Тепловой насос для отопления

Здравствуйте, дорогие читатели! Сегодня поговорим про тепловой насос для отопления дома, узнаем что он из себя представляет, каковы его особенности, рассмотрим некоторые виды приборов этой группы, основные критерии их выбора и примерные цены.

И так…

Ситуация такова, что самым популярным на данный момент способом отапливать жилище является использование котлов отопления – газовых, твердотопливных, дизельных и намного реже электрических. А вот такая простая и в тоже время высокотехнологичная система, как тепловой насос для отопления, не получил повсеместного распространения, и очень зря. Ведь для тех, кто любит и умеет просчитывать всё наперед, преимущества теплового насоса очевидны.

Тепловые насосы для отопления не сжигают невосполнимых запасов природных ресурсов, что крайне важно не только с точки зрения охраны окружающей среды, но и позволяет экономить на энергоносителях, так как они дорожают с каждым годом. К тому же, с помощью тепловых насосов можно не только отапливать помещение, но и подогревать горячую воду для хозяйственных нужд и кондиционировать помещение в летний зной.

Тепловой насос для отопления

Практически все типовые схемы контуров обогрева монтируются на основе оборудования класса «котельное». Модификация отопительного агрегата подбирается в зависимости от того, какое топливо планируется использовать.

Тепловой насос для отопления дома, принцип действия

В основу работы теплового насоса, холодильника и кондиционера положен цикл Карно. Тепловой насос для отопления переносит тепло из зоны с более низкой температурой к потребителю, где значение этого параметра должно быть выше. В данном случае оно отбирается извне, там, где аккумулируется, и после некоторых преобразований переходит в дом. Именно природное тепло, а не энергия выделяющаяся при сгорании традиционного топлива, повышает температуру теплоносителя, проходящего по трубам системы отопления.

На самом деле, принцип действия насоса значительно сложнее. Поэтому устройства этого класса часто сравнивают с холодильными установками, только работающими наоборот. Но общий порядок функционирования идентичен, несмотря на то, что есть большая разница как в инженерном решении, так и в назначении основных частей приборов. От традиционной системы отопления схема, собранная на тепловом насосе, отличается количеством контуров и спецификой их работы.

Внешний контур монтируется вне частного дома. Укладывается там, где накапливается тепло при нагреве поверхностей солнечными лучами или по иной причине. Энергия может забираться, к примеру, из воздуха, грунта, водоема. Даже из скважины, если дом стоит на каменистой почве или есть ограничения по установке труб. Поэтому различают несколько модификаций тепловых насосов, при том, что обогрев организуется по однотипной схеме.

Тепловой насос для отопления

   Принцип работы насоса

Контур внутренний (не путать с отопительным в доме) территориально расположен в самом агрегате. Охлажденный теплоноситель, циркулирующий во внешнем, частично повышает свою температуру за счет окружающей среды. Проходя через испаритель, передает отобранную энергию хладагенту, которым заполнен внутренний контур. Последний, благодаря своему специфическому свойству, закипает и переходит в газообразное состояние. Для этого достаточно низкого давления и температуры более -5°C. То есть жидкая среда превращается в газ.

Далее – в компрессор, где давление искусственно повышается, за счет чего и производится нагрев хладагента. Именно в этом конструктивном элементе, являющимся вторым по счету теплообменником, тепловая энергия передается жидкости (воде или антифризу), проходящей по обратке системы отопления дома. Довольно оригинальная, эффективная и рациональная схема обогрева.

Для обеспечения работы теплового насоса необходимо электричество. Но это все равно намного выгоднее, чем использовать только электрообогреватель. Так как электро-котел или электрообогреватель тратит ровно столько же электроэнергии, сколько и выдает тепла. Например, если на обогревателе написана мощность 2 кВт, то он тратит 2 кВт в час и выдает 2 кВт тепла. А тепловой насос выдает тепла в 3 – 7 раз больше, чем тратит электроэнергии. Например, используется 5,5 кВт/час на работу компрессора и насоса, а тепла получается 17 кВт/час. Именно такой высокий КПД и является основным достоинством теплового насоса.

Остается добавить, что во внешнем контуре циркулирует солевой раствор или этиленгликоль, во внутреннем, как правило, фреон. В состав такой схемы отопления включается и ряд дополнительных устройств. Основные из них – клапан-редуктор и сабкулер.

