Виды тепловых насосов для отопления дома

В наше время люди все больше думают о том, как бы сэкономить свои средства. И одним из весомых пунктов в статье затрат является отопление, особенно для людей имеющих собственный дом.

Способы получения природной тепловой энергии

Геотермальные тепловые насосы различаются по способу извлечения тепла:

  1. Установки, использующие тепло грунтовых вод глубокого залегания, горячих гейзеров и т.д.
  2. Системы, в состав которых входит резервуар с антифризом, устанавливаемый в грунте на глубине от 75 метров. Отопление из недр земли обеспечивается за счет естественного нагрева емкости с антифризом; в результате хладагент, проходя через теплообменник, отдает полученное тепло и возвращается в емкость.
  3. Геотермальный контур укладывается по дну водоема, который является естественным аккумулятором тепла. В данном случае нужно учесть, что водоем может полностью промерзнуть в зимнее время.
Способы получения природной тепловой энергии

Виды геотермальных тепловых насосов Отопление дома энергией земли требует масштабных работ по монтажу системы, но зато это экологичный способ получить практически бесплатную тепловую энергию. Чтобы отопить дом, потребуются незначительные расходы на электроэнергию, необходимую для функционирования системы.

Традиционные системы отопления

Наиболее широко распространено газовое отопление. Тем не менее, если к земельному участку, на котором должны построить дом, газовая магистраль не подведена, то применение газа почти невозможно. Да, можно пользоваться сжиженным газом в баллонах, однако это не экономично и точно не безопасно! Если все-таки принято решение применять газ при отоплении дома, то сколько понадобится обойти разнообразных инстанций, чтобы получить специальное разрешение на установку обычной газовой системы. Вдобавок, с каждым годом запасы «голубого топлива» истощаются, поэтому, дорожают. Выгодно? Нет, разумеется.

Если при отоплении применять торф, дрова, уголь, солярку… Небезопасно, затратно и хлопотно при хранении и использовании. При сгорании формируется смола, сажа, загрязняется воздух, а если посмотреть более широко — при сгорании практически любого топлива создается углекислый газ, способствующий значительному усилению парникового эффекта на нашей планете.

Ну, безусловно, возможны различные возражения — для установки полноценного геотермального отопления необходимо бурить скважины, и сама установка в пару раз дороже, нежели обычные системы отопления. Да, это чистая правда. Однако если учесть то, что такая установка за счет экономии электрической энергии оправдает затраты в течении пяти-семи лет, ее так называемую экологическую безопасность, то в таком случае ее рентабельность будет очевидной.

Принцип работы теплового насоса

  • Принцип работы теплового насоса
  • Что такое тепловой насос
  • Как работает тепловой насос
  • Конструктивные особенности тепловых насосов
  • Разновидности тепловых насосов и систем
  • Основные виды
  • Откуда насос берет тепло?
  • Примерный расчет теплопроизводительности
  • Виды тепловых насосов
  • Преимущества тепловых насосов
  • Некоторые особенности эксплуатации насосов
  • Основные элементы конструкции

Стоимость эксплуатации традиционных источников тепла – нагревателей, котлов, работающих на различных видах топлива и пр. — с каждым годом возрастает, привычный комфорт – горячая вода и отопление — становится все дороже.

Владельцы квартир и особенно частных домов озабочены тем, как уменьшить расходы, но пока это им мало удается.

Читайте также:  Как рассчитать расходы на отопление газом

А ведь альтернатива есть – тепловой насос.

Область применения

Геотермальные насосы на производстве

В России геотермальные тепловые насосы только набирают популярность, в то время как за границей люди уже много лет используют эту технологию.

Данный вид альтернативного получения тепла можно применять не только для отопления собственных домов, но и больших складских помещений, магазинов и цехов.

Область применения

Геотермальные тепловые насосы могут не только греть, но и работать как кондиционеры для охлаждения помещения.

Тепловой насос воздух-вода для отопления дома: 

Принцип действия системы

Геотермальные системы отопления имеют сходный с холодильником (кондиционером) принцип действия. Просто рефрижератор холодильника охлаждает воздух, а геотермальный тепловой насос нагревает теплоноситель отопительной системы.

Для обогрева помещения используется тепло (энергия) Земли. Тепловой насос, расположенный в доме, забирает энергию у грунтовых вод или самого грунта, преобразовывая ее в тепло. Затем это «тепло» используется для нагревания теплоносителя самой системы отопления дома.

В основе принципа действия теплового насоса лежит обратный цикл Карно, разработанный еще в ХIХ веке.

«Сердцем» такой системы является компрессор, который «сжимает» и «переносит» тепло. Для этого ему необходим внешний источник энергии – электрическая сеть.

В компании с компрессоров во внутреннем контуре теплового насоса работают: конденсатор, испаритель и дроссельный клапан.

