Отопление тепловыми насосами

Геотермальное отопление – самый молодой и самый экономичный способ обогрева различного рода помещений. Это может быть ваш загородный дом, или промышленный цех.

Геотермальные системы

Системы отопления и кондиционирования с использованием тепловых насосов давно зарекомендовали себя во всем мире как надежные, экономичные и обеспечивающие наиболее рациональное использование топливно-энергетических ресурсов.

Основное преимущество этих систем заключается в том, что обладая высоким КПД и низким энергопотреблением, тепловой насос позволяет получить с 1 кВт электроэнергии до 5-7 кВт тепла! Ваша экономия при этом может достигать 70%.

Как это работает

Секрет подобной эффективности кроется в оригинальном принципе работы насоса, который, в кратком изложении, заключается в следующем: циркулирующая по трубам теплоноситель отбирает тепло у источника с низким потенциалом (воздух, грунт, скальные породы, вода) и сбрасывает его в выбранной потребителем точке.

То есть, перед нами «вывернутый» холодильник: отбирающий тепло у потенциальных источников с помощью испарителя и отдающий энергию потребителю посредством конденсатора.

• На глубине ниже 5-6 метров в грунте монтируют циклический трубопровод с теплоносителем, в который встроен особый радиатор – испаритель.Причем эта глубина выбрана не случайно – на такой отметке температура держится выше нуля в любое время года.
• К испарителю подводят второй трубопровод с залитым хладагентом. Под высоким давлением хладагент вскипает даже при одном градусе Цельсия. Причем процесс испарения, как известно из школьного курса физики, сопровождается поглощением энергии, отбираемой у циркулирующего в грунте теплоносителя.
• Пары хладагента выкачиваются из трубопровода компрессором, который не только транспортирует эту среду по арматуре, но и генерирует еще большее давление, провоцирующее дополнительный разогрев хладагента.
• Далее перегретые пары хладагента закачиваются (тем же компрессором) в конденсатор, где происходит трансформация агрегатного состояния вещества (пар превращается в жидкость). А все те же основы термодинамики утверждают, что при конденсации газообразной среды происходит выделение энергии.
• Выделенное тепло, генерируемое в конденсаторе, поглощает уже третий трубопровод – система теплоснабжения жилища. То есть конденсатор выступает в роли газового или электрического котла. Ну а вернувшийся в жидкое состояние хладагент возвращается к испарителю, проходя сквозь регулирующий дроссель.

Как выбрать оптимальный источник тепла?

Земля

Горизонтальный коллектор представляет собой уложенную на глубине около 1,5 метров систему трубопроводов. Таким способом можно собирать тепло, накопившееся за лето в верхнем слое грунта. Площадь, которую будет занимать этот коллектор, зависит от мощности теплового насоса. После укладки на поверхности допускается только газон или небольшие кусты, чтобы не мешать аккумулированию тепла летом.
Геотермальные скважины позволяют получить более стабильную температуру источника тепла на протяжении всего отопительного сезона. В пробуренную скважину глубиной 50 - 80 м опускается геотермальный зонд. Количество скважин определяется мощность теплового насоса. Расстояние между ними составляет не менее 5 метров для исключения их взаимного влияния. Потом эти скважины собираются в единый контур и заводятся в тепловой насос. Геотермальный источник тепла позволяет обеспечить стабильную выдаваемую тепловую мощность вне зависимости от температуры наружного воздуха. Температура грунта имеет значение около 8`С. Среднегодовой коэффициент преобразования колеблется от 3.5 до 4 (на 1 кВт затраченной электроэнергии получаем 3,5W4 кВт тепловой энергии).

Преимущества

- стабильная температура источника тепла и, как следствие, стабильная выдаваемая и потребляемая мощность. - высокий среднегодовой коэффициент преобразования энергии (экономии).

Недостатки

- высокая стоимость буровых работ по сравнению с организацией других источников тепла.

Воздух

По сути, это тот же кондиционер, правда, много больших размеров. Первичный контур с испарителем размещается «на воздухе», за пределами жилища, в специальном корпусе.

Причем для обеспечения работоспособности насоса в зимнее время этот корпус очень часто объединяют с вытяжным каналом вентиляционной системы жилища.

Словом, основное достоинство данной системы – простота монтажа, а вот эффективность работы насосов «воздух-вода» весьма сомнительна. Ну а в наших широтах они попросту не могут конкурировать с геотермальными или гидротермальными установками.

Преимущества

- сравнительно низкая стоимость начальных капитальных затрат на установку оборудования.
- высокая эффективность при положительных температурах наружного воздуха.

Недостатки

- сильное снижение эффективности работы при наружных температурах ниже -10`С.
- жесткое ограничение по минимальной температуре наружного воздуха (обычно -20`С W -28`С) - необходимость установки дополнительного теплогенератора (электрического, дизельного котла) для обеспечения отопления в сильные морозы.

Вода

прямой забор воды из водоема или скважины. К воде, подаваемой в теплообменник теплового насоса предъявляют особые требования по чистоте. Чтобы не загрязнять теплообменник теплового насоса или случайно не заморозить его ставится промежуточный теплообменник. Между тепловым насосом и этим теплообменником циркулирует незамерзающая жидкость. Объемный расход воды зависит от мощности теплового насоса. Погружной насос, поднимающий воду на поверхность, потребляет достаточно много энергии. Так же приходится решать вопрос со сливом воды после теплообменника. Обычно бурят вторую скважину и сбрасывают воду в нее.

Преимущества

- требует меньше затрат по сравнению с геотермальным источником тепла.

- стабильная температура источника тепла на протяжении всего отопительного сезона.

Недостатки

- сложно предсказать расход воды в скважине на длительную перспективу. - вода с большим содержанием железа и кальция забивает теплообменники и ухудшает теплопередачу.

Посмотреть таблицу "Расчётная таблица удельной стоимости тепловой энергии"

Расчётная таблица удельной стоимости тепловой энергии, Qуд, при различных вариантах теплогенерации /руб/(кВт*час).