Постоянный рост стоимости энергоносителей и их истощение привели к тому, что все больше ученых начинают искать альтернативные виды возобновляемой энергии. Особенно это касается области отопления и подачи горячей воды.
На сегодня основным энергоносителем для отопительных нужд служит природный газ и, хотя его стоимость остается относительно дешевой по сравнению с другими видами топлива, расход на его использование забирает значительную часть бюджета семьи.
Решением данной проблемы стала возможность использования тепловых насосов — систем, позволяющих извлекать тепло из окружающей среды без нанесения экологического ущерба. К тому же подобный метод отбора тепла не приводит к истощению каких-либо ресурсов, то есть может использоваться бесконечно.
Первая установка теплового насоса была создана в 40-х годах XX века, но популярность его использования пришла позднее.
Сегодня по всему миру ежегодно устанавливаются десятки тысяч подобных агрегатов. Положительные отзывы потребителей делают эти системы все более популярными, что приводит к появлению новых моделей и разработке более экономичных вариантов производства и монтажа, однако, стоимость все еще остается довольно высокой.
Как работает тепловой насос
Тепловой насос, по сути, является тем же самым устройством, что и холодильная камера или кондиционер, только принцип его работы заключается не в отборе холода и выводе тепла, а наоборот. Тепло забирается из окружающей среды, аккумулируется, обогащается и передается в теплоноситель.
Существует два принципа по которым работают насосы:
- компрессионный, в нем для работы используется электроэнергия;
- абсорбционный, в котором тепло может использоваться как энергия.
От того, каков источник, из которого извлекается тепло, различаются три вида тепловых насосов.
Геотермальный
В такой системе ресурсом для извлечения тепла служит земля (грунт, скальные основания) или вода (водоемы, грунтовые воды).
Геотермальные насосы могут быть замкнутого и открытого типов, но из-за сложностей в использовании системы открытого типа, в основном используется первый вариант.
Геотермальный насос
Система замкнутого типа может быть:
- горизонтальной, когда на глубине ниже уровня промерзания, обычно 1,5 метра и более, в горизонтальных траншеях укладывается коллектор в виде колец или просто извилистой формы. Подобный способ установки требует большую площадь свободной земли;
- вертикальной, тогда для размещения коллектора бурятся скважины до 200 метров глубиной. Это самый распространенный способ так как он не требует большого пространства земли и подходит для домов на маленьких участках;
- водной, ее монтаж аналогичен горизонтальному варианту, только в качестве среды используется водоем. Укладка производится ниже уровня замерзания воды. Этот метод наиболее экономически выгоден, но существуют специальные требования к объему воды в водоеме и степени ее замерзания;
- с прямым теплообменом, который отличается от первых трех. В данной системе хладагент подается по трубам, изготовленным из меди, благодаря работе компрессора.
Схема работы насоса
Эти трубы располагаются:
- вертикально, для этого используют скважины длиной до 30 метров и до 80 см в диаметре;
- под углом, в скважинах длиной 15 метров с диаметром 80 см;
- горизонтально, ниже уровня замерзания почвы.
Подобная технология, дает возможность существенно снизить длину бурения скважин, и является очень эффективной и надежной.
Воздушный
В таком типе насосов воздух служит средой из которой забирается тепло.
Насосы, употребляющие так называемое вторичное тепло. Это может быть побочное тепло из системы центрального отопления. Такой вариант хорошо подходит для применения в промышленности, где по мере производства вырабатывается требующее утилизации тепло.
Плюсы и минусы использования тепловых насосов
Тепловые насосы обладают рядом существенных преимуществ перед другими способами отопления:
- экологичность и безопасность, наиболее важное преимущество. Эксплуатация оборудования использует возобновляемые источники тепла, не наносит никакого вреда окружающей среде, и является совершенно безопасной для потребителей. Она не выделяет побочных продуктов и гарантирует пожарную безопасность;
- экономичность, хотя для работы насоса требуется источник электроэнергии, экономичность в применении остается очень существенной. При затрате в 1кВт электроэнергии вырабатывается до 5 кВт тепла. Тепловые насосы по уровню КПД превосходят любой современный способ добычи тепла в 3 раза. Также происходит значительная экономия на обслуживании и ремонте;
- простота в использовании. Система теплового насоса, работает в замкнутом режиме, и обладает высокой степенью надежности, практически не подвержена поломкам на протяжении всего срока службы, который составляет 20 лет. Управление системой происходит автоматически и не требует от потребителя владений специальными навыками, достаточно просто следовать инструкции. Размер самого насоса компактен, не больше обычного холодильника;
- дополнительная возможность использования в режиме охлаждения летом, для этого нужно будет просто подключить к насосу систему холодного потолка и фен-койл.
- Тепловые насосы все еще дорого стоят.
К недостаткам относятся:
- высокая стоимость оборудования и его установки, несмотря на то что использование тепловых насосов набирает популярность, их стоимость все еще остается на очень высоком уровне. Также монтаж системы требует очень точных расчетов и затрат, связанных с бурением скважин и прокладки труб. В среднем, затраты на оборудование и установку составят от 300 до 1200 долларов на 1кВт тепла. То есть для эффективного обогрева и подачи горячей воды в доме площадью в 100 м2, стоимость системы составит от 3000 до 12000 долларов. По истечении срока службы также потребуется дорогостоящая замена оборудования;
- низкая температура нагрева воды, обычно она составляет 50-60 градусов по Цельсию, в некоторых системах этот показатель доходит до 75 градусов;
- невозможность использования для обогрева отдельно взятой квартиры в многоквартирном доме.
Вывод
Тепловые насосы имеют значительное преимущество перед другими системами отопления, в первую очередь, благодаря их экологичности.
Несмотря на необходимость большого капиталовложения на начальном этапе, в долгосрочной перспективе они дадут значительную экономию средств. Их окупаемость составляет от 4 до 9 лет.
Сегодня из-за высокой стоимости немногие решаются на использование подобной системы, но благодаря современным технологиям производства и постепенному снижению цены, система тепловых насосов все больше будет применяться для обеспечения комфортной жизни.
Виды, цены и эффективность тепловых насосов для частного дома:
