Теплові насоси

Головним секретом успіху всіх модифікацій альтернативного опалювального обладнання є можливість використовувати загальнодоступні та невичерпні ресурси навколишнього середовища для отримання теплової енергії. Тим самим можна звести до мінімуму витрати на обігрів, постійно економити енергоносії, створити майже повністю незалежну систему опалення та зробити все це без найменшої шкоди для екології. З цих причин у багатьох країнах Євросоюзу, а також у США та Канаді діють спеціальні програми державного фінансування, спрямовані на збільшення кількості теплонасосів у звичайних домогосподарствах. Вони необхідні для того, щоб нейтралізувати єдину значну нестачу подібного обладнання – його відносно високу вартість. Але навіть без субсидій вона успішно відшкодовується за 5-8, максимум 10 років.

Більшість теплових насосів складаються всього з 4 основних елементів – компресора, випарника, конденсатора та теплового розширювального клапана. А сам процес передачі тепла від холоднішого тіла до більш нагрітого відбувається завдяки циркуляції всередині перелічених компонентів теплоносія, який називається холодоагентом. Цікаво, що принцип дії будь-якого теплового насоса дуже схожий на алгоритм функціонування звичайного кондиціонера чи холодильника, тільки відбувається «навпаки». Якщо побутовий охолоджувач відбирає тепло у повітря всередині приміщення або зсередини його холодильних камер відповідно, а потім відводить його назовні, то геотермальна або повітряна система відбирає тепло з навколишнього середовища, щоб передати його в мережу опалення або гарячого водопостачання. У всіх випадках для цього потрібна електроенергія.

Основу альтернативної системи обігріву становить тепловий насос, до якого підключається один або два контури. Якщо для обігріву використовується обладнання типу "повітря-вода", то до нього приєднується лише внутрішній контур. А якщо вибір робиться на користь обладнання типу «вода-вода» чи «земля-вода», то контурів вже монтується два – внутрішній та зовнішній. При цьому в будинках такі системи виглядають абсолютно звично. До внутрішнього контуру можуть бути приєднані радіатори або кільця опалення підлоги. А ось зовнішні контури, що складаються із міцних труб і не тільки, бувають різними, і залежать від того, який вид теплового насоса використовується. Вони можуть розміщуватися або під землею, або під водою, і є абсолютно непомітними в процесі експлуатації. А потрібні вони для циркуляції рідин, що відбирають тепло у навколишніх природних середовищ.

Теплоносій, що циркулює у зовнішньому контурі, просто нагрівається до температури середовища, в яке занурений, а потім надходить у тепловий насос. А він, у свою чергу, шляхом кількох перетворень відбирає енергію у робочої рідини, щоб передати її воді, що циркулює у контурах опалення чи гарячого водопостачання. За аналогічним принципом працює і повітряний тепловий насос, з тією різницею, що для отримання тепла ззовні йому не потрібний зовнішній контур. Енергія від зовнішнього повітря відбирається в його зовнішньому блоці, схожому на такий самий блок звичайної спліт-системи. Немаловажно, що для вироблення 4-5 кВт тепла подібного обладнання потрібно всього 1 кВт електроенергії, що зовсім не дивовижний феномен, адже додаткова енергія береться з довкілля.

Ну а класифікація найпопулярніших побутових теплових насосів має такий вигляд:

