Белорусский огород
Назад

Тепловые насосы экономия

Опубликовано: 27.04.2020
Время на чтение: 16 мин
0
1

Как работает тепловой насос?

ТН — парокомпрессионная установка, забирающая тепло у холодных источников. Чтобы понять принцип действия чудо-конструкции, надо вспомнить о том, как функционирует холодильник, который тоже можно назвать небольшим тепловым насосом. Продукты с комнатной температурой помещаются в агрегат, затем тепло выкачивается из камеры и скапливается во внешнем радиаторе, отдающем его помещению. По этой причине для нормальной его работы нужно оставлять между стеной и прибором свободное место.

Подобный принцип, который называют циклом Карно, используется и в бытовых кондиционерах. Для тепловых насосов тоже характерно извлечение тепловой энергии из окружающей среды: из воздуха, грунта, подземных вод или водоемов. Передача тепла происходит за счет конденсации, испарения хладагента. В тепловых насосах, как и в холодильниках, в этой роли также чаще выступает фреон.

Любой тепловой насос имеет испаритель, конденсатор, и компрессор, повышающий давление. Все приборы соединены трубопроводом в единый замкнутый контур. По этим трубам циркулирует фреон — углеводород, у которого температура кипения очень низкая. В холодной части контура он находится в жидком состоянии, в теплой — превращается в газ.

Теперь надо рассмотреть, как работает тепловой насос. Двигаясь по источнику тепла (например, по трубам, уложенным в грунт) теплоноситель нагревается на несколько градусов даже в том случае, если температура мала и составляет всего 4-5°. Потом он поступает в испаритель и отдает тепло во внутренний контур системы, которая заполнена фреоном. Даже небольшого количество тепла хватает для перехода хладагента из жидкого состояния в газообразное.

Хладагент, превратившийся в пар, поступает в компрессор, где он сжимается. Повышение давления приводит к повышению его температуры. Далее горячий фреон следует в конденсатор, где отдает тепло тому теплоносителю, который функционирует в системе отопления дома. Им может быть вода, воздух, тот же фреон.

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.

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.

Тепловой насос для дома

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, 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.

Так как данные устройства появились у нас относительно недавно, многие россияне до сих пор относятся к ним с большим недоверием. В США, Европе и Японии их используют давно и успешно. Однако нельзя сказать, что такое оборудование для нашей страны абсолютная загадка, «терра инкогнита».

В СССР тоже проводились эксперименты, касающиеся таких альтернативных источников энергии. Однако широкого распространения эта технология так и не получила. Поэтому важно понять, почему, и имеет ли большой смысл замена привычных систем на эко-новинку? Приставка «эко» в этом случае может означать как экологию, так и экономию.

Достоинства

Тепловые насосы экономия

Первое и несомненное преимущество тепловых насосов — значительная экономия электроэнергии. Да, им, в отличие от солнечных коллекторов, она необходима, однако в гораздо меньших количествах. Например, электрический котел (или обогреватель) забирает столько же энергии, сколько выдает тепла. Тепловой насос, наоборот, тратит минимум электроэнергии, а тепла производит в три-семь раз больше. Оборудование может потратить 5 кВт/ч, однако тепла оно выделяет не менее 17 кВт/ч. Высокий КПД — самое привлекательное качество тепловых котлов.

Другие плюсы установки альтернативной системы:

