• отдел сервиса и продаж +7 (812) 244-31-97

Тепло из земли, воздуха и воды

Тепловые насосы в доме

Обеспечение дома теплом и горячей водой с помощью тепловых насосов

Сегодня в России, вслед за Европой, в качестве альтернативы традиционным системам отопления, а также для комплексного решения задач отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования частных и малоэтажных домов, все чаще применяют системы с тепловыми насосами.

За счет использования природных возобновляемых источников энергии: 

  • воздуха,
  • грунта,
  • грунтовых вод,

они во многих случаях способны полностью обеспечить потребность здания в тепле, либо существенно сократить его потребление из других источников. При этом вырабатываемая такими устройствами тепловая мощность может в несколько раз превосходить количество потребляемой электроэнергии.

Справка. Как работает тепловой насос

Тепловой насос состоит из четырех основных элементов:

  • испаритель,
  • компрессор,
  • конденсатор,
  • расширительный вентиль.

Для передачи тепла используют хладагент, температура которого ниже температуры воздуха или грунта. В испарителе хладагент, который закипает и испаряется при минусовых температурах (температура кипения может опускаться до - 30°С) забирает от внешнего источника энергии накопленное тепло. В компрессоре пары сжимаются под высоким давлением, в результате чего температура парообразного хладагента увеличивается. Далее, уже горячим, он поступает в конденсатор (теплообменник), от которого передается тепло в отопительную систему. В процессе перехода хладагента обратно в жидкое состояние он охлаждается. За счет этого некоторые модели тепловых насосов работают не только на отопление, но и на охлаждение (реверсивные модели).

Преимущества тепловых насосов

Теплонасосные технологии - это технически зрелые решения, уже несколько десятилетий отлично зарекомендовавшие себя на практике, которые на 100% обеспечивают теплопотребность как в новостройках, так и в домах с модернизацией теплоснабжения. Тепловые насосы, вне зависимости от времени года и погодных условий, извлекают из окружающей среды накопленную в ней солнечную энергию и нагревают ее до необходимой для отопления температуры, обеспечивая экономию электроэнергии до 70%. Принцип работы теплового насоса основывается на отборе тепла из окружающей среды, и передаче его тепловому контуру теплоносителя, циркулирующего в системе отопления здания.

Использование тепловых насосов дает ряд существенных преимуществ

Для установки не требуется дополнительных согласований за исключением насосов, использующих энергию грунтовых вод или водоемов. Тепловые насосы потребляют минимум электроэнергии (хватит четверти мощности по сравнению с традиционной системой отопления), поэтому для обеспечения их работы достаточно будет подведенной к участку электрической мощности, и останется достаточно кВт для других нужд (освещение, работа бытовых электроприборов и пр.)

Тепловой насос можно установить в уже существующую систему отопления дома, существенно повысив эффективность ее работы, а также с его помощью решить задачу выработки холода для системы кондиционирования. Наиболее эффективна комбинация тепловых насосов и системы водяных теплых полов. При нем энергия не только производится экономно (насосы экономят до 80% энергоресурсов), но и распределяется (теплый пол экономят 10-15% электроэнергии по сравнению с радиаторами).

Если в загородном доме есть бассейн, оранжерея или теплица, то тепловой насос не только обогреет и обеспечит горячим водоснабжением дом и хозяйственные пристройки, но и экономично подогреет воду в бассейне. Например, воздушно-водный тепловой насос от DANFOSS в солнечный день на 1 кВт электроэнергии способен дать 5-6 кВт тепла для воды в бассейне. И даже в пасмурную погоду тепловой наос эффективно подогреет бассейн.

Тепловые насосы комфортны в эксплуатации – они не требуют постоянного контроля и дорогостоящего постоянного обслуживания. Встроенная погодозависимая система управления тепловым насосом контролирует не только их работу, но и всех компонентов системы, обеспечивая наиболее экономичный и комфорт режим работы. Системы работают полностью в автоматическом режиме, при этом имеется возможность управления ими через Интернет или телефон.

Для тепловых насосов не требуется дополнительной площади – они пригодны для установки практически в любом подвальном помещении дома, их можно устанавливать в непосредственной близости возле дома (воздушные тепловые насосы наружного исполнения) а модели внутреннего исполнения имеют современный дизайн и могут устанавливаться во вспомогательном хозяйственном помещении, причем без устройства дополнительных конструкций, например, дымовой трубы.

Учитывая все эти моменты, об обустройстве системы с тепловым насосом рекомендуем задуматься, если:

  • к участку не подведен газопровод (для его подведения потребуется множество согласований и финансовых затрат),
  • не достаточно подключенной к дому электрической мощности,
  • нет места для выделения отдельного помещения под котельную,
  • вы хотите уменьшить пожароопасность своего дома (она особенно высока при использовании пеллетных котлов),
  • вы хотите избавиться от запаха дизельного топлива и необходимости следить за его своевременной доставкой.

