Успешное использование тепловых насосов в быту и промышленности в Европе и США длится уже более 25 лет. Технология заключается в преобразовании низкопотенциального тепла окружающей среды, такой как земля, вода и воздух. В России эта экологически чистая технология начала применяться сравнительно недавно.

В СССР существовали экспериментальные поселки, отапливаемые с помощью тепловых насосов. То, что было смелым экспериментом в прошлом веке, сегодня - уже практика.

Устройство и работа бытового теплонасоса

Одним из альтернативных источников энергии являются тепловые насосы, которые позволяют перемещать тепло от менее нагретого тела к теплому и тем самым повышать его температуру. Тепловые насосы являются экологически чистым способом получения дешевого тепла без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса заключается в том, что тела с температурой выше абсолютного нуля обладают запасом тепловой энергии, который пропорционален массе и удельной теплоемкости. При рассмотрении каких-либо тел, например, морей, океанов, подземных вод, которые обладают огромной массой, можно понять, что их запасы тепловой энергии можно использовать для отопления домов без вреда для экологии мира. Охладив теплоноситель, его тепловую энергию можно получить по формуле Q = C*M*(T2 − T1), где Q является полученным теплом, С — теплоемкость, M – масса, T1 и T2 – соответственно начальная и конечная температуры охлаждаемого тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 °C, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 °C.

Виды тепловых насосов

Существует два типа тепловых насосов в зависимости от способа передачи энергии:

• Компрессионные. Компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель - основные элементы установки. Рабочий цикл включает в себя сжимание и расширение теплоносителя для выделения тепла. Этот тип тепловых насосов наиболее популярен благодаря своей простоте и высокой эффективности.
• Абсорбционные. Это новое поколение тепловых насосов, которые используют пар абсорбента-хладона в качестве рабочего тела. Применение абсорбента повышает эффективность работы таких тепловых насосов.

Тепловые насосы также классифицируются по источнику тепла:

1. Геотермальные. Этот тип тепловых насосов использует тепловую энергию из грунта или воды.
2. Воздушные. Тепло извлекается из воздуха с помощью таких тепловых насосов.
3. Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода или канализационные стоки.

Также тепловые насосы могут быть классифицированы по способу передачи теплоносителя входного/выходного контура:

1. Тепловые насосы «воздух-воздух». Они берут тепло у более холодного воздуха и отдают его в отапливаемое помещение.
2. Тепловые насосы «вода-вода». Здесь используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для системы отопления и горячего водоснабжения.
3. Тепловые насосы «вода-воздух». С помощью зондов или скважин для воды и воздушной системы отопления осуществляется передача теплоносителя.
4. Тепловые насосы «воздух-вода». В этом случае используется атмосферное тепло для водяного отопления.
5. Тепловые насосы «грунт-вода». Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
6. Тепловые насосы «лед-вода». Такие тепловые насосы используют тепловую энергию, которая высвобождается при получении льда для нагрева воды в системе отопления и горячего водоснабжения. Замораживание 100-200 литров воды может обеспечить обогрев среднего дома в течение всего часа.

Переписанный текст:

Рассчитываем эффективность тепловых насосов для отопления

Эффективность теплового насоса можно определить через соотношение тепловой энергии, выдаваемой им, к электроэнергии, которую он потребляет. Это отношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может изменяться в зависимости от температурных различий между входным и выходным контурами. Чем ниже температура на улице, тем менее эффективно будет работать система. У различных типов тепловых насосов коэффициент может варьироваться в пределах от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса также необходим параметр годовой эффективности.

Расчет эффективности конкретного теплового насоса достаточно сложен и зависит от множества факторов. На практике нет обобщенной формулы, которая бы работала всегда. Поэтому для каждого конкретного случая требуется обращение к опытному персоналу, который учитывая условия и требования задачи, подберет оптимальный тип теплового насоса и объем хладагента.

За последние годы тепловые насосы стали все более популярными как на производстве, так и в быту. Главной причиной этого стало их экономическое преимущество перед другими системами отопления, так как их стоимость значительно ниже. Также тепловые насосы имеют низкий уровень шума, что делает их привлекательными для использования в частных домах.

Кроме того, системы на основе тепловых насосов просты в использовании, не требуют обслуживания и имеют более низкие требования к вентиляции помещений, что повышает безопасность пожара. Еще одно преимущество заключается в том, что системы на основе тепловых насосов могут работать и как системы отопления, и как системы кондиционирования воздуха в летний период.

Согласно Европейской ассоциации тепловых насосов, рынок этого оборудования растет быстрыми темпами в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценкам Мирового энергетического комитета, в ближайшие пять лет, доля систем отопления и горячего водоснабжения, работающих на тепловых насосах, увеличится в развитых странах не менее чем на 75%.

Однако у тепловых насосов есть свой недостаток - они не могут обеспечить высокую температуру нагреваемой воды. Обычно она составляет около 50-60 градусов Цельсия. Но несмотря на это, проекты на основе тепловых насосов все больше возникают в разных уголках мира, например, уже в 2002 году в Москве была сдана в эксплуатацию система горячего водоснабжения на основе тепловых насосов.

Традиционным и наиболее распространенным вариантом отопления частных домов и коттеджей по-прежнему остается газовое отопление. Однако вариант с использованием теплового насоса не только значительно выгоднее, но и гораздо удобнее в плане монтажа. Для установки газового котла требуется не только специальный дымоход и вентиляция, но и разрешительные документы, что может оказаться непростым делом. В свою очередь, применение тепловых насосов сэкономит время и деньги, а также избавит от необходимости проведения дополнительных работ. Стоимость прокладки газа в Подмосковье составляет около $20 000, при условии, что расстояние до газопровода не превышает 1 км. В противном случае, затраты могут вырасти в несколько раз. Кроме того, стоит учитывать скорость работы газовщиков. Установка теплового насоса под ключ обойдется примерно в $15 000, а монтаж занимает не более 2-3 недель. Таким образом, применение тепловых насосов позволяет сделать эффективный, простой и экономичный выбор для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.

Фото: freepik.com