Тепловые насосы - экономическая выгода от использования

Тепловые насосы являются прекрасной альтернативой традиционным источникам тепловой энергии – котлам и прямому электрическому отоплению, а в некоторых случаях, например при отсутствии подведенных газовых сетей и недостаточных мощностях в электрических сетях, тепловые насосы остаются единственным надежным современным источником тепловой энергии. Очень часто стоимость подводки газовых сетей сопоставима со стоимостью теплового насоса и работ по его установке. По сравнению с котлами тепловые насосы отличаются тем, что используют бесплатные и возобновляемые источники энергии: окружающий и отходящий воздух систем вентиляции, грунт, воду подземных источников и открытых незамерзающих водоемов, сточные и сбросовые воды технологических процессов. Тепловые насосы имеют отношение полученной энергии к затраченной порядка 3-7, что недоступно никакому котлу, не требуют подвода газовых сетей или создания топливохранилищ, не загрязняют атмосферу, поскольку не создают никаких выбросов, взрывобезопасны, чтобы тепловые насосы обеспечивали тепло необходимо только электричество, которое, во-первых, дорожает не так сильно, как газ или дизельное топливо (например, с 1996 г. по 2004 г. стоимость электроэнергии выросла в 3 раза, стоимость дизельного топлива в 6 раз, стоимость газа в 30 раз), а во-вторых, использование индивидуальных солнечных, ветровых или небольших гидроэлектростанций, включая тепловые насосы, позволяет создать полностью автономную систему. Кроме того, служат тепловые насосы значительно дольше котлов. Если срок службы котла составляет 10 – 15 лет, то тепловые насосы безотказно работают 20-50 лет. По сравнению с прямым электрическим обогревом, тепловые насосы потребляют в 3-7 раз меньше электричества для выработки такого же количества тепловой. К тому же тепловые насосы могут использоваться как для отопления в холодный период года, так и для охлаждения в жаркий. Очень эффективно комбинировать тепловые насосы и солнечные коллекторы TWI, которые используются для получения горячей воды летом, в то время как первичный контур теплового насоса получает достаточное время для регенерации. Кроме того, солнечные коллекторы могут быть использованы и в качестве регенератора и для накопления тепловой энергии в грунте вокруг труб теплового насоса. По прогнозам Международного Агентства по Энергетике к 2025 г. 75% систем отопления будут работать на геотермальных (использующих тепло грунта и подземных вод) тепловых насосах. Тепловые насосы могут использоваться как основные источники энергии, так и дополнительные для утилизации тепла сточных вод, канализации, воздуха вентиляции и технологических процессов. Тепловые насосы могут применяться для отопления, приготовления горячей воды, для сушки различных материалов, для охлаждения помещений и т.п.

Тепловые насосы действуют по простому принципу. Практически в каждом доме есть «тепловой насос» – это обычный холодильник, который отбирает тепло продуктов и передает его окружающему воздуху через теплообменник, расположенный сзади холодильника. Более точно принцип действия теплового насоса заключается в следующем:

хладогент (фреон) нагревается в испарителе до -5…25 С от тепла земли, воздуха, воды, закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором и при росте давления температура фреона поднимается до 35-65о С. Эта теплота передается через теплообменник конденсатора воде отопительного контура, которая нагревается до 35 – 55оС, и фреон конденсируется. Дроссельный клапан сбрасывает давление, перепуская хладогент в испаритель. Затем цикл работы теплового насоса повторяется. Чем выше температура первичного источника, тем больше мощность теплового насоса. Проектирование теплового пункта и подбор сопутствующего оборудования с тепловым насосом аналогично проектированию с котлом, с учетом того что необходимо дополнительно установить в систему отопления бак-резервуар объемом 10 – 20 л на 1 кВт мощности на подаче, в случае если используются тепловые насосы типа воздух-вода и на обратной линии в случае если используются тепловые насосы типа вода-вода, или тепловые насосы грунт-вода, а также возможность подключения через трехходовой смесительный клапан дополнительного источника энергии, при его установке на обратной линии. При установке бака-резервуара теплового насоса на подающей линии электронагреватель может быть встроен в него. Бак водонагреватель для получения горячей воды должен быть установлен дополнительно. Кроме того следует помнить, что максимальная температура получаемой горячей воды составляет 55о С, что делает возможным применять тепловые насосы в случае систем напольного, настенного и низкотемпературного радиаторного отопления и конечно же тепловые насосы обеспечивают приготовление горячей воды.

Подбор диаметров труб проводится исходя из гидравлических потерь давления для требуемого расхода теплоносителя. В качестве теплоносителя необходимо использовать антифриз (раствор гликоля). Расчет расхода жидкости проводится для Т 3 – 5о С. Если одной трубы недостаточно, можно использовать коллекторную систему, аналогичную применяемой в системах напольного и радиального радиаторного отопления. Съем тепла на 1 м трубы зависит от многих параметров (глубины, наличия грунтовых вод, качества грунта …). Ориентировочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов съем тепла составляет 20 Вт на 1 метр трубы, а для вертикальных 50 Вт на 1 м скважины (зонда), т.е. для обогрева дома с потребностью в тепле 10 кВт (коттедж площадью 200 м2), необходимо две скважины глубиной по 100 м, либо поверхностный коллектор с суммарной длиной труб 500 м). При использовании тепла водоема на его дне укладывается петля из металлопластиковой трубы, либо пластиковой трубы при больших диаметрах. Труба укрепляется с помощью грузов.