Тепловые насосы
Тепловой насос – это источник тепловой энергии для системы отопления и горячего водоснабжения, использующий так называемое низкопотенциальное тепло Земли. Он одновременно может служить и источником для системы кондиционирования в летнее время.
Основное отличие теплового насоса от других генераторов тепловой энергии (электрических, газовых и дизельных) заключается в том, что при производстве тепла до 80 процентов энергии извлекается из окружающей среды. Тепловой насос «выкачивает» энергию из окружающего воздуха, грунта, скальной породы или озера, накопленную за теплое время года.
Преимущества использования тепловых насосов
- Компактные размеры отопительной установки (размеры теплового насоса, зачастую не превышают размеров бытового холодильника);
- Срок службы теплового насоса до капитального ремонта составляет 10-15 отопительных сезонов, а срок службы остального оборудования - 20-50 лет;
- Возможность переключения с режима отопления зимой на режим кондиционирования летом: вместо радиаторов к внешнему коллектору подключаются фэн-койлы;
- Безопасность. Она обусловлена отсутствием открытого огня и продуктов горения (тепловые насосы взрыво и пожаробезопасны);
- Экологически чистая технология производства тепловой энергии (в тепловых насосах используется озонобезопасный вид фреона);
- Надежная автоматическая работа системы отопления, не требующая постоянного контроля;
- Комфорт. Отсутствие неприятных запахов жидкого топлива и мусора от использования твердого топлива, отсутствие дымовых труб.
Технология позволяет вырабатывать 2,5 - 5 кВт тепловой энергии при расходе 1 кВт электроэнергии. Т.е. эффективность (или условный КПД) системы составляет 250 - 500% в сравнении с традиционным преобразованием электроэнергии в тепловую. Экономия энергетических ресурсов достигает 70%.При этом важно понимать, что теплопотери в обогреваемом помещении не должны составлять более 100 Вт/кв.м площади.
Установка теплового насоса - это существенная экономия энергии и денег
На сегодняшний день в России стоимость производства тепловой энергии значитель но зависит от вида «топлива»: самым дешевым является природный газ, затем электроэнергия и дизельное топливо. Однако цена на энергоносители неуклонно растет.Устройство имеет модульную конструкцию, занимает мало места и не нарушает интерьер Вашего дома.
Тепловые насосы - это законченное изделие, готовая теплоснабжающая установка. Внутри установки находится бойлер емкостью 150-180 литров (либо внешний бойлер до 1000 л). Установка состоит из внешнего контура (коллектора), собирающего тепло окружающей среды и несущего антифриз (гликоль или 30% этиловый или метиловый спирт), насоса системы отопления и внутреннего насосного контура, несущего хладагент (фреон) систем автоматического регулирования и контура системы отопления помещения. При установке необходимо подключить ряд трубопроводов – контуры коллектора и отопления, горячую и холодную воду. Устройство занимает мало места, имеет приятный внешний вид, напоминающий холодильник. Что касается уровня шума – работу установки можно сравнить с работой бытового холодильника. При производстве установки используются проверенные годами схемные решения, и можно считать, что такая котельная собрана в заводских условиях, подтвержденных сертификатом ISO 9001.Во многих моделях тепловых насосов установлен дополнительный электронагреватель для подогрева в дни резкого похолодания, которые бывают не так часто. При проектировании отопительной системы, мощность теплового насоса рассчитывается из максимальной потребности тепла т.е. для покрытия тепловой нагрузки в самый холодный зимний день. Например для Екатеринбурга минимальная расчетная температура минус 31 градусов Цельсия, но количество таких дней невелико, и именно в такое время бывает недостаточно мощности теплового насоса. В данное время пиковый электронагреватель и поможет нагреть жидкость в системе отопления до расчетной температуры.
Необходимые требования к источнику энергии
Источником энергии может служить грунт, скальная порода, озеро, воздух (для специальных моделей), вообще любой источник тепла с температурой плюс 1 градус Цельсия и выше, доступный в зимнее время. Это может быть река, море, сточные воды, выход теплого воздуха из системы вентиляции или дымовых труб, а также система охлаждения какого-либо промышленного оборудования. Внешний контур, собирающий тепло окружающей среды, представляет собой полиэтиленовый трубопровод, уложенный в землю или в воду.
Виды источников энергии для теплового насоса
Тепловой насос внешний контур - скважина (вертикальное расположение)
При использовании в качестве источника тепла скалистой породы трубопровод опускается в скважину глубину. Для теплового насоса мощностью 10 кВт требуется скважина глубиной 170-190 м. Не обязательно использовать одну глубокую скважину, можно пробурить несколько неглубоких, более дешевых скважин через 10-20 м друг от друга, не на одной линии течения грунтовых вод. Необходимо получить общую расчетную глубину, на которой трубопровод будет находиться в грунтовых водах. Минимальная теплоотдача от 1 погонного метра скважины составляет 50-60 кВт-ч тепловой энергии в год.
