Функциональные отличия тепловых насосов

Помимо всего прочего тепловые насосы отличаются своей функциональностью. Кроме отопления, они применяются для охлаждения и вентилирования помещений, удаления отработанного воздуха и нагрева горячей воды. При этом для функционирования насоса расходуется лишь 25 % электроэнергии (на работу компрессора), а остальные 75 % получаются им от окружающей среды. Специалисты иногда сравнивают тепловой насос с холодильником , что вполне соответствует истине в части наличия конденсатора, испарителя и дросселирующего устройства, а также одинакового для этих агрегатов цикла работы. Похожи они по форме и габаритам. Различия же касаются в основном параметров их настройки. Так, холодильник удаляет образующееся тепло вовне, тогда как тепловой насос, действуя по аналогичному принципу, подает тепло из окружающего воздуха или почвы внутрь помещения. Тепло, исходящее от хранящихся в холодильнике продуктов проявляется в виде нагретого воздушного потока, который отводится в окружающий воздух за счет трубчатой панели конденсатора (так называемый радиатор, расположенный на задней стене холодильника).

Теоретически, удалив испарительную камеру и ее трубки из холодильника, и поместив их в почву, можно получить устройство, принципиально равное тепловому насосу, работа которого обогревает помещение нагретым воздухом. Пустив на конденсатор холодильника теплоноситель, его, после нагрева, успешно можно подавать в радиаторы отопительной системы. Если представить тепловой насос в виде схемы, то мы получим систему, состоящую из замкнутых контуров. Внешний контур служит для циркуляции теплоносителя, получающего тепло из внешней среды. Это помещенный во внешнюю среду, имеющую температуру свыше +1градуса – грунт или воду, трубопровод из полиэтилена, где постоянно циркулирует морозостойкая жидкость (антифриз). Размещать его можно в большинстве источников тепла – водоеме, скальной породе, почве или ином грунте, а также в выходной конструкции вентиляции промышленных предприятий.

Второй контур насоса заполнен хладагентом, который, отбирая у теплоотдатчика тепло, испаряется, а затем, вновь конденсируясь, передает его теплоприемнику. В него же вмонтированы устройства изменения давления хладагента, т.е. дроссель (распыляет жидкий хладагент через узкое отверстие) и компрессор (выполняет сжатие газообразного хладагента), а также специальные аппараты для осуществления теплообмена – это конденсатор и испаритель.

Третий контур, являясь теплоприемником, содержит теплоноситель, т.е. ту же воду, поступающую в систему отопления и горячего водоснабжения дома. Для примера, рассмотрим цикл работы теплового насоса. Хладагент в жидком состоянии, проходит через дроссель. При этом давление его снижается. Далее он попадает в испаритель, закипает и, забирая тепло, получаемое коллектором из внешней среды, переходит в состояние газа. Соответственно газообразный хладагент, засасываясь компрессором, сжимается, после чего передается в конденсатор. В свою очередь конденсатор, передает тепло системе отопительного контура посредством циркулирующего в ней теплоносителя. Хладагент в нем охлаждается, переходит в жидкое состояние, разряжается в расширительном вентиле и вновь возвращается в испаритель, замыкая цикл.

Среди характеристик и преимуществ, присущих современным тепловым насосам, можно выделить следующие:

Экономичность. Система жизнеобеспечения с тепловым насосом существенно окупает затраты на ее эксплуатацию. Даже если ее монтаж обойдется дороже установки того же газового котла или центрального кондиционирования, потраченные средства вернутся за счет последующей экономии. Особого внимания здесь заслуживает способность системы непритязательно выполнять свои функции в течение 25-50 лет. При этом, подобные системы греют зимой и охлаждают летом, ежедневно дают горячую воду не только для кухни и ванны, но и для бассейна или сауны, одновременно избавляя домовладельца от хлопот с заправкой, запуском, текущим ремонтом и т.п. процедурами, которые так «любят» иные отопительные котлы и кондиционеры. Примечательно, что рассеянное тепло имеется в любой точке планеты, ведь повсеместно есть если не вода, то грунт и воздух. Следовательно, тепловые насосы могут эффективно работать вдали от традиционных источников энергии, обеспечивая независимость микроклимата в доме от погодных условий, поставщиков энергоносителей и стоимости их услуг.

