не имеют топок с открытым огнем и не продуцируют опасных отработанных газов. Последнее качество также позволяет им совсем не загрязнять окружающую среду. Но и это еще не все – при грамотном использовании любой тепловой насос точно прослужит несколько десятилетий.

Купить тепловые насосы в Киеве, недорого и во всех самых распространенных модификациях, можно в интернет-магазине «Современные современные системы». Представленные в нашем каталоге аппараты типов «грунт-вода», «вода-вода» и «воздух-вода» являются оригинальной и высококачественной продукцией лучших мировых производителей с распространяемыми на нее официальными гарантиями. Для их быстрого и удобного подбора по любым необходимым характеристикам мы создали многочисленные интерактивные фильтры, которые в любое время могут быть дополнены консультациями наших менеджеров. Тепловые насосы, цена которых зависит от их вида, расположения контуров и дополнительных технических возможностей – это использование бесплатных и неограниченных ресурсов окружающей среды для обеспечения комфорта в жилых домах и других зданиях в холодные времена года.