Тепловой насос — это высокотехнологичное устройство, позволяющее использовать тепловую энергию грунта, воздуха и воды для обогрева дома и кондиционирования воздуха. Любая среда с температурой выше 1°С обладает определенным количеством тепловой энергии, которую при должной организации процесса можно эффективно использовать в быту и на производстве.
В России тепловые насосы пока не получили широкого распространения, хотя активно используется оборудование с аналогичным принципом действия — холодильники и кондиционеры. А вот в Швейцарии и других европейских странах отопление зданий с помощью геотермальных тепловых насосов — дело привычное.
Принцип действия и эффективность теплонасосов
Принцип работы такого оборудования базируется на общеизвестном цикле Карно. По сути, тепловой насос — это не что иное, как холодильник наоборот. И устройство, и даже внешний облик этих приспособлений схожи. Разница лишь в том, что холодильник морозит внутри и отдает тепло наружу, а тепловой насос напротив забирает тепло из почвы, воды или воздуха и поставляет его в дом. С его помощью 2/3 энергии, требуемой для отопления, можно получить из природы абсолютно бесплатно, а оставшуюся 1/3 — придется затратить на перекачку жидкости в насосе.
Практика использования тепловых насосов показывает, что их применением позволяет добиться 70% экономии средств, необходимых на обогрев дома, если сравнивать с обычным способом отопления. Устройство собирает тепловую энергию из окружающей среды и поставляет ее в дом, при этом затрачивая на работу 1 кВт энергии, вырабатывая — 3…4 кВт. Выгода очевидна! К тому же на базе данного приспособления можно не только наладить отопление и горячее водоснабжение в доме, но и обеспечить кондиционирование — нагрев и охлаждение воздуха в помещениях.
Устройство и суть работы теплонасоса
Внутренний контур устройства состоит из:
- конденсатора;
- испарителя;
- капилляра;
- сетевого компрессора;
- управляющего терморегулятора;
- хладагента.
Мы разобрались, что принцип действия теплового насоса заключатся в сборе низкопотенциальной тепловой энергии и передаче ее теплоносителю с более высокой температурой. По сути, происходит следующее:
- в трубопровод, расположенный в грунте (воде, воздухе), поступает теплоноситель и подогревается;
- попадая в теплообменник (испаритель), теплоноситель передает накопленную энергию на внутренний контур системы;
- хладагент, нагреваясь в испарителе, преобразуется в газ, а затем, попадая в компрессор, сжимается под высоким давлением, при этом его температура повышается еще сильнее;
- нагретый газ попадает в конденсатор и передает тепло теплоносителю отопительной системы;
после чего остуженный хладагент в жидком виде поступает обратно в систему.
Как видно, суть работы теплонасоса проста, при этом эффективность его использования высока.
Типы тепловых насосов
Нас окружают разные природные среды, поэтому существуют насосы, способные черпать тепловую энергию из разных источников. Различают несколько типов оборудования:
- «грунт-вода»;
- «вода-вода»;
- «вода-воздух»;
- «воздух-воздух»;
Каждая конструкция имеет свои уникальные особенности:
1. «Грунт-вода»
Получение тепловой энергии из грунта считается наиболее эффективным для данного вида альтернативного отопления. Уже в 5 метрах от поверхности земли температура почвы достаточно постоянна и практически не подвержена изменениям погоды. В насосе, работающем по принципу «грунт-вода», используются теплопроводящие зонды. Теплоносителем выступает специальная жидкость — рассол, имеющий экологически безопасный состав. Контур насоса выполняется из прочных пластиковых труб, которые могут быть размещены вертикально или горизонтально.
Вертикальное размещение предполагает использование скважин (50…150м) и специальных глубинных зондов, так как температура глубоко под землей всегда выше и устойчивее, чем на поверхности. Второй способ размещения контура рассчитан на горизонтальную закладку труб недалеко от поверхности, но на приличной площади (25…50 м²/1 кВт). При этом земля, отведенная под контур коллектора, становится непригодной для сельскохозяйственного использования. На этой площади можно лишь разбить газон или клумбу. Поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается вертикальному контуру.
2. «Вода-вода»
Благодаря относительной стабильности температуры воды на большой глубине использование тепловых насосов данного типа весьма эффективно. Источником рассеянной тепловой энергии могут выступать открытые водоемы, грунтовые и промышленные сточные воды. Конструктивно насос «вода-вода» подобен устройству первого типа. Наименее затратным считается сооружение приспособления, черпающего энергию из открытого водоема. В таком случае трубы с теплоносителем, снабженные утяжелителем, просто погружаются в воду на необходимую глубину. Может потребоваться также организация водосборного колодца.
3. «Воздух-вода»
Несколько менее эффективный тип теплового насоса, чем первые два, но универсальный и простой в монтаже. Для его установки не потребуется производить сложные земляные работы, оборудование можно разместить прямо на крыше здания. Его преимуществом является возможность повторного использования тепла, покидающего обогреваемые помещения. Для компенсации недостатка мощности зимой обычно предусматривается альтернативное отопление.
4. «Воздух-воздух»
Победитель в соотношении «затраты-эффективность», так как не требует произведения сложных работ по созданию традиционной отопительной системы. Тепловой насос такого типа работает как перевернутый кондиционер: отбирает тепловую энергию у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, а затем отдает ее в дом. Как бы абсурдно это не озвучило, но греть дом предлагается за счет холодного уличного воздуха. Ведь, в действительности, даже очень холодный воздух обладает приличным запасом тепловой энергии.
Вариативность и высокая эффективность тепловых насосов привела к их быстрому распространению в развитых странах.
Читайте также:
Тепловые насосы: достоинства, недостатки и перспективы применения в России
Тепловой насос своими руками: особенности сборки системы, окупаемость
