Тепловой насос удачный выбор для коттеджа
«Тепловой насос» звучит немного непривычно, но название вполне объяснимо. Во-первых, в устройстве в самом деле используют насос для транспортировки жидкости и газа. Во-вторых, речь идет о «перекачке» тепла и его использовании для бытовых нужд. Самое главное, используется не прямая энергия высокотемпературных источников, а тепло источника с температурами ниже, чем у теплоносителя системы отопления. Речь идет о значениях от +5 °C до +30 °C для низкотемпературных источников. Как же это можно сделать?
Принцип работы
Используются те же законы, что и в холодильнике, только в обратной последовательности — испаритель хладагента устанавливают в контакте с источником низкотемпературного тепла, компрессию используют для концентрации энергии хладагента и передачи ее теплоносителю в теплообменнике. Это простейший двухконтурный тепловой насос, но в типовых установках используют еще один дополнительный контур.
В этом контуре циркулирует незамерзающая жидкость — рассол. Он отбирает тепло у источника и переносит его хладагенту. А дальше уже работает схема теплового насоса.
Это описание наиболее распространенного типа теплового насоса, использующего тепловую энергию земли. Но можно использовать и другие источники:
Тепло воздуха. Такой источник может использоваться только при температуре не ниже +5°C. Для наших регионов это дает возможность снизить расходы на отопление в переходной период или обеспечить горячей водой коттедж на теплое время года. Но он не решает отопления в условиях, когда зима длится практически полгода.
Тепло водоемов. Такой источник более стабилен, но все-таки не настолько. К тому же не так часто дома стоят на берегу водоема большого объема, а это уже серьезное ограничение. Именно поэтому использование тепла земли или подземных вод наиболее распространено.
Схема работы теплового насоса
Контур с рассолом. В этой части необходимо «отобрать» тепло у земли. Используют две схемы — горизонтальная и вертикальная, у каждой из которой свои преимущества.
Горизонтальный вариант проще обустроить технически. Необходимо, чтобы система трубопроводов (как правило, это полиэтиленовые трубы) пролегала ниже точки замерзания грунта. Проблема в том, чтобы аккуратно снять верхний, плодородный слой, а затем обратно его уложить. Для минимизации площади укладки, трубу располагают кольцами внахлест. Объем земляных работ высокий, но не требуется бурение. Есть ограничения применения по размеру участка и типу грунта (например, в скальном горизонтальную укладку провести технически очень сложно).
Вертикальный контур универсален, к тому же он более эффективен. Можно использовать одну глубокую скважину или несколько неглубоких. Есть проекты, у которых контур проходит внутри свайного фундамента. Сама схема — это труба, изогнутая в виде литеры U. Рассол в нижней точке нагревается, поднимается и нагревает хладагент во втором контуре. С этого момента холодильник начинает работать «наоборот».
Теплообменник, в котором энергия рассола заставляет хладагент (фреон) из жидкого состояния переходить в газообразное, и есть в обычном понимании испаритель. Доходя при низкой температуре до кипения, фреон охлаждает рассол, а сам в газообразном виде и под давлением до 4 атмосфер попадает в компрессор. Там он сжимается в несколько раз. Газ при сжатии нагревается, чем меньше объем — тем выше температура. Именно в этот момент происходит тот самый переход от низкой температуры большого объема к высокой температуре малого, при этом общая энергия газа остается прежней — просто она «сконцентрировалась».
«Горячий» фреон под высоким давлением (до 26 атмосфер) попадает в теплообменник системы отопления или бойлера, в котором отдает часть энергии теплоносителю или контуру горячего водоснабжения.
После теплообмена фреон, все еще в газообразном состоянии и под высоким давлением, поступает в дроссель, где происходит процесс обратный компрессии — давление падает, что при неизменном объеме приводит к снижению температуры до точки конденсации фреона. Хладагент в уже жидком состоянии возвращается в теплообменник первого контура и опять «закипает». Цикл замкнулся.
Затраты на электроэнергию для перекачки рассола и работу компрессора в несколько раз меньше, чем если бы ее использовать для обогрева электрокотлом. И хотя разные производители указывают свои цифры, но если их подытожить, то на 1 кВт электроэнергии можно получить не меньше 4 кВт тепловой энергии.
Летняя схема использования
Тепловой насос можно использовать не только для обогрева. Про горячее водоснабжение было сказано выше, а оно необходимо круглый год. Но низкотемпературную энергию можно использовать для кондиционирования и охлаждения — после дросселя температура фреона не выше +3 °C.
Конечно, тепловой насос очень эффективный тип получения альтернативной энергии и за ним хорошее будущее. Но стоимость оборудования по отечественным меркам немаленькая.
Во многих странах есть программы, которые поощряют и субсидируют установку таких систем для малоэтажного жилья (частные дома, коттеджи) в рамках развития альтернативной энергетики. У нас об этом пока больше говорят, чем делают. Вот и получается, что затраты с учетом срока окупаемости, ресурса оборудования и работ, соизмеримы с затратами использования у нас классических видов топлива — газа и угля.
Хотя газ есть не везде. Газгольдер и сжиженный газ далеко недешевы, а уголь, с точки зрения обслуживания системы отопления, не самый лучший вид топлива, к тому же ему сопутствует дым, сажа, шлак, а это уже проблема экологии.