Тепловой насос для отопления, источники тепла для работы

Тепловые насосы берут тепло из тех природных источников, которые накапливают солнечную радиацию в течение теплого периода. В зависимости от источника тепла различаются и тепловые насосы.

Грунт

Грунт – самый стабильный источник тепла, которое накапливается за сезон. На глубине 5 – 7 м температура грунта практически всегда постоянна и равна примерно +5 – +8 °С, а на глубине 10 м – всегда постоянна +10 °С. Способов сбора тепла с грунта два.

Тепловой насос для отопления

   Горизонтальный грунтовый коллектор

Коллектор представляет собой уложенную горизонтально трубу, по которой циркулирует теплоноситель. Глубина расположения горизонтального коллектора высчитывается индивидуально в зависимости от условий, иногда это 1,5 – 1,7 м – глубина промерзания грунта, иногда ниже – 2 – 3 м для обеспечения большей стабильности температуры и меньшей разницы, а иногда всего 1 – 1,2 м – здесь грунт начинает быстрее прогреваться весной. Бывают случаи, когда обустраивают двухслойный горизонтальный коллектор.

Трубы горизонтального коллектора могут иметь различный диаметр 25 мм, 32 мм и 40 мм. Форма их раскладки тоже может быть разной – змейка, петля, зигзаг, различные спирали. Расстояние между трубами в змейке должно быть не менее 0,6 м, и обычно составляет 0,8 – 1 м.

Удельный теплосъем с каждого погонного метра трубы зависит от структуры грунта:

  • Песок сухой – 10 Вт/м;
  • Глина сухая – 20 Вт/м;
  • Глина более влажная – 25 Вт/м;
  • Глина с очень большим содержанием воды – 35 Вт/м.

Для отопления дома площадью 100 м2 при условии, что грунт представляет собой влажную глину, понадобится 400 м2 площади участка под коллектор. Это довольно много 4 – 5 соток. А с учетом того, что на данном участке не должно быть никаких строений и допускается только газон и клумбы с однолетними цветами, то не каждый может себе позволить обустроить горизонтальный коллектор.

По трубам коллектора течет специальная жидкость, ее еще называют «рассол» или антифриз, например, 30% раствор этиленгликоля или пропиленгликоля. «Рассол» собирает на себя тепло грунта и направляется к тепловому насосу, где передает его хладагенту. Остывший «рассол» снова течет в грунтовый коллектор.

Тепловой насос для отопления

   Вертикальный грунтовый зонд

Этот вид представляет собой систему труб, заглубленных на 50 – 150 м. Это может быть всего одна U-образная труба, опущенная на большую глубину 80 – 100 м и залитая бетонным раствором. А может быть система U-образных труб, опущенных на 20 м, чтобы собрать энергию с большей площади. Выполнение бурильных работ на глубину 100 – 150 м не только дорого стоит, но и требует получения специального разрешения, именно поэтому часто идут на хитрость и обустраивают несколько зондов небольшой глубины. Расстояние между такими зондами делают 5 – 7 м.

Удельный теплосъем с вертикального коллектора также зависит от породы:

  • Осадочные породы сухие – 20 Вт/м;
  • Осадочные породы, насыщенные водой, и каменистая почва – 50 Вт/м;
  • Каменистая почва с высоким коэффициентом теплопроводности – 70 Вт/м;
  • Подземные (грнутовые) воды – 80 Вт/м.

Площадь под вертикальный коллектор необходима совсем маленькая, но стоимость их обустройства выше, чем у горизонтального коллектора. Достоинством вертикального коллектора также является более стабильная температура и больший теплосъем.

Вода

Использовать воду в качестве источника тепла можно по-разному.

Тепловой насос для отопления

   Коллектор на дне открытого незамерзающего водоема

Это может быть река, озеро, море – представляет собой трубы с «рассолом», притопленные с помощью груза. За счет высокой температуры теплоносителя этот способ получается самым выгодным и экономичным. Обустроить водный коллектор могут только те, от кого водоем находится не дальше 50 м, иначе теряется эффективность установки. Как Вы понимаете, такие условия есть не у всех. Но не использовать тепловые насосы жителям побережья просто недальновидно и глупо.