Тепловой насос - земляной контур (горизонтальное расположение)
При использовании в качестве источника тепла участка земли трубопровод зарывается в траншеи на глубину промерзания грунта (выбирается для конкретного региона, в среднем 0,7 - 2 м) или спиралями глубиной 2-4 м, что уменьшает общую длину траншей. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами – 0,8...1,2 м. Для установки теплового насоса мощностью 10 кВт требуется земляной контур длиной 350-400 м, т.е. земляной участок 20х20=400 кв.м. Специальной подготовки почвы, засыпок и т.п. не требуется. Предпочтения к грунту – желательно использовать участок с влажным грунтом, идеально с близкими грунтовыми водами, однако сухой грунт не является помехой – это приводит лишь к увеличению длины контура. Минимальная теплоотдача поверхностного грунта составляет в глине 50-60 кВт-ч/кв.м в год, в песке 30-40 кВт-ч/кв.м в год для умеренных широт. На севере эти цифры меньше.
Тепловой насос - водный контур (горизонтальное расположение)
При использовании в качестве источника тепла водоема трубопровод укладывается на дно на глубину не менее 2 м. На 1 м трубопровода можно получить 30 Вт. Для установки теплового насоса мощностью 10 кВт требуется контур длиной 300 м, предусмотрев, чтобы контур не всплывал. Минимальная теплоотдача водного контура составляет 70-80 кВт-ч/кв.м в год.
Приблизительные данные зависимости площади помещения и параметров оборудования
| № | Отапл. площадь, кв. м |
Мощность теплового насоса, кВт потребляемая мощность, кВт и стоимость, руб |
Длина внешнего коллектора, п.м. и цена шлангов, руб |
Альтернативный источник тепла и стоимость монтажа | |||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Скважина, глубина, м и стоимость монтажа, руб |
Земляной коллектор, длина, м и стоимость монтажа, руб |
Водный коллектор, длина, м и стоимость монтажа, руб |
Работы и пусконаладка, руб |
||||
| 1 | 80–120 | 4,5/1,5 (210.000) | 140 (10.000) | 60 (108.000) | 250 (250.000) | 250 (90.000) | 180.000 |
| 2 | 130–180 | 6,0/1,7 (250.000) | 200 (14.000) | 90 (162.000) | 350 (350.000) | 350 (105.000) | 210.000 |
| 3 | 200–250 | 8,0/2,8 (310.000) | 240 (17.000) | 110 (198.000) | 400 (400.000) | 400 (120.000) | 250.000 |
| 4 | 250–300 | 10,0/3,0 (350.000) | 300 (21.000) | 140 (252.000) | 450 (450.000) | 450 (150.000) | 280.000 |
| 5 | 300–350 | 12,0/4,0 (410.000) | 360 (25.000) | 170 (308.000) | 500 (500.000) | 500 (160.000) | 310.000 |
| 6 | 350–400 | 14,0/4,8 (490.000) | 420 (30.000) | 195 (351.000) | 600 (600.000) | 600 (190.000) | 350.000 |
Типоразмерный ряд труб PEX / EVON / PEX для монтажа в грунте
|
PEX / EVON / PEX для систем ГВС, ХВС, радиаторного отопления |
||||
|---|---|---|---|---|
| Наружный диаметр, мм | Толщина стенки, мм | Масса, кг/п.м. | Длина бухты, м | Цена, руб |
| PN 20 | ||||
| 14 | 2 | 0,071 | 50-200 | 45,76 |
| 16 | 2,2 | 0,098 | 50-200 | 55,45 |
| 18 | 2,2 | 0.,115 | 50-200 | 58,21 |
| 20 | 2,2 | 0,155 | 50-200 | 69,30 |
Альтернативой коллектору, содержащему антифриз и помещенным в скважинах или траншеях, может служить коллектор, содержащий фреон и служащий непосредственно хладагентом для теплового насоса. Т.о. система работает без промежуточного теплообменника между внешним коллектором и внутренним контуром насоса. Испаритель устанавливается в грунте горизонтально ниже глубины промерзания или в скважине глубиной 13-30 м с диаметром 40-60 мм. Однако такая технология делает систему относительно опасной, т.к. давление в системе высокое, а вещество (фреон) ядовито. Тем не менее, затраты ниже в несколько раз.Альтернативой низкопотенциальному теплу земли может служить солнечная энергия, утилизируемая за счет солнечных коллекторов, низкопотенциальное тепло дымовых труб и сточные воды заводов, тепло холодильных и морозильных установок и т.д.Использование бивалентной схемы (совместного использования теплового насоса и дополнительного генератора тепла) повышает эффективность системы в условиях сильных колебаний температур. В этом случае тепловой насос обеспечивает до 95% теплоснабжения, а дополнительный (резервный) источник тепловой энергии (газовый или электрический котел или теплонагреватель) служит для покрытия пиков отопления в зимний период при понижении температуры воздуха на улице, например, ниже минус 10 градусов (бивалентная температура). Например, ставить в доме с большими теплопотерями тепловой насос мощностью более 30 кВт невыгодно, т.к. он будет работать в полную силу всего 20-40 дней в году (количество холодных дней не превышает 10-15% длительности отопительного сезона). Поэтому мощность теплового насоса назначается обычно 70-80% от расчетной отопительной. По достижении бивалентной температуры должен включаться дополнительный генератор тепла (электронагреватель, жидкотопливный котел, солнечный коллектор и т.д.). В этом случае смешение тепла производится в выравнивающем бойлере.Мощности выпускаемых тепловых насосов от 5 до 1000 кВт.