  1. Серьезная экономия на энергоносителях. Цены на все виды топлива неумолимо растут, а тепловой насос позволит получать большее количества тепла при сократившихся расходах на электроэнергию.
  2. Возможность установки в любой местности, так как источником тепла способны стать воздух вода либо грунт. Особенно актуально оборудование для участков, расположенных далеко от газовой магистрали.
  3. Реверсивность установки. Тепловые насосы универсальны. Зимой они обеспечивают тепло, жарким летом дают возможность обеспечить помещению прохладу. Однако такой функцией оснащают не все модели.
  4. Долговечность. Оборудование, за которым ухаживают должным образом, способно бесперебойно работать 25-50 лет. Замена компрессора может потребоваться раз в 10-15 (максимум 20) лет.
  5. Возможность использования в любых условиях: там, где нет электричества, устанавливают бензиновый либо дизельный двигатель.
  6. Экономия на техническом обслуживании. Оборудование не потребует на него больших расходов.
  7. Бесперебойная работа при температуре -15°.
  8. Полная автоматизация теплового насоса.
  9. Безопасность для окружающей среды.
  10. Бесплатность источника тепла.
Предлагаем ознакомиться  Садовые цветы похожие на герберы название

Помимо плюсов есть у систем и слабые стороны.

Недостатки

К ним относится:

  1. Цена тепловых насосов и стоимость обустройства геотермальной системы. Причем окупится оборудование далеко не сразу. Владельцам придется ждать как минимум 5 лет. Исключение — воздушные устройства, не требующие дополнительных вложений.
  2. Необходимость добавления дополнительного источника тепла в тех регионах, где температура нередко бывает ниже -20°. Такая система называется бивалентной. Если не справляется тепловой насос, то подключается теплогенератор (газовый котел, электрообогреватель).
  3. Экологичность, все же находящаяся под вопросом. Для человека угрозы нет, но она существует для экосистемы. Например, в грунте живут микроорганизмы — анаэробы. При сильном охлаждении пространства около труб им грозит неминуемая гибель.
  4. Почти необходимость обеспечить в доме трехфазную электросеть. Для исправной работы теплового насоса надо свести к минимуму перепады напряжения, которые способны спровоцировать поломку установки.

Оптимально использование такого оборудования в системах, где низкотемпературный теплоноситель, пример — «теплый пол».

Чтобы понять, целесообразна ли покупка и установка теплового насоса, владельцам придется оценить все плюсы и минусы. Главные «противники» — экономия электроэнергии (топлива) и серьезные расходы на приобретение и установку. К существенным минусам ТН относят низкий КПД в холодное время года, однако есть модели, которые могут вырабатывать тепло даже при -35°. Но заплатить за них придется еще дороже.

Стоит ли тратиться на покупку и установку ТН? Каждый решает сам. Единоразовое вложение даст шанс навсегда забыть о больших счетах за отопление. Кроме того, в пользу оборудования свидетельствует его полная безопасность для жильцов, и почти полная — для окружающей среды.

Если решения принято в пользу этой альтернативы, то следующий шаг — знакомство с разновидностями таких систем. Их существует несколько. Воздушные (аэротермальные) установки забирают тепло из воздуха, геотермальные используют тепловую энергию земли, гидротермальные — наземных/подземных вод.

Воздушные

Аэротермальные насосы используют тепловую энергию воздуха, находящегося снаружи здания. Эта конструкция максимально проста, поэтому дополнительное оборудование ей не требуется. Воздух сразу поступает в испаритель, там он передает тепло хладагенту, а тот, в свою очередь, теплоносителю внутри дома.

Экономное отопление тепловым насосом воздух-воздух

Из-за простоты системы затраты на нее минимальны, однако в этом случае самой важный критерий — производительность установки, но она сильно зависит от температуры внешней среды. В тех регионах, где зимы теплые (от 0° до 5°), такое оборудование будет самым экономичным вариантом из всех возможных.

Если температура зимой в местности, где стоит дом, нередко минует отметку -15°, то тепловые насосы использовать попросту не имеет смысла: производительность ТН в холода сильно падает, а об окупаемости его даже думать не придется. В этом случае рациональнее включать традиционный электрообогреватель либо котел.

Водяные

Эти гидротермальные источники тепла могут использоваться по-разному.