Тепловой насос работает так:

  • Теплозаборный коллектор заполняется незамерзающей жидкостью (гликолевая смесь, смесь воды и спирта или соленая вода), которая будет транспортировать «подземное» или «подводное» тепло к насосу.
  • Эта тепловая энергия в испарителе передается хладагенту с очень низкой температурой кипения, что приводит к его резкому закипанию и испарению (превращению в пар).
  • Работающий компрессор повышает давление этого пара, что соответственно приводит к повышению его температуры.
  • В конденсаторе хладагент охлаждается, передавая тепло контуру отопления дома, и конденсируется.
  • Через дроссельный клапан хладагент попадает обратно в компрессор, и цикл повторяется вновь…

Тепловой насос еще можно назвать иными словами « вывернутый наизнанку « холодильник. Ведь в холодильнике хладагент нагревается за счет тепла, помещенных в него (холодильник) продуктов, и через систему трубок выводится на заднюю стенку , нагревая воздух вне холодильника.

А в случае теплового насоса это выделяемое тепло нагревает теплоноситель в системе отопления самого дома. В качестве отопительных приборов в таких системах отопления чаще всего и эффективней используются «теплые полы».

Заметьте! При наличии качественного и правильно рассчитанного «теплозаборного» контура при потреблении 1 кВт электроэнергии тепловой насос способен отдать в систему до 5 кВт тепловой энергии!

Использование тепловых установок в мире

Практика применения таких тепловых агрегатов в мире насчитывает уже более 50 лет. Главными движущими причинами такого явления стало удорожание традиционных энергетических ресурсов и повсеместная поддержка правительствами многих стран использования альтернативных источников энергии.

Поэтому количество тепловых насосов постоянно растет высокими темпами – до 10 – 30% в год, несмотря на высокую стоимость установки. Количество таких устройств в настоящее время составляет уже более 270 штук. Наиболее активно тепловые системы применяются в США и Канаде. На них приходится до половины установок, используемых во всем мире.

Россия, несмотря на положительные условия для применения тепловых насосов, отстает от мировых тенденций в их использовании. Здесь, по-видимому, играет роль наша убежденность в полной обеспеченности природными ресурсами. При этом, далеко не во всех населенных пунктах страны имеются газопроводы. Мировой опыт использования тепловых наcосов говорит о положительных тенденциях в развитии их использования.

Читайте также:  Котел газовый двухконтурный настенный — как выбрать?

Автономность отопительной системы

  1. Лидирует электрическое отопление. И современные электрокотлы, и системы распределенного обогрева (электрические теплые полы, конвекторы, электрорадиаторы и т.д.) способны работать без обслуживания неограниченно долго. Их текущая мощность может гибко подстраиваться под текущую потребность в тепле благодаря работе термостатов;

Электрическое отопление: настроил и забыл

Автономность отопительной системы
  1. Газовые котлы и конвекторы проигрывают электрическому оборудованию по удобству использования весьма незначительно: они требуют отвода продуктов сгорания, что предполагает монтаж вблизи дымохода или внешней стены дома. Кроме того, газовое оборудование с питанием от газгольдера или баллонов нуждается в периодическом пополнении запаса топлива;
  2. Дизельный котел работает автономно вплоть до исчерпания запаса солярки. В его недостатки стоит записать громкий шум горелки, необходимость хранения большого объема дизтоплива и его специфический запах;

Топливные баки в дизельной котельной

  1. Автоматические угольные и пеллетные котлы благодаря подаче сыпучего топлива из бункера обладают автономностью до 7-10 дней;
  2. Твердотопливные котлы верхнего горения снижают планку до 24-36 часов;
  3. Пиролизные котлы с традиционной загрузкой топлива работают на одной его закладке до 12 часов;
  4. Наконец, традиционные твердотопливники нужно растапливать раз в 4-6 часов.
Автономность отопительной системы

Впрочем: периодичность растопок можно заметно увеличить, включив в схему отопления теплоаккумулятор — теплоизолированный водяной бак значительного объема.

Запасенное гидроаккумулятором тепло позволит многократно увеличить периодичность растопок

Итак, электричество с точки зрения удобства использования отопительной системы было бы идеальным, если бы не высокая стоимость киловатт-часа тепла. Можно ли ее снизить?

Автономность отопительной системы

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Земные недра – известный с древнейших времен источник тепла. На глубине 6 метров от поверхности грунта начинается область стабильной температуры, которая круглогодично равняется средней годовой температуре атмосферы региона (примерно +15 ⁰С в умеренной климатической зоне). Поговорим про минусы геотермального отопления.

Сегодня тепло Земных недр активно используется для организации геотермального отопления.

Разумеется, несмотря на неиссякаемость тепловой энергии грунта, организация геотермального отопления сопряжена со множественными сложностями, как технического, так и экономического характера.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

С точки зрения финансовой выгоды, установка геотермальной системы уступает традиционному твердотопливному, газовому и электрическому обогреву.

Главные недостатки геотермального отопления

1. Необходимость электрической энергии. Простейшая геотермальная система требует для получения 4 (кВт) тепловой энергии не менее 1 (кВт) электричества.

