Тепловые насосы в быту

Еще в 50-х гг. XIX века хорошо известный среди физиков ученый лорд Кельвин создал первое устройство, которое работало по принципу теплового насоса за счет изменения температуры воздуха при расширении и сжатии. Спустя полтора века тепловые насосы стали неотъемлемой частью повседневной жизни миллионов людей. Например, более 50% отопления в Швеции обеспечивается работой этих устройств. У нас они не получили такого распространения, как газовые котлы, но это связано, в первую очередь, с недостатком информации, а не с низкими показателями производительности или иными недостатками. По мнению представителей Мирового энергетического комитета, доля тепловых насосов к 2020 году должна составить 75% устройств, используемых в теплоснабжении.

Что такое тепловые насосы?

По принципу работы тепловой насос очень похож на «холодильник-перевертыш», в котором выделяемое продуктами питания тепло преобразуется в горячие потоки хладагента, циркулирующие по трубам, расположенным на задней стенке. С первых секунд работы компрессора, хладагент «засасывается» в трубу, где и сжимается. Давление постепенно увеличивается, и, как следствие, температура повышается. Пары хладагента начинают сжижаться, происходит выделение теплоты конденсации. Сброс давления в контуре осуществляется с помощью дроссельного клапана.

Именно теплая обратная сторона холодильника в случае с тепловым насосом применяется для отопления дома и подогрева воды. Система включает тепловой насос, устройства забора и распределения тепла. Основными составляющими внутреннего контура теплового насоса являются конденсатор, дроссельный клапан, испаритель, компрессор, питающийся от электросети. Все составляющие должны оптимально соответствовать друг другу, что позволяет гарантировать безупречную работу и высокую энергоэффективность. В итоге из достаточно холодного окружения можно будет извлекать такое количество тепла, что после сжатия и «перекачки», получатся высокие температуры, которые смогут обогреть большой загородный дом.

Источники тепла для тепловых насосов

Источником тепла в насосах вместо внутренней холодильной камеры выступает окружающая среда.

Грунтовые воды

Владельцам приусадебных участков, где есть грунтовые воды, крупно повезло. Постоянная температура грунтовой воды колеблется в пределах от +5 °С до +10 °С, что делает данный энергоноситель идеальным для моновалентной системы отопления. Вода доставляется из заборной скважины к тепловому насосу, а оттуда — в инфильтрационную скважину, находящуюся в 15-ти метрах. КПД таких систем составляет 510–700%.

Земля

Температура грунта даже в самые морозные дни удерживается на уровне, достаточном для экономичной работы теплового насоса. Различают две системы отопления, в которых источником тепла является земля: солевой раствор–вода или прямое испарение–вода. Во втором случае теплоноситель, циркулирующий по полиэтиленовым трубкам, забирает тепло прямо из земли. В средних широтах на глубине 1,5–2 метров температура почвы равна 4–8,5 °С, чего вполне достаточно для эффективной работы тепловых насосов. КПД данных систем колеблется в пределах 400–650%: на каждый 1кВт затраченной электрической энергии приходится 4–6,5 кВт тепловой. Например, тепловой насос, потребляющий 1,5 кВт/ч электроэнергии (в сутки он работает 4–6 часов), на выходе дает 9,75 кВт тепла, которого хватит для отопления и подогрева воды в доме площадью 120–180 м².

Воздух

Если ни вода, ни земля в конкретном случае не подходят как источник тепла, то можно использовать для этих целей воздух. Но такая система подойдет лишь для регионов, где зимняя температура не бывает ниже -25 °С. Достоинство этого вида теплового насоса в его простой установке и плавности хода. КПД равен 250–470%.

Расчет мощности теплового насоса

При выборе систем с тепловым насосом важен точный расчет, поскольку приборы излишней мощности приведут к ненужным расходам. Принято считать, что тепловая потребность старых зданий с изношенной изоляцией равна 75 Вт/ м², новых построек с хорошей теплоизоляцией — 50 Вт/ м², а низкоэнергетических домов — 30 Вт/ м². Чтобы рассчитать общую тепловую потребность, нужно данные величины умножить на площадь здания.

Основные достоинства тепловых насосов

О высокой экономичности тепловых насосов уже неоднократно говорилось выше. Но и помимо нее у систем данного типа есть масса преимуществ, первое из которых — повсеместность применения. Воздух, земля и вода найдутся в любом уголке земли: и в отдаленной деревеньке и в пригороде мегаполиса. Даже отсутствие электричества не станет помехой для установки системы, поскольку компрессор может работать и на дизельном или бензиновом двигателе.

Тепловые насосы не только экономят семейный бюджет, но и заботятся о здоровье жильцов дома и экологическом состоянии окружающей среды. Работающий агрегат не образует вредных соединений наподобие СO₂,CO, SO₂ ,NOх, PbO₂. В итоге люди дышат чистым воздухом, а почва не накапливает азотистые, серные и фосфорные соединения. Применяемые фреоны безопасны для озонового слоя.

Тепловые насосы предлагают полноценное отопление зимой и кондиционирование воздуха летом. При этом нет необходимости в установке дополнительных систем и устройств, а жилые помещения освобождены от назойливого шума кондиционеров. Выделяемое летом тепло можно использовать для подогрева вода в бассейне.

Агрегаты, работающие от электросети, пожаро- и взрывобезопасны. Взрываться здесь нечему. Нет опасности угореть и отравиться ядовитыми газами. Ни одна из деталей не способна нагреться до таких температур, чтобы стать причиной воспламенения горючих материалов.

Для достижения максимальной энергоэффективности часто практикуется использование тепловых насосов совместно с дополнительным теплогенератором (бивалентная схема отопления). Дело в том, что в здании с большими потерями тепла установка насоса повышенной мощности (свыше 30 кВт) невыгодна. Ведь в полную силу он будет работать лишь пару месяцев в году, а остальное время его ресурс будет расходоваться впустую. Поэтому обычно выбирают тепловой насос мощностью 70–80% от максимальной отопительной потребности. А в самые холодные дни ему в помощь подключается генератор тепла.