  1. Река, озеро или море. В этом случае коллектор располагают на дне водоема. Эти трубы с жидкостью-антифризом притапливают грузом. Так как температура теплоносителя высока, то оборудование обещает серьезную экономию. Однако целесообразно делать такую установку лишь в тех домах, которые расположены не расстоянии 50 метров, но не более, так как эффективность оборудования уменьшается с каждым лишним метром.
  2. Канализационные стоки. Коллектор, установленный в них, можно использовать как для отопления частных и многоэтажных домов, так и для систем горячего водоснабжения. Этот способ с успехом применяют в некоторых российских городах, чаще для обеспечения обогрева и ГВС промышленных зданий.
  3. Грунтовая, скважинная вода. Это система предполагает наличие двух колодцев. Из одного воду забирают, в другой сбрасывают. Такая установка сложна в монтаже и трудозатратна.

Самые лучшие условия у тех, кто живет недалеко у глубокого водоема. Если климат позволяет, а дом расположен у реки, озера или на побережье, то шанс получить бесплатное отопление и ГВС упускать нельзя.

Грунтовые

Это самый практичный вариант: грунт — стабильный источник, который накапливает тепло в течение сезона. На 10-метровой глубине температура неизменна, она составляет 10 °. С каждым метром она падает примерно на один градус: на расстоянии 5-7 метров от поверхности земли температура земли может колебаться в минимальных пределах — От 5 до 8°.

Если говорить о способах «добычи» тепла, то их есть два — горизонтальный и вертикальный.

Экономия электроэнергии при отоплении дома тепловым насосом "воздух-воздух"

Тепловой насос представляет собой электрическое оборудование, которое вырабатывает тепло из окружающей среды и доставляет его в назначенное место. Нельзя сказать, что эта технология нова, она уже десятилетиями активно используется по всему миру. Кстати, самыми известными примерами использования этой технологии являются ставшие уже привычными кондиционеры и холодильники.

Устройство воздушного теплового насоса (воздух-вода)

Устройство воздушного теплового насоса (воздух-вода)

Остановимся подробнее на принципе действия этого оборудования. Тепловые насосы вырабатывают тепло, прогоняя жидкость под названием хладагент через цикл «испарение-конденсация». Компрессор гонит хладагент по теплообменным трубкам. В одной части теплообменника при низком давлении хладагент испаряется, вытягивая тепло из окружающей среды.

В другой части теплообменника хладагент конденсируется при высоком давлении, и при этом происходит выделение тепла, набранного в предыдущем этапе цикла. Холодильники и кондиционеры – это тепловые насосы, работающие только в режиме охлаждения. Так, кондиционер вытягивает тепло из воздуха внутри помещения и перемещает его наружу.

Воздух - вода тепловой насос JUNKERS

Воздух — вода тепловой насос JUNKERS

Поскольку земля и воздух снаружи дома всегда содержит некоторое количество тепла, тепловой насос может отапливать помещения даже в холодный, зимний период. Ведь в действительности, воздух при температуре –18°C содержит около 85 процентов от того количества тепла, которое находится в воздухе при температуре 21°C.

Предлагаем ознакомиться  Тепловой насос плюсы и минусы

Воздушный тепловой насос впитывает тепло снаружи здания даже зимой и выталкивает тепло летом. Сегодня этот тип насосов является наиболее популярным на рынке. Тем не менее, тепловые насосы типов земля-вода и земля-воздух, также называемые геотермальными, которые берут тепло из земли или грунтовых вод, также получают повсеместное распространение.

Табл. 1. Наиболее известные фирмы-производители тепловых насосов различных типов.

Фирмы, предлагающие тепловые насосы типа:

воздух-воздух воздух-вода земля-вода
Mitsubishi Electric Mitsubishi Heavy GSHP
Zubadan NIBE Viesmann
Inverter De Dietrich Vaillant
Electrolux  (Viking) HISEER Mammoth
Cooper{amp}amp;Hunter Meeting BWS

Перечень приведенного оборудования очень приблизителен; фирмы или бренды, указанные в таблице, часто выпускают не один, а несколько типов тепловых насосов с различными принципами действия и техническими характеристиками.

