Тепловые насосы

Янв 20, 2013

Тепловые насосы

Этот способ отопления не требует ис­пользования сгораемого топлива. Понадо­бится только электроэнергия, но в количе­стве в разы меньшем, чем при отоплении с помощью тэнов. Фактически принцип действия тепловых насосов такой же, как в холодильнике, только «наоборот».

Энергия добывается из окружающей среды: воздуха, воды или грунта. В поме­щении или, реже, прямо на улице ставится сам насос, через него прокачивается воздух или жидкость, которые охлаждаются в на­сосе, а отбираемое тепло используется для нагрева теплоносителя — жидкости или воздуха. Причём нам не слишком важна температура теплоносителя наружного контура — мы просто делаем его чуть хо­лоднее. Много тепла отбирать незачем, это приводит к возрастанию энергозатрат, проще менять скорость прокачивания те­плоносителя. Таким образом, мы можем греть либо теплоноситель системы отопле­ния, либо непосредственно воздух в доме.

Соответственно и все насосы подразде­ляются на шесть видов: они могут отбирать тепло у воздуха, воды или грунта и незави­симо от источника тепла отдавать его в воз­дух или жидкостную систему отопления. В первую очередь указывается наружный источник тепла, во вторую — тип внутрен­него теплоносителя. Основная характери­стика насоса — его эффективность (СОР: Coefficient Of Performance), т.е. отношение тепловой производительности к затратам энергии. Тут могут указываться разные значения: энергопотребление только ком­прессора, всей системы или даже некий «средний» с учётом работы дополнитель­ных ТЭНов.

Чтобы понять особенности встретившейся методики подсчёта, надо посмотреть их в соответствующем стан­дарте. А в общем, несколько значений СОР указывается в основных параметрах любо­го теплового насоса, при разных температу­рах источника тепла и теплоносителя, пода­ваемого в помещение. Найти несложно, это строка, в которой есть что-то типа «А—7/ W30», в ней заодно указан и тип насоса: А — «воздух», W — «вода», В — «грунт» (или «рассол» — конечно, эта буква может встретиться только в первой части обозна­чения), а цифра — температура. Кстати, «—7» означает именно —7 °С, а не +7, как можно подумать на первый взгляд.

Наиболее эффективны в наших условиях грунтовые насосы, получающие энергию от земли. Тут есть два варианта создания первичного теплообменника — системы труб для отбора тепла у земли. Если ис­пользовать   тепло   верхнего   слоя   почвы, прогреваемого солнцем, нам потребуют­ся масштабные земляные работы на зна­чительной площади, но копать придётся на небольшую глубину — 2-3 метра. Для этого нужен участок площадью в сотни квадратных метров, свободный от строе­ний и деревьев, словом, без тени. Это так называемые грунтовые коллекторы.

Немного дороже обойдётся вертикаль­ное бурение (грунтовые зонды), зато и сво­бодная площадь им нужна небольшая. Чтобы отопить дом среднего размера, по­требуются зонды общей глубиной в не­сколько сот метров. Точный расчёт напря­мую зависит от типа грунта, а стоимость бурения — от глубины. Для сокращения затрат пробуривают несколько зондов глубиной 50—100 метров неподалёку друг от друга. Температура на глубинах, начи­ная от 8—10 метров, в общем, одинакова, «подпитка» теплом идёт от ядра Земли.

В обоих случаях после раскапывания или бурения укладывают теплообменник — трубу, через систему распределителей подсоединяемую к насосам, и засыпают её. Технические особенности укладки те­плообменника, конечно, есть, но не будем на них останавливаться, всё равно вряд ли его будут раскапывать: срок службы исчис­ляется десятками и сотнями лет.

Примерно так же выглядит первичный теплообменник «водяных» тепловых насо­сов: его контур или «притапливают» в под­ходящем водоёме, или используют пару скважин: вода забирается из одной, прохо­дит через теплообменник насоса и слива­ется во вторую скважину. Конечно, такую конструкцию можно использовать только там, где грунт достаточно проницаем.

«Воздушному» тепловому насосу первич­ный контур не нужен, воздух с помощью вентилятора подаётся прямо в первичный теплообменник самого насоса. Но он ме­нее эффективен при низких температурах.

Примечательно, что с помощью тепловых насосов можно и собирать тепловую энер­гию, и отдавать её наружу для охлаждения дома в летний период (такой модуль часто предлагается в качестве опции). Различают активное и пассивное охлаждение. При активном насос работает «как холодильник» (по такому же принципу работает и кондиционер). При пассивном компрессор отключён, теплоноситель из первичного контура забирает тепло у вторичного на­прямую через отдельный теплообменник. В жару вода и грунт обычно холоднее, чем воздух, так что технически это несложно.

Что касается внутреннего контура, т.е. самой системы отопления здания, то воз­душное отопление стоит дешевле, но сде­лать с его помощью раздельное регулиро­вание по разным комнатам вряд ли удастся. Жидкостное, наоборот, позволяет лучше регулировать температуру, что в итоге при­ведёт к уменьшению затрат на эксплуа­тацию. Рабочий коэффициент отопления для насосов — от 3-4 («воздух—») до 5-6 («грунт—»), это дешевле, чем жидкое то­пливо, и очень близко по цене к газовому отоплению.

Чаще всего у нас предлагаются тепловые насосы с системой жидкостного отопле­ния, а в качестве источника энергии мо­жет использоваться и грунт, и вода,- и воз­дух. Некоторые модели тепловых насосов и солнечных коллекторов мы рассмотрим на следующих страницах.