• Теплові насоси ґрунт-вода - використовуються для передачі воді, що циркулює в побутових системах обігріву, теплової енергії, забраної у ґрунтів. Помпи, що відносяться до цього виду, відрізняються найбільшою ефективністю серед усіх інших аналогів. Завдяки стабільній температурі нижніх ґрунтових шарів, що майже не змінюється протягом року, теплові насоси земля-вода мають досить високі ККД і працюють виключно стабільно, що позитивно позначається на їх довговічності. Для відбору тепла з ґрунту дані апарати використовують два типи зовнішніх контурів – горизонтальні, для прокладки яких нижче за глибину промерзання потрібні великі площі, а також вертикальні, для прокладання яких буряться глибокі свердловини, в які поміщаються спеціальні зонди;
• Теплові насоси вода-вода - використовуються для передачі воді, що циркулює в побутових системах обігріву, теплової енергії, забраної у рідини з різних водойм. Помпи, що відносяться до цього виду обладнання, можуть бути трохи простіші в монтажі, ніж грунтові, при тому, що їх ефективність також знаходиться на досить високому рівні. Для відбору тепла дані апарати також використовують два типи зовнішніх контурів - горизонтальні, які укладаються безпосередньо на дно водойм, що не промерзають повністю, а також вертикальні, для облаштування яких бурят досягають водяних пластів свердловини. Друга методика є значно трудомісткою, хоча стабільна температура води на великій глибині дозволяє такому теплонасосу працювати дещо ефективніше;
• Теплові насоси повітря-вода – використовуються передачі води, циркулюючої у побутових системах обігріву, теплової енергії, забраної в зовнішнього повітря. Помпи, що відносяться до цього виду обладнання, характеризуються найбільшою зручністю монтажу та застосування серед усіх інших. Завдяки відсутності зовнішніх контурів, їх установка дуже схожа на установку звичайних побутових кондиціонерів, а основні процеси теплообміну проходять в зовнішніх блоках. Дані особливості стали запорукою поширення повітряних теплових насосів, обслуговування яких також не потрібні спеціальні навички. Фактично, єдиним значним мінусом даних апаратів є їхня максимально ефективна робота в обмеженому діапазоні температур – від -5 °С до -7 °С.

Хоча ці альтернативні теплогенератори укомплектовані всім необхідним для виробництва тепла для побутових інженерних систем, іноді їх доводиться доповнювати спеціальними комплектуючими. Деякі приналежності до теплових насосів дозволяють збільшити їх ефективність і зручність використання, а інші відіграють роль змінних запчастин, що встановлюються замість зношених. Йдеться про модулі управління, модулі припливно-витяжної вентиляції, гідравлічні і теплообмінні модулі, внутрішні блоки, компактні системи вентиляції, гідравлічні станції, повітряні теплообмінні модулі, теплообмінні модулі пасивного охолодження і навіть цілі внутрішні блоки теплових помп. До категорії приладдя також прийнято відносити рідкий теплоносій для теплових насосів, що продається у різних ємностях.

Щоб правильно вибрати тепловий насос певного виду, потрібно уважно проаналізувати можливість створення для нього необхідних робочих умов. Тому що це далеко не завжди легко. Як вже було згадано раніше, найзручнішим у цьому відношенні є повітряний тепловий насос, багато в чому схожий на стандартну спліт-систему. Його можна встановити в будь-якому приватному будинку, взагалі без огляду на його присадибну ділянку. Але, суттєва проблема теплонасосів повітря-вода полягає в їхній часто нестабільній роботі, і неможливості виробляти достатню кількість тепла при сильних морозах. Відповідно для компенсації цього недоліку їх доводиться доповнювати газовими або електричними котлами. А це, на жаль, сильно зменшує економічний зиск від використання даних альтернативних теплогенераторів.

Більш вигідним та стабільним є обігрів будинку за допомогою ґрунтового або водяного теплового насоса. Але будь-який з них сам по собі обійдеться недешево, те саме стосується і його монтажу. Тому, щоб підібрати оптимальний теплонасос, потрібно попередньо вивчити всі можливі нюанси його монтажу, а потім визначати його потужність. Як було зазначено, геотермальне опалення будинку може здійснюватися завдяки двом типам теплообмінних контурів – горизонтального та вертикального. При цьому вертикальні контури можуть досягати або не досягати водоносних пластів, а горизонтальні укладаються у вириті для цього котловани або відкриті водойми у вигляді своєрідних змійовиків.