Устройство геотермального теплового насоса

Устройство геотермального теплового насоса

Цены наиболее бюджетных и малопроизводительных насосов типа воздух-воздух могут начинаться с нескольких десятков тысяч рублей. И напротив, мощные, высокотехнологичные модели геотермальных насосов, вытягивающих энергию из воды и земли, могут стоить сотни тысяч рублей. А помимо затрат на закупку самого оборудования для этих моделей очень велики могут быть затраты на подготовительные строительные работы, бурение скважин, установку и наладку, которые осуществляются только специализированными монтажными организациями.

Геотермальный тепловой насос

Геотермальный тепловой насос

Вот несколько наиболее употребительных терминов и понятий, которые всегда встречаются при изучении тепловых насосов. Начнем с детализации основных компонентов прибора и их функций.

Тепловые насосы экономия

Основные составляющие компоненты системы теплового насоса.

Хладагент – это жидкая или газообразная субстанция, циркулирующая внутри теплового насоса и в различных состояниях впитывающая, транспортирующая и выделяющая тепло.

Обратный клапан контролирует движение потока хладагента и переключает его из режима нагрева в режим охлаждение и обратно.

Теплообменник – это петля или петли из трубопроводов, в которых происходит трансформация тепла.

Испаритель – это участок трубопроводов, где хладагент втягивает тепло из окружающей среды и доходит до температурной точки, в которой он превращается в пар. Некоторые модели тепловых насосов также снабжены аккумулятором, в котором собираются не испарившиеся излишки.

Благодаря компрессору молекулы хладагента снова сжимаются вместе, повышая его температуру. В конденсаторе хладагент отдает тепло и снова становится жидкостью.

Расширительное устройство понижает давление, созданное компрессором, что вызывает температурный сброс и превращение хладагента в смесь из низкотемпературного пара и жидкости. Эта область высокого давления, своеобразный воздушный отсек, составная часть системы распределения охлажденного или нагретого воздуха по всему дому. Обычно он располагается над или в непосредственной близости от теплообменника

Тепловые насосы экономия

Btu/час, или единица тепла в час – это показатель выработки тепла обогревательной системы. Один Btu равняется количеству тепловой энергии, выделяемой маленькой свечкой, из тех которые вставляют в торт, когда у кого-нибудь день рождения. И вот эквивалентом Btu как раз и будет количество тепловой энергии, выделяемой этой свечкой в течение часа.

Отапливаемые градус-дни – еще одно специфическое понятие, имеющее отношение к функционированию тепловых насосов. Отапливаемые градус-дни отражают погодные условия. Один градус-день считается как один градус, на который средняя суточная температура ниже базовой отметки в 18°C. Например, если средняя температура за какой-либо день была 12°C, то этому дню будет присвоена отметка в -6 градус-дней. Общегодовая сумма считается методом простого калькулирования каждодневных показателей.

Квт, или киловатт равен 1000 ваттам. Это единица энергетической мощности, которую потребляют 10 лампочек на 100 ватт.

Коэффициент эффективности работы теплового насоса – это показатель, отражающий его производительность. Коэффициент получают путем деления выработки тепловой энергии на количество потребленного электричества, необходимого для работы насоса при определенном температурном режиме. Чем выше этот коэффициент, тем эффективнее работает насос. Этот показатель можно сравнивать с эффективностью работы дизельных и газовых котлов.

Сезонный фактор производительности показывает совокупную выработку энергии тепловым насосом в единицах Btu за весь отопительный сезон в отношении к общему количеству потребленной электроэнергии в ваттах за аналогичное время.

Точка термального баланса – это температура, при которой количество вырабатываемого насосом тепла равняется количеству тепла, которое теряет дом. В этой точке тепловой насос вырабатывает ровно столько тепла, сколько требуется для обогрева дома. Когда уровень опускается ниже данной точки, системе требуются дополнительные источники тепла.

