Организация отопления дома – одна из основных задач, которой уделяют пристальное внимание еще на этапе проектирования. Выбор генератора тепла зависит от ряда факторов, среди которых:
- затраты на эксплуатацию отопительного прибора;
- капитальные затраты на создание отопительной системы;
- энергоэффективность системы и комфорт в помещении;
- дополнительные условия функционирования системы отопления;
- безопасность при эксплуатации системы и т.д.
Безусловно, мощнейшим стимулом для поиска новых решений являются растущие цены на энергоносители. Среди альтернативных способов отопления привлекают внимание воздушные и геотермальные тепловые насосы, изготовлением которых сегодня занимаются многие известные в области производства теплотехнического оборудования , например, Cooper&Hunter (Купер Хантер), Daikin Altherma, Gree Versati и другие. Что такое тепловой насос? Принцип теплового насоса, его преимущества и недостатки – это в нашей статье.
Принцип работы теплового насоса
Тепловой насос не является генератором тепла, но способен переносить его от источника низкопотенциальной энергии потребителям с более высокой температурой. Это позволяет использовать альтернативные источники тепла без ущерба для экологии.
Принцип работы основан на том, что все тела с температурой выше абсолютного нуля являются аккумуляторами тепловой энергии. Ее количество зависит от массы и удельной теплоемкости тела. Представьте, какие запасы энергии имеют подземные воды, моря, океаны, а тепловой насос позволяет использовать ее без ущерба окружающей среде. Забрать тепловую энергию у любого тела можно, охладив его, а количество выделяемого при этом тепла можно приблизительно определить по формуле: Q = C х М х (t2 — t1), где С — теплоемкость, М — масса тела, t2 – t1 – температура , на которую был охлажден объект. Из формулы видно, что при увеличении массы разница температур может быть незначительной и охлаждая тело массой 1 кг от 1000 до 0 градусов, мы получим столько же тепловой энергии, сколько даст охлаждение тела массой 1000 кг от 1 до 0 градусов.
В зависимости от источника тепла выделяют геотермальные (теплоноситель – грунт или вода), воздушные (теплоноситель – атмосфера), а также используют вторичное тепло – из воздуха, воды, канализационных стоков.
Экономический эффект от тепловых насосов
Главное преимущество – энергоэффективность, позволяющая нам значительно сократить расходы на отопление. Прибор генерирует около 3-5 кВт тепловой энергии, потребляя всего 1 кВт электроэнергии. Для сравнения, обычный электрический котел позволяет превратить 1 кВт электроэнергии в 0,9-1 кВт тепловой энергии. Таким образом, с помощью теплового насоса мы можем получить тепловую энергию в 5 раз больше.
Отдельные модели тепловых насосов позволяют достичь еще более высокого КПД, или, вернее, коэффициента преобразования тепла (СМР), который у них достигает 6-7, то есть с 1 кВт электроэнергии мы получим 7 кВт тепловой энергии.
Дополнительным стимулом для установки есть специальный тариф на электроэнергию для домовладений с отопительными системами на их основе.
Наиболее экономичны насосы «грунт-вода» и «вода-вода». Более дешевые устройства, имеющие несколько меньшую энергоэффективность, — приборы «воздух-вода».
Тепловой насос для дома: преимущества и недостатки
Остановимся на главных преимуществах:
- Экономия денежных средств. Об этом мы подробно рассказали выше, повторимся, что, используя такое оборудование, можно снизить затраты на отопление в 3-7 раз.
- Универсальность. Способны стать основой отопительной системы, с помощью которых можно создать эффективную автономную систему ГВС, обеспечить горячей водой бассейн. Дополнительная возможность – охлаждение дома в теплое время года. Охлаждать помещение можно через систему холодных стен, в которой для отопления используются пол и стены, а для охлаждения – только стены. Оптимальная для обогрева температура на поверхности полов и стен – 22-25 градусов. При охлаждении компрессор насоса может вообще не работать – используются только циркуляционные насосы для подачи воды из скважины в помещение.
- Безопасность и надежность. Основой системы является мощный компрессор, рассчитанный работать в течение 25 и более лет. Таким ресурсом нет ни один из известных сегодня генераторов тепла. Работа насоса практически не зависит от внешних факторов, здесь ничего не горит, нет выбросов вредных веществ, следовательно, его эксплуатация не только надежна, но и безопасна.