Вибір між ними залежить від наявності вільної площі або водяного джерела поряд з будинком, і тягне за собою певні нюанси, які треба знати:

• Вертикальний контур теплового насоса – функціонує завдяки тому, що на глибині 50-100 м температура грунту цілий рік тримається в районі 10-12 °С. Але для того, щоб використовувати цю перевагу, доводиться бурити вертикальні свердловини. Робити це можна як у різних частинах ділянки, так і з однієї вихідної точки, але під різними кутами. Втім, у будь-якому випадку це дуже витратна процедура, оскільки глибина буріння може досягати 200 м, що залежить від місцевих геологічних особливостей та параметрів свердловини. Натомість служитиме вона буде близько 100 років. При цьому для облаштування вертикального контуру для водяного теплового насоса потрібно бурити дві свердловини, одна з яких (дебетова) необхідна для забору води, а друга (приймальня) – для її зливу після відбору тепла;
• Горизонтальний контур теплового насоса – функціонує завдяки тому, що навіть на невеликій глибині під поверхнею ґрунту або в досить глибокому водоймищі температура ніколи не опускається нижче 0 °С. Але для того, щоб створити такий контур, потрібно знати, наскільки глибоко промерзають земля або вода в конкретному регіоні. При цьому, труби укладаються, або в траншеї або котловани, або прямо на дно водойм, займаючи чималі площі. Наприклад, щоб обігріти будинок площею 200-250 м2, знадобиться приблизно 600 м2 комунікацій, або 6 соток вільного простору, який вже не можна використовувати під сільськогосподарські потреби або посадку дерев. Що стосується монтажу у водойму, то воно має бути не далі ніж у 100 м від будинку, і мати площу не менше 200 м2, а глибину – не менше 3 м.

Не можна також не відзначити, що будь-який тепловий насос окремо – не надто великий, за рахунок чого в будинку він займає зовсім мало місця, і не потребує облаштування окремого приміщення котельні. Підключити до нього зовнішній контур теж не складніше, ніж розведення звичайної системи опалення. Головне - якраз грамотно вибрати оптимальний контур, якщо вже вирішено ставити ґрунтовий або водяний теплонасос. Безумовно, найпростіше використовувати для розміщення комунікацій природне або штучне водоймище. Труби в нього укладаються по спіралі, а проводити земляні роботи доведеться тільки для копання траншеї, в яку буде укладена частина контуру, що веде до насоса. Єдина проблема цього способу монтажу полягає в тому, що для розміщення трубопроводів у водоймі загального користування потрібно отримувати спеціальний дозвіл у місцевої влади.

Ну а якщо у розпорядженні майбутніх власників теплового насоса є земельна ділянка, яку ще тільки забудують і засадять рослинами, на ній можна змонтувати вертикальний теплообмінник. Для цього потрібно заздалегідь визначити необхідну площу контуру з приблизного розрахунку – 250-300 м2 комунікацій на 100 м2 опалювальної площі будинку. Потім екскаватором потрібно зняти весь промерзаючий шар ґрунту, укласти на дно отриманого котловану трубопроводи і повернути ґрунт на колишнє місце. Головне не забути, що труби з теплоносієм, що циркулює, не можна розташовувати ближче, ніж на відстані 1,5 м від коренів дерев, щоб вони не замерзали. Якщо ж ні достатніх вільних площ, ні водоймища поблизу домоволодіння немає – залишаються лише методики буріння вертикальних свердловин, або теплові насоси типу «повітря-вода».

Паралельно з підбором відповідного контуру розраховується і продуктивність самого теплонасоса, яка визначається після розробки комплексної системи обігріву будівлі. Насамкінець слід підкреслити, що загальні витрати на альтернативне опалювальне обладнання та його монтаж разом із внутрішніми та зовнішніми контурами, якраз і залежать від потужності конкретного апарату. Часто ці цифри виявляються дуже значними. Тим не менш, окупність теплового насоса не займає багато часу, адже в процесі його роботи доводиться оплачувати зовсім невеликі рахунки за електроенергію. Як показує практика, геотермальне опалення є найбільш вигідним для будинків, загальна опалювальна площа яких складає близько 150 м2. За 5-8 років усі витрати на облаштування подібних систем опалення в них повністю окупаються.