Тепловой насос для отопления

   Коллектор в канализационных стоках или сбросовой воде

После технических установок можно использовать для отопления домов и даже многоэтажек и промышленных предприятий в черте города, а также для приготовления горячей воды. Что с успехом делается в некоторых городах.

Воздух

Тепловой насос для отопления

   Воздушный тепловой насос для отопления

Самую простую конструкцию имеет система отопления с воздушным тепловым насосом. Никакого дополнительного коллектора не нужно. Воздух из окружающей среды напрямую поступает к испарителю, где передает свое тепло хладагенту, а тот в свою очередь передает тепло теплоносителю внутри дома. Это может быть воздух для фанкойлов или вода для теплого пола и радиатора.

Тепловой насос для отопления

   Воздушный тепловой насос для отопления, принцип работы

Затраты на установку воздушного теплового насоса самые минимальные, но зато производительность установки очень зависит от температуры воздуха. В регионах с теплыми зимами (до +5 – 0 °С) это один из самых экономичных источников тепла. А вот если температура воздуха опускается ниже -15 °С производительность падает настолько, что не имеет смысла использовать насос, а выгоднее включить обычный электрообогреватель или котел.

На воздушные тепловые насосы для отопления отзывы весьма противоречивы. Все зависит от региона их использования. Их выгодно использовать в регионах с теплыми зимами, например, в Сочи, где даже не понадобится дублирующий источник тепла на случай сильных морозов. Также можно устанавливать воздушные тепловые насосы в регионах, где относительно сухой воздух и температура зимой до -15 °С. А вот во влажном и холодном климате такие установки страдают от обледенения и обмерзания. Налипающие на вентиляторе сосульки не дают нормально работать всей системе.

Характерные особенности

Высокая эффективность

Из всех составных частей эл/энергия нужна лишь компрессору. Даже приблизительные расчеты показывают, что для получения 1000 Вт тепла необходимо израсходовать порядка 250 (от сети). То есть КПД системы отопления – около 400 %. Учитывая суммарную цену обогрева любого частного дома за сезон, это кажется невероятным, хотя с учетом особенностей функционирования насоса с технической точки зрения вполне объяснимо.

Полная независимость от топлива. Что это дает?

  • Во-первых, отопление можно организовать где угодно.
  • Во-вторых, не придется тратить деньги на топливо, так как энергия берется из окружающей среды.
  • В-третьих, отпадает необходимость в складировании горючего.
  • В-четвертых, приборы этой группы не являются объектом повышенной опасности, в отличие от котлов. Как результат – не нужно придерживаться жестких требований по монтажу оборудования для отопления, что отражается на конечной цене работ – она существенно ниже. Имея проект с расчетами, все технологические операции можно выполнить своими руками.
  • В-пятых, отпадает необходимость в организации резервирования по топливу. Нужно лишь иметь в запасе ремкомплект для составных частей теплового насоса и купить небольшой эл/генератор, достаточный для обеспечения минимальных потребностей собственников дома на период устранения неисправности.

Универсальность использования

В отличие от котлов отопления, насос может служить и кондиционером. То есть отпадает надобность в приобретении, монтаже и эксплуатации климатического оборудования. Это также к вопросу о цене. По сути, реальная экономия от теплового насоса гораздо выше. Для частного дома – отличный вариант отопления, если учесть, сколько денег уходит на содержание строения.

Полная самостоятельность в выборе схемы

При монтаже отопления в жилом доме ни с кем и ничего согласовывать не нужно. Существенный плюс для тех, кто уже сталкивался с нашей бюрократией.

Тепловой насос для отопления

Тепловой насос для отопления, преимущества и недостатки системы

Вокруг тепловых насосов ходит много легенд и заблуждений, несмотря на то, что это не такое уж новаторское и высокотехнологичное изобретение. С помощью тепловых насосов отапливаются все «теплые» штаты в США, практически вся Европа и Япония, где технология отработана практически до идеала и уже давно.

Кстати, не стоит думать, что подобное оборудование является чисто иностранной технологией и пришло к нам совсем недавно. Ведь еще в СССР такие агрегаты использовались на экспериментальных объектах. Примером тому служит санаторий «Дружба» в городе Ялта. Помимо футуристической архитектуры этот санаторий славен еще и тем, что еще с  80-х годов 20 века в нем используются промышленные тепловые насосы для отопления. Источником тепла является близлежащее море, а сама насосная станция не только обогревает все помещения санатория, но и обеспечивает горячей водой, греет воду в бассейне и охлаждает в знойный период.