Экономическая выгода

Основное преимущество систем с тепловым насосом – это экономическая выгода при их использовании. Стоимость отопления в доме и подогрева воды для ГВС в значительно зависит от вида используемого топлива. Однако цены на электричество, газ, дизель и др. постоянно растут, остается неизменной только «стоимость» возобновляемых источников – воздуха, грунта или грунтовых вод – они бесплатны.

В таблице 1 приведены эксплуатационные расходы с разными источниками тепла для кирпичного дома площадью 150 кв.м. (толщина стен в 2 кирпича без утеплителя), для обогрева которого потребуется мощность не менее 11 кВт в год. Как видно, системы с тепловыми насосами значительно экономят ежегодные затраты на отопление.

Эксплуатационные расходы с разными источниками тепла

Эксплуатационные расходы
Электроотопление 50 738 руб./год
Газовый котел + Сервис 26 296 руб./год
Дизельный котел + Сервис 98 727 руб./год
Газовый котел (сжиженный газ) 59 739 руб./год
Пеллетный котел 45 992 руб./год 
Воздушный тепловой насос с ТЭНами 19 136 руб./год
Геотермальный тепловой насос 13 385 руб./год
Отопление ТН и диз. котлом + Сервис 34 966 руб./год
Отопление ТН и котлом на сж. газе 19 362 руб./год

Несмотря на то, что стоимость теплового насоса (от 120 400 рублеи и до 1 000 000 рублей больше) по сравнению с различными котлами может быть достаточно высокой.

Для сравнения капиталовложениями теплового насоса с другими системами отопления и оценки экономической выгоды надо учитывать множество составляющих:

  • для газовых котлов – стоимость согласования, подключения и проведения газопровода, если есть необходимость (от 200 000 рублей до 1000 000 рублей и больше), устройство дымовой трубы, погодозависимая автоматика (если она не встроена в котел) и пр. Изначально участок с возможностью подключения к газопроводу стоит дороже,
  • для дизельных котлов необходима емкость для хранения топлива, вне жилого дома,
  • пелетные котлы – оснащение сложной защитой от возгорания,
  • для всех котлов необходимо выделить отдельное помещение под котельную, что увеличивает площадь застройки или уменьшает площадь жилых помещении.

Рачительный хозяин помимо первоначальных капиталовложений также берет в расчет стоимость обслуживания и долгосрочного владения (см. таблицу 2)

Тепловые насосы делят на:

  • воздушные (источник - наружный воздух),
  • геотермальные (источник – грунт, грунтовые воды или водоем).

Для подбора наиболее эффективного решения системы отопления надо учитывать множество параметров:

  • информацию о доме – его площади,
  • материале стен,
  • количестве проживающих,
  • размер участка,
  • выделенная электрическая мощностью на дом,
  • для каких целей применяется (отопление, кондиционирование, нагрев воды для ГВС и бассейна),
  • тип грунта (для установки геотермального теплового насоса),
  • личные предпочтения домовладельца и пр.

Поэтому расчеты и выбор типа, модели, мощности теплового насоса всегда индивидуальны.

Воздушные тепловые насосы («воздух-вода»)

Современные воздушные тепловые насосы эффективно работают даже при низких отрицательных температурах (у тепловых насосов марки Dimplex характеристики круглогодичного использования от 35°С до – 25°С)

Установка теплового насоса типа «воздух-вода» связана с минимальными капитальными затратами, поскольку освоение источника тепла влечет за собой весьма незначительные затраты. Для наиболее быстрого и прямого извлечения энергии из окружающей среды самой оптимальной является установка теплового насоса типа «воздух-вода» под открытым небом. Прочный металлический корпус с порошковым покрытием надежно защищает оборудование от влаги, ветров и непогоды.

Для небольших загородных домов (площадью до 120 кв.м) предназначены самые простые воздушные тепловые насосы серии сплит, состоящие из двух блоков – наружного (устанавливают снаружи дома) и внутреннего (устанавливают в помещении). Для защиты от обмерзания производители снабжают тепловые насосы системой оттаивания горячим паром. Такие «умные» системы запоминают режим работы – при каких температурах и за какое время обмерз блок, и в следующий раз уже заранее включает процесс оттаивания, таким образом, эффективность работы насоса не снижается.

Геотермальные тепловые насосы («антифриз-вода», «вода-вода»)

Геотермальные тепловые насосы забирают тепло у грунта (типа «антифриз/вода»),скальной породы, грунтовых вод ( типа «вода/вода»), у воды из водоемов через грунтовые коллекторы или грунтовые зонды. Главное условие — температура источника в любое время года не должна опускаться ниже определенного порогового значения (например, +1°C). Поэтому коллектор внешнего контура (горизонтальный или скважинный) должен располагаться ниже границы промерзания грунта или воды. В обоих случаях функцию транспортировки энергии выполняет циркулирующий теплоноситель (соляной раствор). Если участок у дома достаточно большой, можно устанавливать грунтовые коллекторы (укладываются горизонтально на глубине около 1,5м).