Экологичность. Тепловые насосы – это один из самых экологически чистых способов поддержания микроклимата в помещении (отопления и охлаждения), поскольку функционируют за счет постоянно возобновляемой тепловой энергии нашей планеты. Специалистами подсчитано, что около 40 % двуокиси углерода выбрасывается в земную атмосферу при отоплении, кондиционировании и подготовке горячей воды, что по степени вреда окружающей среде сравнимо с массовой долей автомобильных выхлопов. Применение тепловых насосов, помимо экономии собственно энергии, до 60 % сокращает объем подобного загрязнения естественной среды обитания.

Долговечность и надежность. Известно, что доля механических составляющих в тепловом насосе минимальна, а сами по себе компрессорные системы подобного типа отличаются длительным периодом безремонтной эксплуатации. В силу этого тепловые насосы признают одной из самых долговечных систем с высокой степенью надежности. Примерно то же самое можно отметить в отношении монтируемого в источнике тепла (грунт, вода и т.д.) полимерного трубопровода, являющегося частью системы. Срок его службы составляет более 50 лет, сама же система способна работать безупречно до 30 лет.

Универсальность и реверсивность. Современные тепловые насосы отличаются такой способностью, как реверсивность, т.е. способны работать как на отопление помещения, так и на его кондиционирование. При отборе излишнего тепла из воздуха в летнее время, его можно направить на иные, более подходящие к сезону цели, например, подогрев воды в бассейне.

Безопасность. К числу характеристик тепловых насосов относится их пожаробезопасность. Для функционирования им не требуется топливо, воспламеняющиеся газы или жидкости. Здесь нет открытого огня. Детали и механизмы насоса не нагреваются, вытяжная труба отсутствует, поэтому возможность воспламенения каких-либо материалов полностью исключена. В свою очередь прекращение работы не повлечет за собой выход из строя всей системы или замерзание теплоносителя. Грубо говоря, тепловой насос столь же безопасен, как и бытовой холодильник.

Комфортность. Работа теплового насоса не вызывает излишних шумов, тогда как «умная» автоматика, руководящая им и мультизональный контроль микроклимата постоянно поддерживают в помещении заданные владельцем параметры микроклимата.

Дизайн. Тепловой насос обладает еще одним привлекательным свойством – это его универсальная сочетаемость с любым стилем интерьера и почти полная незаметность. Компактность размера позволяет ему «съедать» лишь минимум пространства, не выделяясь на фоне обстановки.

Вместе с тем, при эксплуатации теплового насоса необходимо учесть ряд факторов, что также является их особенностью:

Прежде всего, применение теплового насоса целесообразно лишь в домах с хорошей теплоизоляцией и потерями тепла не более 100Вт/м2. При этом степень утепления помещений прямо влияет на экономичность работы системы.

Не следует забывать, что при повышении разности температуры теплоносителя во входном и выходном контуре, соответственно понижается коэффициент преобразования тепла, а значит, расход электроэнергии увеличивается. Естественно, что это требует монтажа тепловых насосов преимущественно с низкотемпературной отопительной системой, каковой могут быть теплые полы, отопление воздушным потоком и т.п. поскольку теплоноситель в них не нагревается свыше + 35 градусов.

Более значимый экономический эффект теплового насоса достигается при бивалентной схеме отопления, т.е. использовании его в совокупности с иным генератором тепла, выступающим в качестве дополнительного.