 

Преимущества систем отопления с тепловым насосом

  • Экономия на энергоносителе. В связи с растущими ценами на газ и дизтопливо очень актуальное преимущество. В графе «ежемесячные расходы» будет значиться только электроэнергия, которой как мы уже писали необходимо намного меньше, чем реально производится тепла.
  • Экономия на техобслуживании. Тепловой насос не требует к себе никакого особенного отношения. Расходы на его обслуживание минимальны.
  • Можно устанавливать в любой местности. Источниками низкотемпературного тепла для работы теплового насоса могут служить грунт, вода или воздух.
  • Нет необходимости следить за работой насоса, добавлять топливо, как в случае с твердотопливным или дизельным котлом. Вся система отопления с тепловым насосом автоматизирована.
  • Можно уехать на длительный срок и не бояться, что система замерзнет. При этом можно сэкономить, установив насос на обеспечение в жилом помещении температуры +10 °С.
  • Безопасность для окружающей среды. Для сравнения при использовании традиционных котлов, сжигающих топливо, всегда образуются различные окислы. При работе теплового насоса не выбрасывается ничего. А используемые в системе хладагенты абсолютно безопасны.
  • Сюда же можно отметить сохранение невосполнимых природных ресурсов планеты.
  • Безопасность для человека и имущества. В тепловом насосе ничего не нагревается до такой температуры, чтобы вызвать перегрев или взрыв. К тому же, в нем попросту нечему взрываться. Так что его можно отнести к полностью пожаробезопасным агрегатам.
  • Тепловые насосы успешно работают даже при температуре окружающей среды -15 °С. Так что если кому-то кажется, что такой системой можно обогревать дом только в регионах с теплыми зимами до +5 °С, то они ошибаются.
  • Реверсивность теплового насоса. Неоспоримым преимуществом является универсальность установки, с помощью которой можно и отапливать зимой, и охлаждать летом.
  • Долговечность. При должном уходе тепловые насосы системы отопления живут от 25 до 50 лет без капитального ремонта, и только раз в 15 – 20 лет потребуется заменить компрессор.

Недостатки систем отопления с тепловым насосом

  • Большие первоначальные капиталовложения. Помимо того, что на тепловые насосы для отопления цены довольно высоки (от 3000 до 10000 у.е.), так еще дополнительно на обустройство геотермальной системы потребуется затратить не меньше, чем на сам насос. Исключением является воздушный тепловой насос, не требующий дополнительных работ. Окупится тепловой насос не скоро (лет через 5 – 10). Так что ответ на вопрос, использовать или не использовать тепловой насос для отопления, скорее зависит от предпочтений хозяина, его финансовых возможностей и условий строительства. Например, в регионе, где подведение газовой магистрали и подключение к ней стоит столько же, сколько и тепловой насос, имеет смысл отдать предпочтение последнему.
  • В регионах, где температура зимой опускается ниже -15 °С, необходимо использовать дополнительный источник тепла. Это называется бивалентная система отопления, в которой тепловой насос обеспечивает тепло, пока на улице до -20 °С, а когда он не справляется, подключается например, электрообогреватель или газовый котел, или теплогенератор.
  • Наиболее целесообразно использовать тепловой насос в системах с низкотемпературным теплоносителем, таких как система «теплый пол» (+35 °С) и фанкойлы (+35 — +45 °С). Фанкойлы представляют собой вентиляторный конвектор, в котором происходит передача тепла/холода от воды воздуху.
  • Экологичность тепловых насосов, берущих тепло из воды и грунта, несколько относительна. Дело в том, что в процессе работы пространство вокруг труб с теплоносителем охлаждается, а это нарушает устоявшуюся экосистему. Ведь даже в глубине грунта живут анаэробные микроорганизмы, обеспечивающие жизнедеятельность более сложных систем. С другой стороны – по сравнению с добычей газа или нефти ущерб от теплового насоса минимален.

Оцените все «за» и «против» для принятия правильного решения.