Недостатки. Впрочем, скорее всего, их нужно отнести к особенностям, которые необходимо учесть при реализации проекта и эксплуатации системы. При монтаже системы требуется бурение скважины — мы считаем, что найти свободное место где-то на принадлежащей вам территории всегда возможно, а прилегающую площадь (с целью защиты) можно накрыть пленкой. Если возможно, можно установить воздушный насос.
Еще одним недостатком считается необходимость в подключении оборудования к трехфазной системе электроснабжения. Правда, многие современные модели отлично работают от однофазной сети, поэтому эту особенность можно исключить из недостатков.
Что касается шума, то, например, воздушные насосы работают с уровнем шума всего 18 дБ в 3 метрах от устройства.
Следовательно, основным недостатком тепловых насосов является стоимость реализации проекта. Качественное геотермальное оборудование стоит недешево, поэтому при покупке лучших образцов тепловых насосов окупаемость такой системы отопления составит 10-15 лет (для крупных объектов с большими затратами на отопление сроки могут быть значительно меньше).
Как рассчитать мощность теплового насоса?
Приведем пример расчета мощности воздушного насоса для системы отопления и ГВС для дома площадью 200 кв. м. Исходные данные:
- обогреваемая площадь – 200 кв. м;
- самая низкая уличная температура в зимний период: -25 градусов;
- температура в помещении, комфортная для человека: +22 градуса;
- количество проживающих в доме: 4 человека.
- Определим необходимую тепловую мощность системы отопления и системы ГВС:
Pот = 0,05 х 200 = 10 кВт, где 0,05 – норма теплопотерь для утепленного дома.
Pгвс = 0,25 х 4 = 1 кВт, где 0,25 – мощность системы ГВС для одного человека.
Мощность теплового насоса: Ртн = (10+1) х (22-(-7))/(22-(-25)) = 11 х 29/45 = 7,08 кВт, где +22, -7, -25 соответственно значение температуры в помещении, точка бивалентности и минимальная температура окружающей среды в зимнее время.
Рекомендуем произвести запас мощностью 10%, то есть в данном случае понадобится насос мощностью 8 кВт.
Как повысить эффективность работы теплового насоса?
Дело в том, что указанная в паспорте производителем оборудования мощность соответствует определенным температурным точкам, например, для насосов «воздух-вода» чаще всего это температура воздуха +7 и температура теплоносителя +35 градусов. Для того чтобы обеспечить комфортную температуру в помещении при температуре окружающей среды от -22 до -25 градусов (минимальная температура в зимний период в нашей климатической зоне), в отопительную систему нужно подавать теплоноситель с температурой 70-80 градусов, но для этого понадобится очень мощный тепловой насос, что будет невыгодно.
Поэтому, подбирая модель, следует рассчитывать на среднюю температуру отопительного сезона, а при самой низкой температуре использовать дублирующие генераторы тепла. Кроме того, можно повысить эффективность работы с помощью определенных мер. Для насоса «воздух-вода» они могут быть такими:
- Утепление. Термомодернизация позволяет сократить потери тепла на 40-50%, благодаря чему температурный график отопительной системы уменьшится.
- Замена отопительного оборудования. Чтобы повысить эффективность работы отопительной системы, можно увеличить размеры радиаторов или заменить их на фанкойл. Последние отличаются высокой теплопроизводительностью, поэтому габариты приемников теплоносителя могут снизиться.
- Вентиляторы для отопительных радиаторов. С их помощью можно уменьшить температуру подаваемого в среднем теплоносителя на 10 градусов. Уровень шума, издаваемый кулеры во время работы, сравним с шумом системы охлаждения компьютера.
Выводы
Эффективность теплового насоса и отопительной системы, построенной на его основе, зависит не только от правильной реализации проекта и грамотного расчета, но и от технического оснащения. Статья подготовлена с участием специалистов компании "Теплофокус", реализующей широкий спектр оборудования для систем отопления. Консультанты компании помогут подобрать оборудование, с помощью которого решите все поставленные перед Вами технические задачи.