Хоча дані пристрої є найбільш інноваційними серед усіх існуючих теплогенераторів, і все завдяки використанню безмежних запасів енергії навколишнього середовища, вони, зрозуміло, теж не ідеальні. І справа тут не тільки в досить високій ціні теплових насосів, а й у деяких інших факторах, що частково обмежують їхнє застосування. Насамперед, це стосується моделей типу «грунт-вода» і «вода-вода», для експлуатації яких необхідно мати поряд з будинком велику і нічим не зайняту територію або відносно велику і досить глибоку водойму. Безумовно, можна замінити ці джерела енергії свердловинами, але роботи з їхнього облаштування дуже дорогі. Більш універсальні у застосуванні моделі типу "повітря-вода", але їхня ефективність сильно залежить від температури зовні.

Ну а загальні переліки плюсів та мінусів теплонасосів такі:

• Теплові насоси ґрунт-вода – їх переваги полягають у найвищій серед інших аналогів ефективності, що мінімально залежить від зовнішніх факторів ККД, стабільної продуктивності, а також тривалій роботі. А їхні недоліки, це – трудомісткість та висока вартість монтажу горизонтальних та вертикальних контурів, тривала установка та налагодження та необхідність у дуже точному розрахунку потужностей;
• Теплові насоси вода-вода – їх переваги полягають у економічності, нескладному монтажі зовнішніх контурів на дно водойм, а також тривалому терміні експлуатації. А їхні недоліки, це – залежність ефективності від відстані до джерела, необхідність наявності поруч великої водойми, та проведення дорогих бурових робіт, якщо для відбору тепла використовуються водяні свердловини;
• Теплові насоси повітря-вода – їх переваги полягають у найбільш доступній серед інших аналогів вартості, компактності, простоті монтажу та обслуговування, а також можливості підключення до сонячних батарей. А їхні недоліки – це залежність ККД від зовнішньої температури, максимальна ефективність тільки в діапазоні від -5 °С до 7 °С та падіння продуктивності в періоди сильних морозів.

Безумовно, не можна не відзначити, що для всіх перерахованих видів теплонасосів характерні й загальні переваги, головна з яких полягає у значному скороченні витрат на опалення та гаряче водопостачання, а в деяких випадках – навіть в отриманні повністю енергонезалежних жител. Завдяки цьому, подібне обладнання створює в будинках навіть у найхолодніші місяці такий рівень комфорту, який майже не поступається комфорту, що створюється традиційними теплогенераторами. Крім того, теплові насоси безпечні в експлуатації, оскільки не використовують вогненебезпечного або вибухонебезпечного палива, не мають топок з відкритим вогнем і не продукують небезпечних відпрацьованих газів. Остання якість також дозволяє їм зовсім не забруднювати довкілля. Але і це ще не все - при грамотному використанні будь-який тепловий насос точно прослужить кілька десятиліть.

Купити теплові насоси у Києві, недорого та у всіх найпоширеніших модифікаціях, можна в інтернет-магазині «Сучасні сучасні системи». Представлені в нашому каталозі апарати типів «грунт-вода», «вода-вода» та «повітря-вода» є оригінальною та високоякісною продукцією кращих світових виробників з офіційними гарантіями, що поширюються на неї. Для їх швидкого і зручного підбору за будь-якими необхідними характеристиками ми створили численні інтерактивні фільтри, які в будь-який час можуть бути доповнені консультаціями наших менеджерів. необмежених ресурсів навколишнього середовища для забезпечення комфорту в житлових будинках та інших будівлях у холодну пору року.