Вертикальные коллекторы опускают в скважины. Их глубина и количество зависит от того, сколько тепла необходимо для отопления дома (а значит, и от мощности насоса), а также от вида грунта (у разных грунтов разная теплоотдача). Надо понимать, что глубокое бурение, которое затрагивает водоносные слои, требует согласований и разрешений, так как связано с вмешательством в гидрологию недр. Кроме того затраты на бурение могут быть достаточно высокими в зависимости от вида грунта.

Основное преимущество геотермальных тепловых насосов заключается в том, что их использование не зависит от температуры наружного воздуха и имеет постоянную эффективность.

Выбор источника энергии

Какой из источников энергии использовать выгоднее, зависит от нескольких условий:

  • вид грунта – сколько энергии он может дать и стоимость бурения скважин для установки геозонда или укладки грунтового коллектора,
  • при выборе теплового насоса должны учитываться теплопотери для каждого конкретного дома,
  • площадь здания. Как показывают расчеты, в большинстве случаев, для небольших домов площадью до 200 кв.м воздушный тепловой насос выгоднее, чем геотермальный. А для домов более 350 кв.м при наличии подходящих грунтов геотермальные тепловые насосы становятся более эффективными.

Еще несколько лет назад в нашей стране геотермальные тепловые насосы имели большее применение по сравнению с воздушными, но сегодня, благодаря новым современным технологиям, удобстве и простоте их установки и обслуживания, «воздушники» становятся более востребованными системами и они также способны полностью обеспечить теплоснабжение в доме.

Мощность тепловых насосов разных моделей колеблется:

  • от 5 до 130 кВт – для серийных моделей (тепловые насосы Dimplex),
  • до 240 кВт (тепловые насосы DANFOSS).

В зависимости от модели, тепловой насос способен нагревать теплоноситель для систем отопления:

  • до 75°С – высокотемпературные насосы,
  • до 65°С – среднетемпературные,
  • до 55°С – низкотемпературные.

Полностью обеспечить дом теплом тепловой насос типа «воздух-вода» может при температуре наружного воздуха –15°С, далее до –25°С дополнительно включается встроенный электрический ТЭН (дополнительный источник тепла), при температуре ниже – 25°С ТЭН начинает работать как основной источник тепла (как электрокотел). Учитывая то, что по официальной статистике столь холодная погода даже в наших широтах бывает не так часто (см. официальный график Росгидромета температур воздуха по Н.Новгороду за последние 5 лет) при годовой эксплуатации (летом подогрев воды и кондиционирование) эффективность воздушного теплового насоса достаточно высокая. Кроме того, во многих домах есть камин, который может служить дополнительным источником тепла при сильных морозах.

Оценка эффективности работы насосов

При оценке эффективности работы теплового насоса очень важно смотреть на его производительность в течение всего года. Об этом говорит показатель СOP – коэффициент производительности, который показывает сколько тепла выдает насос на 1 кВт потребляемой электроэнергии. У разных типов тепловых насосов СOP может составлять до 5,9. Для Нижегородского региона оптимальным показателем будет 2,7 – 2,9, то есть на 1 кВт электроэнергии тепловой насос выдает 2,9 кВт тепла при номинальных условиях.

Мировые стандарты подразумевают номинальными следующие условия:

  • температура на входе в тепловой насос 30°С,
  • температура на выходе –35°С, при температуре на улице 7°С.

В каталоге эти условия маркируют как A7/W35. Если взять высокоэффективный насос, выдающий больше тепла, то капиталовложения могут не оправдаться, так как нет необходимости в такой большой выдаче тепла, а с меньшим СOP может оказаться недостаточно для комфортного отопления.

Сегодня в России на тепловые насосы еще нет сертификации, и недобросовестные продавцы используют это. При расчетах изменяют один показатель, например температуру на входе ставят 0°С, а при таких условиях (в реальности на таких показателях насос не работает) СОР увеличивается и его указывают в каталоге продукции. Таким образом, сравнивая способность тепловых насосов выдавать определенное количество тепла, надо понимать при каких условиях они указаны.

Следует отметить, что сделать самостоятельно выбор в пользу той или иной системы отопления можно, для этого необходимо найти всю необходимую информацию по традиционным и альтернативным системам отопления и сравнить предложения. Однако есть более быстрый и эффективный способ - обратиться к специалистам и бесплатно получить не только консультацию по выбранному оборудованию, но и готовое решение по отоплению конкретного дома и экономическое обоснование этого решения.

Редакция благодарит специалистов компании «Лава», Данфосс и TMEnergy за помощь в подготовке материала.
Расчеты предоставлены компанией TMEnergy на основании тепловых насосов Dimplex.

---

Журнал "Умный ДОМ. Сделано в Нижнем"

№10 (56) 2012

Закрыть

Авторизация