По видам используемых источников тепла можно выделить несколько основных типов тепловых насосов, к числу которых относятся следующие:

Грунт – вода. Наиболее универсальным источником тепла считается грунт. Накапливая энергию солнца, грунт одновременно подогревается за счет земного ядра. К особенностям такого источника рассеянного тепла относится его распространенность и постоянство температуры в течение года на глубине уже в 5-7 метров. При заглублении теплообменника в грунт, он собирает тепло и аккумулирует его в теплоносителе. Последний с помощью насоса закачивается в испаритель и, пройдя весь цикл, возвращается в грунт за новым теплом. При этом носителем тепла обычно является выполненная на основе пропиленгликоля либо этиленгликоля морозостойкая жидкость. В зависимости от вида насосов, в них в качестве коллектора могут применяться грунтовый зонд или грунтовый коллектор. Последний выполнен в виде длинной трубы, горизонтально размещенной под слоем грунта (горизонтальный коллектор). Грунтовый же зонд или вертикальный коллектор – это совокупность длинных труб, помещаемых в скважину глубиной 50-150 метров. В обмен на малую площадь, грунтовый зонд требует затратных работ по бурению скважины. Выбор между видами коллекторов должен быть основан на площади, геологии и т.п. показателях грунта. Данный тип тепловых насосов требует весьма значительных затрат на проектирование и установку.

Вода – вода. В качестве источника тепла тепловые насосы могут использовать поверхностные водоемы (река, озеро), грунтовые воды либо водосброс технологических установок. Такие насосы мало отличаются от применяемых на грунтовом контуре, однако в силу большей температуры теплоносителя, в зимнее время их эффективность заметно выше. Но как и в случае с насосами земля-вода они требуют существенных затрат на проектирование и установку.

Воздух – вода. В качестве источника тепла насосы используют атмосферный воздух. Конструктивно насосы данной системы могут быть двух видов. Первый – это так называемая сплит-система, в которой два раздельных блока соединяются между собой. Наружный блок устанавливается на участке возле дома и состоит из испарителя и вентилятора. Внутренний блок монтируют в самом помещении. Он состоит из конденсатора и управляющей автоматики. При этом компрессор может быть помещен как во внутреннем модуле, так и снаружи помещения. В последнем случае в доме не будет слышно шума от его работы. Второй – это моноблок, в котором все агрегаты располагаются в едином корпусе. Он устанавливается в помещении, а с внешней средой соединяется воздуховодом. Некоторые модели моноблоков предполагают как внутренний монтаж, так и установку вне помещения. Благодаря низкой стоимости инвестиционных затрат, доступности воздуха как источника низкопотенциального тепла, а так же простаты установки, данный тип насосов является наиболее популярным решением на нашем рынке.

Воздух – воздух. Тепловые насосы этого типа, получая тепло из воздуха, передают его посредством компрессора воздуху, используемому для отопления помещений. Таким образом, промежуточный теплоноситель (вода, антифриз и т.п.) здесь не применяется. Помимо грунта, источником тепла также могут быть грунтовые и поверхностные воды либо водные сбросы промышленных установок.

При всей экономической эффективности тепловых насосов, одним из препятствий к их быстрому распространению на территории России является слабая информированность людей о преимуществах подобных систем. Потенциальный потребитель не долго задерживает свое внимание на тепловых насосах в силу существенных затрат на их приобретение. Так, само оборудование и его монтаж из расчета на 1 кВт мощности обходятся от 15 000 до 30 000 рублей. Несмотря на изначально впечатляющие цифры, последующий расчет явно указывает на экономическую разумность применения таких систем. Вложенные в тепловой насос средств, как правило, окупаются в среднем за 4-9 лет. Сама же система сохраняет работоспособность на протяжении 15-20 лет. Помимо снижения затрат на отопление и кондиционирование зданий, тепловые насосы до 5 раз уменьшают количество вредных выбросов в атмосферу по сравнению с традиционными отопительными системами. Получается, что распространение тепловых насосов в автономных системах теплоснабжения-кондиционирования, способно одновременно решить три актуальные для страны задачи – экономическую, экологическую и проблему сбережения энергии.

Еще больше полезной информации вы можете найти в нашем разделе Статьи.