Точка экономического баланса – это температура, при которой стоимость тепловой энергии, обеспечиваемой насосом, совпадает со стоимостью тепловой энергии от других отопительных систем (дополнительных энергетических источников). Ниже этой точки использование теплового насоса экономически нецелесообразно.

Системы экономичного энергопотребления в домашних тепловых насосах делают их достаточно эффективными средствами для обогрева и охлаждения, что помогает снижать расходы на энергоресурсы. Но при этом идея инвестирования в эффективную отопительную систему теряет всякий смысл, если сам дом не держит тепло, и оно уходит через плохо утепленные стены, крышу, окна и двери или просачивается через трещины и дыры.

В некоторых случаях вместо замены или усовершенствования отопительной системы лучшим вариантом будет определить и минимизировать утечку тепла или повысить термальный уровень действующего оборудования. Летнее охлаждение посредством теплового насоса может даже увеличить Ваши счета за электричество, особенно если до этого дом не был оснащен централизованной системой кондиционирования.

Предлагаем ознакомиться  Система управления погружным насосом

Тепловой насос для отопления

Перед покупкой теплового насоса нужно рассчитать приблизительные расходы на его обслуживание, функционирование и возможный ремонт и сопоставить их с той экономией энергоресурсов, которые Вы планируете достичь с помощью теплового насоса. Перечень расходов для удобства можно объединить в смету, сделав ее на бумаге от руки или на компьютере.

В этом расчете нужно выделить расходы на электроэнергию в кВт, потребляемую тепловым насосом (рассчитывается на основании нормативных технических характеристик), издержки по монтажу и пусконаладочным работам и, наконец, стоимость самого оборудования с учетом доставки и других побочных платежей. Рассмотрим примерный расчет издержек на установку, содержание и обслуживание грунтового теплового насоса в сравнении со стандартным газовым котлом (при условии отсутствия подведенных газовых коммуникаций).

Таблица 2. Примерный перечень инвестиционных и эксплуатационных затрат на разные типы отопительных систем.

1 Грунтовый тепловой насос Газовый котел
1.1 Стоимость 1 кВт-ч тепловой энергии
1-2 руб. 0,6-1 руб.
1.2. Инвестиционные затраты
1.2.2. Оборудование Оборудование
100-200 т.р. 50-100 т.р.
1.2.3. Строительные работы Подвод газа
50-100 т.р. 400 т.р.
1.2.4. Вспомогательные затраты Установка газгольдера
50-100 т.р. 300 т.р.
1.2.5. Монтажные и наладочные работы
50-70 т.р. 10-30 т.р.
1.2.6. Ежегодное техническое обслуживание
10-15 т.р 4-8 т.р.

Схематичность и неточность данного наброска с ценами и тарифами очевидна и объясняется тем, что в каждом индивидуальном случае расходы по тем или иным статьям могут сильно варьироваться. Так, если коттеджный поселок, в котором или рядом с которым располагается частный дом, уже газифицирован, то расходы на подключение будут менее значительными, чем в расчете.

В любом случае решение о приобретении той или иной модели теплового насоса принимается собственником исходя из климатических условий, из имеющихся и потенциально доступных источников энергии, из наличия или отсутствия действующей отопительной системы, а также комплекса прочих факторов. В настоящее время это направление считается весьма перспективным, и многие владельцы частных домов сегодня отдают предпочтение новым отопительным технологиям, к числу которых также относятся тепловые насосы.

Традиционное отопление частного дома по прежнему остается предпочтительным, если в избытке недорогие ресурсы. Вопрос, что делать, когда доступность дешевых источников ограниченна? Альтернативным решением выступает тепловой насос —  опыт эксплуатации более 40 лет в странах Евросоюза, говорит нам о том, что это может быть весьма эффективно.