Забор тепла от грунта не происходит сам по себе. Для теплообмена обязательно и непременно используется насос. Случись что с электросетью, отопительный контур сразу перестанет обеспечивать объект теплом, так как тепловой насос остановится без электропитания.

2. Низкий уровень теплоотдачи. Традиционная горизонтальная система геотермального отопления, которая уходит под землю на глубину 15-30 метров, обеспечивает лишь 40 (Вт) тепловой энергии с каждого погонного метра подземной магистрали.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Для получения 4 (кВт) тепловой энергии нужно задействовать не менее 100 (м) трубопроводного контура. Если же планируется отапливать объект общей площадью 250 (м2) (высота потолка 2,5-3 метра), нужно задействовать систему отопления мощностью не менее 27,5 (кВт). Для работы такого оборудования понадобится минимум 688 метров погонных подземного трубопровода.

Это далеко не все недостатки геотермального теплового насоса.

3. Ограниченная сфера применения. Геотермальное отопление возможно установить далеко не на каждом объекте. К примеру, отапливать отдельную квартиру в многоэтажке или какой-нибудь магазин в центральных районах города точно не получится. Разрабатывать грунт на территории густонаселенных жилмассивов вряд ли кто-то разрешит.

Читайте также:  Буржуйка для гаража самостоятельное изготовление

Другое дело, если геотермальное отопление организовывается на территории жилищного объекта из частного сектора или для какого-нибудь предприятия на окраине города.

4. Высокая стоимость установки геотермального отопления. Само оборудование для организации геотермального отопления стоит минимум в 10 раз дороже аналогичной по мощности газовой техники.

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Но покупка оборудования является далеко не полной статьей расходов. В сумму установки геотермального отопления нужно дополнительно включить расходы на создание и обустройство подземных коммуникаций. Не нужно забывать и про пусконаладочные работы, а также обслуживание.

Геотермальное отопление обходится очень дорого.

5. Длительная окупаемость. Срок окупаемости среднестатистической геотермальной системы во многом превышает 10-15 лет. Большой срок окупаемости обусловлен высокой стоимостью оборудования и монтажа коммуникаций.

Для сравнения, традиционный бытовой газовый котел мощностью до 12 (кВт) окупается в среднем за 5 лет.

Вывод

Минусы и недостатки системы геотермального отопления

Конечно, минусы данного типа отопления хорошенько компенсируются преимуществами геотермальных систем. Стоит отметить, что геотермальное отопление не наносит вреда экологии. Если вы приверженец “зеленой энергетики” и не сильно ограничены в бюджете, то грех не использовать геотермальную энергию.

Еще одним важным преимуществом геотермальных коммуникаций является неприхотливость к обслуживанию. Так же как и к хорошему холодильнику, к геотермальному насосу можно не подходить для сервиса на протяжении первых 30 лет точно.

Вертикальное геоотопление — особенности

Этот тип системы — наиболее популярный. Его оформление также потребует определенных затрат, но при этом требования к количеству необходимой свободной площади намного меньше. Установить теплообменик вертикального расположения вы сможете намного быстрее. Для этого выполните следующие действия:

Вертикальное геоотопление — особенности
  1. Подготовьте бурильную установку подходящей мощности — для этой цели вполне подойдет переносная техника с небольшими габаритами.
  2. Обозначьте те места, которые станут наиболее выгодными для оформления скважины.                                                                                         
  3. Если площадь здания меньше 200 м2, при бурении скважины придерживайтесь следующих условий:
    • 1 яма с глубиной 150-200 метров;
    • 3-4 — с высотой до 60 метров.                                Важно! Соотнесите необходимую для бурения глубину, исходя из соотношения выработки энергии и производительности насоса. Общий принцип расчета сводится к следующей пропорции: на 1 метр коллектора приходится 40-50 Вт.
  4. При укладке внешнего контура используйте трубы ПНД.
Вертикальное геоотопление — особенности

Расчет горизонтального коллектора теплового насоса

Эффективность горизонтального коллектора зависит от температуры среды, в которую он погружен, ее теплопроводности, а также площади контакта с поверхностью трубы. Методика расчета достаточно сложна, поэтому в большинстве случаев пользуются усредненными данными.

Считается, что каждый метр теплообменника обеспечивает ТН следующую тепловую мощность:

  • 10 Вт – при заглублении в сухой песчаный или каменистый грунт;
  • 20 Вт – в сухом глинистом грунте;
  • 25 Вт – во влажном глинистом грунте;
  • 35 Вт – в очень сыром глинистом грунте.

Таким образом, для расчета длины коллектора (L) следует потребную тепловую мощность (Q) разделить на теплотворную способность грунта (p):

L = Q / p.

Приведенные значения можно считать действительными только при соблюдении следующих условий:

  • Участок земли над коллектором не застроен, не затенен и не засажен деревьями или кустами.
  • Расстояние между соседними витками спирали или участками «змейки» составляет не менее 0,7 м.