В Европе и США тепловые насосы используются уже более 25 лет и успешно применяются как в быту, так и в промышленности. Одной из особенностей этой технологии является способность преобразовывать низкопотенциальное тепло окружающей среды, такой как земля, вода или воздух. Тем не менее, в России эта экологически чистая технология получила широкое распространение только в последние годы.

Несмотря на это, уже в советское время существовали экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов. Это был смелый и новаторский эксперимент в свое время, но сейчас технология стала частью повседневной жизни и находится в практическом использовании двадцать первого века.

Устройство и работа бытового теплонасоса

Одним из альтернативных источников энергии являются тепловые насосы, которые позволяют перемещать тепло от менее нагретого тела к теплому и тем самым повышать его температуру. Тепловые насосы являются экологически чистым способом получения дешевого тепла без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса заключается в том, что тела с температурой выше абсолютного нуля обладают запасом тепловой энергии, который пропорционален массе и удельной теплоемкости. При рассмотрении каких-либо тел, например, морей, океанов, подземных вод, которые обладают огромной массой, можно понять, что их запасы тепловой энергии можно использовать для отопления домов без вреда для экологии мира. Охладив теплоноситель, его тепловую энергию можно получить по формуле Q = C*M*(T2 − T1), где Q является полученным теплом, С — теплоемкость, M – масса, T1 и T2 – соответственно начальная и конечная температуры охлаждаемого тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 °C, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 °C.

Разновидности тепловых насосов

Компрессионные тепловые насосы

Компрессионные тепловые насосы - наиболее популярный тип тепловых насосов. Они включают в себя компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Цикл сжатия и расширения теплоносителя применяется для выделения тепла. Этот тип тепловых насосов прост в использовании и высокоэффективен.

Абсорбционные тепловые насосы

Абсорбционные тепловые насосы используют пар абсорбента-хладона в качестве рабочего тела и являются новым поколением тепловых насосов. Использование абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

Геотермальные тепловые насосы

Тепловая энергия берется из грунта или воды.

Воздушные тепловые насосы

Тепло извлекается из атмосферы.

Тепловые насосы, которые используют вторичное тепло

В качестве источника тепла используются воздух, вода или канализационные стоки.

Тепловые насосы «воздух-воздух»

Этот вид тепловых насосов использует тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.

Тепловые насосы «вода-вода»

Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.

Тепловые насосы «вода-воздух»

Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.

Тепловые насосы «воздух-вода»

Атмосферное тепло используется для водяного отопления.

Тепловые насосы «грунт-вода»

Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.

Тепловые насосы «лед-вода»

Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Переписанный текст:

Рассчитываем эффективность тепловых насосов для отопления

Эффективность теплового насоса можно определить через соотношение тепловой энергии, выдаваемой им, к электроэнергии, которую он потребляет. Это отношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может изменяться в зависимости от температурных различий между входным и выходным контурами. Чем ниже температура на улице, тем менее эффективно будет работать система. У различных типов тепловых насосов коэффициент может варьироваться в пределах от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса также необходим параметр годовой эффективности.

Расчет эффективности конкретного теплового насоса достаточно сложен и зависит от множества факторов. На практике нет обобщенной формулы, которая бы работала всегда. Поэтому для каждого конкретного случая требуется обращение к опытному персоналу, который учитывая условия и требования задачи, подберет оптимальный тип теплового насоса и объем хладагента.

Сферы применения тепловых насосов охватывают различные области, где стоимость других способов организации системы отопления гораздо выше. В настоящее время тепловые насосы находят все большее применение как в промышленности, так и в быту благодаря своим преимуществам.

Среди главных достоинств тепловых насосов можно выделить: экономичность (для передачи 1 кВт•ч тепла в систему отопления нужно только 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии); простоту эксплуатации; упрощение требований к системам вентиляции помещений, а также повышение уровня пожарной безопасности; возможность использования в летний период для кондиционирования; компактность и бесшумность, что особенно важно для отопления частных домов.

Согласно Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени французский рынок этого оборудования был наиболее активным в Европе. Однако в последнее время рынки в Германии, Великобритании и Восточной Европе начали активно развиваться. Согласно Мировому энергетическому комитету, удельный вес тепловых насосов в отоплении и горячем водоснабжении в развитых странах составит не менее 75% в ближайшие пять лет.

Однако, общим недостатком тепловых насосов является не очень высокая температура нагреваемой воды, обычно составляющая 50-60 градусов по Цельсию.

Интересным фактом является то, что в 2002 году в микрорайоне Никулино-2 в Москве была сдана в эксплуатацию первая теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома при участии Министерства обороны РФ.

Традиционно, для отопления частных домов и коттеджей выбирают газовое отопление, но использование тепловых насосов зачастую является более выгодным и удобным вариантом. Установка газового котла требует специальных строительных работ, таких как установка дымохода и вентиляции, а также документов на разрешение, в то время как тепловые насосы эти проблемы устраняют и значительно экономят затраты. Если вам необходим газ в доме, расположенном в Подмосковье, то это обойдется вам в сумму около $20 000, если дом расположен на расстоянии менее, чем в 1 км от газопровода. В противном случае стоимость может увеличиться в несколько раз. Кроме этого, вам придется учитывать скорость работы газовиков. Установка теплового насоса “под ключ” обойдется вам в сумму от $15 000, а все работы займут 2-3 недели. Поэтому можно сделать однозначный вывод, что использование тепловых насосов - это экономически выгодное, экологически чистое, удобное и эффективное решение для отопления и горячего водоснабжения частных домов.

Фото: freepik.com