Грунтовые

  • Stiebel Eltron

Площадь, м2 Потребляемая мощность (ЭО / ТН), кВт/час Стоимость эл. энергии (ЭО / ТН), руб./мес. Экономия при использовании теплового насоса в месяц
20-25 2,5 / 0,6 7002 / 1680 5 322 руб.
25-35 3,5 / 0,8 9803 / 2241 7 562 руб.
35-50 5,0 / 1,3 14004 / 3641 10 363 руб.
50-70 7,0 / 1,8 19606 / 5041 14 565 руб.

Как выбрать тепловой насос?

  • размеры отапливаемого дома;
  • климатические условия в местности;
  • наличие рядом с доступных источников;
  • желание потратить на оборудование ту или иную сумму.

Каждый пункт этого небольшого списка влияет на выбор класса модели. Большой дом требует максимально мощного оборудования, а оно означает как серьезные расходы, так и трудозатраты. Вид источника напрямую влияет на качество будущего отопления. Регионы с холодным климатом значительно ограничивают список кандидатов, а иногда вовсе не позволяют обустройство такого экологичного оборудования. Платежеспособность, возможность сразу расстаться с большой суммой — самый главный «ограничитель» для тепловых насосов на российских просторах.

Расчет мощности установки

Мощность ТН зависит от многих факторов. В список входит предполагаемый объем теплоотдачи системам дома, площадь поверхности змеевиков в конденсаторе и испарителе, объем хладагента. По этим причинам целесообразнее доверить расчет мощности специальным программам, которые учитывают и другие данные.

Тепловой насос для отопления

Самый популярный вариант — использование онлайн сервисов-калькуляторов. В них требуется ввести такие параметры:

  • для расчета объема — общую площадь здания, высоту потолков;
  • регион, где построен дом — для определения среднегодовой температуры;
  • степень утепления объекта — для определения производительности установки.

Для расчета используются коэффициенты: в них преобразуют два последних параметра. Затем их умножают на объем помещения. Полученный результат сравнивают с таблицей, в которой мощность насоса связана с объектом.

Обычно получаются такие значения:

  • чтобы отопить дом, имеющий площадь 100-150 м2, необходим тепловой насос мощностью 5-8 кВт, а для подогрева воды потребуется запас по мощности — 12-16 кВт;
  • для отопления здания площадью 350 м2 понадобится прибор, который сможет обеспечить 28 кВт.

Понятно, что цифры все же получаются приблизительными, однако ориентироваться на них можно.

Советы

Так как оборудование это дорогое и его нельзя назвать элементарным, покупка теплового насоса — дело ответственное. Чтобы выбрать идеальный агрегат, надо:

  • сначала провести все расчеты, создать проект, но всю работу с цифрами, а также проектирование следует доверить профессионалам;
  • весь комплекс услуг — монтажные работы и сервисное обслуживание — заказывать в одной компании, которая будет ответственна за работу системы;
  • проверять всю документацию: как самого оборудования, так и фирмы, которая будет заниматься «установкой установки»;
  • при выборе модели отдавать предпочтение высококачественной продукции европейских производителей.

Тепловые насосы — оборудование, которое в теплых регионах можно и нужно рассматривать в качестве достойной альтернативы традиционным системам. Число таких установок ежегодно растет во многих странах мира. Безусловно, за ними будущее, ведь ресурсы Земли не бесконечны.

В России самая большая беда не дороги и не слишком умные люди, это цены. Однако есть надежда, что ситуация со временем изменится, и безопасное оборудование станет более доступным. Для уменьшения расходов на электричество можно задействовать две системы — ТН и солнечный коллектор (для лета) или тепловой насос и теплогенератор (для зимы), но в этом случае траты возрастут.

, ,
Поделиться
Похожие записи
Комментарии:
Комментариев еще нет. Будь первым!
Имя
Укажите своё имя и фамилию
E-mail
Без СПАМа, обещаем
Текст сообщения
Adblock detector