ПРИНЦИП РОБОТИ ТЕПЛОВОГО НАСОСУ І ВИГОДА ОПАЛЕННЯ НИМ

31.10.22

Організація опалення будинку — одне з основних завдань, яке приділяє пильну увагу ще на етапі проектування. Вибір генератора тепла залежить від цілого ряду факторів, серед яких:

• витрати на експлуатацію опалювального приладу;
• капітальні витрати на створення опалювальної системи;
• енергоефективність системи та комфорт у приміщенні;
• додаткові умови функціонування системи опалення;
• безпека під час експлуатації системи та ін.

Безумовно, найпотужнішим стимулом для пошуку нових рішень є зростаючі ціни на енергоносії. Серед альтернативних способів опалення увагу привертають повітряні та геотермальні теплові насоси, виготовленням яких сьогодні займаються багато відомих у галузі виробництва теплотехнічного обладнання компанії, наприклад, Cooper&Hunter (Купер Хантер), Daikin Altherma, Gree Versati та ін. Що таке тепловий насос? Принцип теплового насоса, його переваги та недоліки – про це у нашій статті.

Принцип роботи теплового насоса

Тепловий насос не є генератором тепла, але здатний переносити його від джерела низькопотенційної енергії до споживачів з вищою температурою. Це дозволяє використовувати альтернативні джерела тепла без шкоди екології.

Принцип роботи заснований на тому, що всі тіла з температурою вище від абсолютного нуля є акумуляторами теплової енергії. Її кількість залежить від маси та питомої теплоємності тіла. Уявіть, які запаси енергії мають підземні води, моря, океани, а тепловий насос дозволяє використовувати її без шкоди для навколишнього середовища. Забрати теплову енергію у будь-якого тіла можна, охолодивши його, а кількість тепла, що при цьому виділяється, можна приблизно визначити за формулою: Q = C х М х (t2 — t1), де С — теплоємність, М — маса тіла, t2 — t1 — температура , на яку було охолоджено об'єкт. З формули видно, що при збільшенні маси різниця температур може бути незначною і охолоджуючи тіло масою 1 кг від +1000 до 0 градусів, ми отримаємо стільки ж теплової енергії, скільки дасть охолодження тіла масою 1000 кг від +1 до 0 градусів.

Залежно від джерела тепла виділяють геотермальні (теплоносій - ґрунт або вода), повітряні (теплоносій - атмосфера), а також використовують вторинне тепло - з повітря, води, каналізаційних стоків.

Економічний ефект від теплових насосів

Головна перевага теплових насосів – енергоефективність, що дозволяє нам значно скоротити витрати на опалення. Агрегат генерує близько 3-5 кВт теплової енергії, споживаючи всього 1 кВт електроенергії. Для порівняння, звичайний електричний котел дозволяє перетворити 1 кВт електроенергії на 0,9-1 кВт теплової енергії. Таким чином, за допомогою теплового насоса ми можемо отримати теплову енергію до 5 разів більше.

Окремі моделі дозволяють досягти ще вищого ККД, або, вірніше, коефіцієнта перетворення тепла (СМР), який у них досягає 6-7, тобто з 1 кВт електроенергії ми отримаємо 7 кВт теплової енергії.

Додатковим стимулом для встановлення таких пристроів є спеціальний тариф на електроенергію для домоволодінь із опалювальними системами на їх основі.

Найекономічнішими є насоси «грунт-вода» та «вода-вода». Дешевші пристрої, що мають дещо меншу енергоефективність, — прилади «повітря-вода».

Тепловий насос для дому: переваги та недоліки

Зупинимося на головних перевагах:

• Економія коштів. Про це ми докладно розповіли вище, повторимося, що використовуючи цей прилад, можна знизити витрати на опалення в 3-7 разів.
• Універсальність. Здатні стати основою системи опалення, за допомогою яких можна створити ефективну автономну систему ГВП, забезпечити гарячою водою басейн. Додаткова можливість - охолодження будинку в теплу пору року. Охолоджувати приміщення можна через систему холодних стін, в якій для опалення використовуються підлога і стіни, а для охолодження - тільки стіни. Оптимальна для обігріву температура на поверхні підлоги та стін – 22-25 градусів. При охолодженні компресор насоса може взагалі не працювати - використовуються лише циркуляційні насоси для подачі води зі свердловини до приміщення.
• Безпека та надійність. Основою системи є потужний компресор, який розрахований працювати протягом 25 і більше років. Таким ресурсом не має жоден із відомих сьогодні генераторів тепла. Робота насоса практично не залежить від зовнішніх факторів, тут нічого не горить, немає викидів шкідливих речовин, а отже, його експлуатація не тільки надійна, а й безпечна.