Тепловой насос для отопления, стоимость и расходы на эксплуатацию

Мощность теплового насоса подбирается в зависимости от тех функций, которые на него будут возложены. Если только отопление, то расчеты можно произвести в специальном калькуляторе, учитывающем тепловые потери здания. 

Стоимость теплового насоса зависит не только от мощности, но и от надежности и запросов производителя. Например, агрегат мощностью 16 кВт российского производства обойдется в 7000 у.е., а иностранный насос RFM 17 мощностью 17 кВт стоит порядка 13200 у.е. со всем сопутствующим оборудованием, кроме коллектора.

Следующей строкой расходов будет обустройство коллектора. Она тоже зависит от мощности установки. Например, для дома 100 м2, в котором везде установлены теплые полы (100 м2) или радиаторы отопления 80 м2, а также для подогрева воды до +40 °С объемом 150 л/час потребуется выполнить бурение скважин под коллекторы. Такой вертикальный коллектор обойдется в 13000 у.е.

Коллектор на дне водоема обойдется чуть дешевле. При таких же условиях он будет стоить 11000 у.е. Но лучше стоимость монтажа геотермальной системы уточнять в специализирующихся компаниях, она может очень сильно отличаться. Например, обустройство горизонтального коллектора для насоса мощность 17 кВт обойдется всего в 2500 у.е. А для воздушного теплового насоса коллектор не нужен вовсе.

Тепловой насос для отопления

    Тепловой насос для отопления, бивалентная система c солнечным коллектором

В ежемесячную стоимость отопления тепловым насосом входят только расходы на электроэнергию. Рассчитать их можно так – на насосе должна быть указана потребляемая мощность. Например, для вышеупомянутого насоса мощностью 17 кВт потребляемая мощность составляет 5,5 кВт/час. Всего отопительная система работает 225 дней в году, т.е. 5400 часов. С учетом того, что тепловой насос и компрессор в нем работают циклически, то расход электроэнергии необходимо уменьшить вдвое. За отопительный сезон будет потрачено 5400ч*5,5кВт/ч/2=14850 кВт. Умножаем количество затраченных кВт на стоимость энергоносителя в Вашем регионе.

Обратите внимание, что чем меньше потребляемая мощность теплового насоса, тем меньше ежемесячные расходы. 

Тепловые насосы выгодны при использовании в бивалентных системах. В дополнение к насосу можно установить солнечный коллектор, который сможет полностью обеспечивать насос электроэнергией летом, когда тот будет работать на охлаждение. Для зимней подстраховки можно добавить теплогенератор, который будет догревать воду для ГВС и высокотемпературных радиаторов.

 

Тепловой насос для отопления, популярная продукция

  • Stiebel Eltron

Эти приборы от известного производителя являются самыми востребованными, если верить статистике продаж. Немецкий концерн выпускает разные модификации. Для небольшого дома – мощностью в пределах 18-30 кВт, для предприятий – более габаритные установки. Модели данной марки отличает надежная автоматика, позволяющая упростить эксплуатацию. Например, разморозка осуществляется без вмешательства пользователя. Еще одно преимущество – применение каскадных схем. Размещение нескольких насосов, работающих на общий отопительный контур, позволяет обогревать большие площади с регулировкой по мощности в значительном диапазоне.

  • Danfoss

Не менее авторитетная датская компания специализируется на выпуске исключительно для частных домов. Потому и максимальная мощность агрегатов – 36 кВт. Отличаются от моделей Stiebel Eltron большей температурой на «подачу» – до 90°C. Кроме того, они несколько экономичнее немецких аналогов. Еще плюс – некоторые из них управляются дистанционно, даже с гаджетов.

  • Henk

Насосы отечественного производства. Следовательно, адаптированы к нашим зимам. Эффективность не снижается и при температуре -60°C. Характеризуются низким эн/потреблением. Изделия для частных домов могут подключаться к сети 220/1ф. Более мощным моделям нужна трехфазная линия.

  • Корса

Еще одна российская разработка. Отличается большим выбором по мощности (кВт) – от 4,5 до 100. Учитывая неприхотливость агрегатов, один из лучших вариантов для жилого дома.

Так же ознакомьтесь с нашей статьёй про альтернативные источники энергии «Альтернативные источники энергии в наши дни«

Будем рады, если подпишетесь на наш Блог!