Недоліки. Втім, швидше за все їх потрібно віднести до особливостей, які необхідно врахувати під час реалізації проекту та експлуатації системи. При монтажі системи потрібне буріння свердловини — ми вважаємо, що знайти вільне місце десь на території, що належить вам, завжди можливо, а прилеглу площу (з метою захисту) можна накрити плівкою. Якщо немає можливості, можна встановити повітряний насос.

Ще одним недоліком вважається необхідність у підключенні обладнання до трифазної системи електропостачання. Правда, багато сучасних моделей чудово працюють від однофазної мережі, тому цю особливість можна виключити з недоліків.

Що стосується шуму, то, наприклад, повітряні насоси працюють із рівнем шуму всього 18 дБ на відстані 3 метри від пристрою.

Отже, основним недоліком теплових насосів є вартість реалізації проекту. Якісне геотермальне обладнання коштує недешево, тому при покупці кращих зразків теплових насосів окупність такої системи опалення складе 10-15 років (для великих об'єктів з великими витратами на опалення терміни можуть бути значно меншими).

Як розрахувати потужність теплового насосу?

Наведемо приклад розрахунку потужності повітряного насоса для системи опалення та ГВП для будинку площею 200 кв. м. Вихідні дані:

• обігрівається площа - 200 кв. м;
• найнижча вулична температура у зимовий період: -25 градусів;
• температура у приміщенні, комфортна для людини: +22 градуси;
• кількість осіб, що проживають в будинку: 4 особи.
• Визначимо необхідну теплову потужність системи опалення та системи ГВП:

Pот = 0,05 х 200 = 10 кВт, де 0,05 - норма тепловтрат для утепленого будинку.

Pгвс = 0,25 х 4 = 1 кВт, де 0,25 - потужність системи ГВП для однієї людини.

Потужність теплового насоса:Ртн = (10 +1) х (22-(-7)) / (22-(-25)) = 11 х 29 / 45 = 7,08 кВт, де +22, -7, -25, відповідно, значення температури у приміщенні, точка бівалентності та мінімальна температура навколишнього середовища в зимовий час.

Рекомендуємо зробити запас потужністю 10%, тобто в даному випадку знадобиться насос потужністю 8 кВт.

Як підвищити ефективність роботи теплового насосу?

Справа в тому, що вказана в паспорті виробником обладнання потужність відповідає певним температурним точкам, наприклад, для насосів «повітря-вода» найчастіше це температура повітря +7 та температура теплоносія +35 градусів. Для того, щоб забезпечити комфортну температуру в приміщенні при температурі навколишнього середовища від -22 до -25 градусів (мінімальна температура в зимовий період у нашій кліматичній зоні), в опалювальну систему треба подавати теплоносій з температурою 70-80 градусів, але для цього знадобиться дуже потужний тепловий насос, що буде невигідно.

Тому, підбираючи насос, слід розраховувати на середню температуру опалювального сезону, а за найнижчої температури використовувати дублюючі генератори тепла. Крім того, можна підвищити ефективність роботи за допомогою певних заходів. Для насоса «повітря-вода» вони можуть бути такими:

• Утеплення. Термомодернізація дозволяє скоротити втрати тепла на 40-50%, завдяки чому температурний графік системи опалення зменшиться.
• Заміна опалювального обладнання. Щоб підвищити ефективність роботи системи опалення, можна збільшити розміри радіаторів або замінити їх на фанкойл. Останні відрізняються високою теплопродуктивністю, тому габарити приймачів теплоносія можуть зменшитися.
• Вентилятори для радіаторів опалення. З їх допомогою можна зменшити температуру теплоносія, що подається в середньому на 10 градусів. Рівень шуму, які видають кулери під час роботи, можна порівняти з шумом системи охолодження комп'ютера.

Висновки:

Ефективність теплового насоса та системи опалення, побудованої на його основі, залежить не тільки від правильної реалізації проекту та грамотного розрахунку, а й від технічного оснащення. Стаття підготовлена за участю фахівців компанії «Теплофокус», яка реалізує широкий спектр обладнання для систем опалення. Консультанти компанії допоможуть підібрати обладнання, за допомогою якого вирішите всі поставлені перед Вами технічні завдання.