Отопление дома тепловым насосом

Нередко перед домовладельцем ставится задача, как спланировать отопление и горячее водоснабжение в своем доме. Реализация системы отопления с помощью твердого топлива, газа и электричества несет в себе определенные сложности и затраты.  Для организации теплообмена и эффективного энергосбережения с помощью самовозобновляемых источников энергии (природных грунтовых, водных и воздушных ресурсов) используется отопление тепловым насосом.

Разновидности тепловых насосов

Существуют тепловые насосы следующих типов:

• земля и вода – с применением воды или рассола, а также с использованием грунтового зонда. Грунтовой насос может быть установлен с помощью зонда на участке небольшой площади, либо с помощью коллектора, проложенного под уровнем промерзания грунта на большом земельном участке. Такой тепловой насос подходит для отопления и нагрева воды зданий различного типа, не требует сложного технического обслуживания и долговечен;
  
• вода и вода – данная система является открытой, используется грунтовая скважина либо озеро, река, море (с фиксированием шланга на дне водоема). Эффективно применение теплового насоса для отопления дома, пассивного охлаждения воздуха, а также для организации подогрева воды;
  
• воздух и воздух – по принципу воздушного теплообмена. Воздушный тепловой насос получает тепло из воздуха снаружи здания посредством испарительного блока. Такую систему используют только для нагрева воздуха внутри помещения;
  
• вода и воздух – с использованием грунтового зонда или скважины, а также воздуха. Данная система работает по принципу кондиционера — с тем различием, что осуществляется нагрев не воздуха, а воды в качестве теплоносителя. Применяется для отопления загородного дома тепловым насосом, а также для организации горячего теплоснабжения.

 Преимущества и недостатки

Среди преимуществ отопления дома тепловым насосом можно назвать:

• энергосбережение и экономичность – сокращаются затраты на отопление, тепловые насосы поставляют энергию для поддержания комфортной температуры и нагрева воды при минимальном энергопотреблении от источника электричества;
• универсальность применения – данная система перекачивает тепло из практически неисчерпаемого резервуара энергии – природной среды. Тепловой насос может использоваться как в промышленных объектах, так и в частных постройках. Совместим с любой циркуляционной системой отопления, может применяться как для нагрева, так и для кондиционирования воздуха. Тепловой насос может выступать в режиме пароохладителя – теплообменника, который будет использовать летом излишки тепла для нагрева воды;
• удобство эксплуатации – тепловой насос не нуждается в специально оборудованной системе вентиляции, защищен от перебоев электропитания, устойчиво и надежно работает в автономном режиме, не требует специального технического обслуживания. Может использоваться в бивалентных схемах систем отопления – совместно с газовым котлом либо электрокотлом;
• экологичность – данная система безопасна для здоровья человека, увлажняет воздух, не выделяет в отапливаемое помещение потенциальных аллергенов, а также в окружающую среду вредных выбросов, продуктов горения;
• безопасность применения – данная система абсолютно взрыво- и пожаробезопасна, так как горение топлива, газы и токсичные смеси отсутствуют. При остановке системы отсутствует вероятность замерзания жидкости и последующего выхода из строя насоса.

Согласно отзывам о тепловых насосах, эффективно их использование в режиме невысоких температур – например, для водяного отопления пола. В жару возможно применение работы теплового насоса для охлаждения помещения – тепло передается хладагенту и выводится из дома через теплообменник наружу. В процессе теплообмена система потребляет электрическую энергию значительно экономичнее, чем традиционные электрокотлы.

К недостаткам данной системы можно отнести:

• достаточно высокую цену теплового насоса относительно традиционных схем отопления. Например, по сравнению с установкой газового или электрического котла геотермальный насос (в котором в качестве источника тепловой энергии выступает земля) обойдется значительно дороже, затраты же окупятся через длительное время;
• тепловой насос займет такую же площадь в котельной, как и газовый котел. Дополнительно для вертикальных зондов из расчета на 1 кВт тепловой мощности потребуется порядка 25 м² площади участка для размещения, для горизонтальных – до 250 м². Для размещения в воде потребуется доступ к водоему и некоторая его площадь;
• тепловой насос относится к высокоточной аппаратуре, требующей подключения к трехфазной сети. Следует учесть, что запуск компрессора характеризуется высоким пусковым током (возможно, потребуется устройство плавного пуска);
• система отопления тепловым насосом, как правило, оборудована спиральным компрессором, характеризующимся значительным уровнем шума – несмотря на применение звукоизоляционных материалов. Таким образом, может понадобиться оборудование отдельного помещения котельной, а для высокомощных моделей от 40 кВт – оборудование его специальными звукоизоляционными материалами;
• бурение скважин подразумевает повторное благоустройство прилегающего земельного участка. Кроме того, может понадобиться согласование проведения буровых работ.

Устройство и принцип действия теплового насоса

Тепловой насос изобрел еще в девятнадцатом веке английский физик, позднее его усовершенствовал австрийский инженер. В 40-х годах двадцатого века придумали, как использовать тепло, выделяющееся при работе морозильной камеры для отопления дома и нагрева воды. В дальнейшем технология отопления при помощи теплового насоса получила распространение в 70-х годах — вследствие развития мировой тенденции энергосбережения. Попросту говоря, тепловой насос функционирует по схеме, напоминающей работу холодильника. В холодильном агрегате тепло от продуктов питания нагревает циркулирующий по трубам хладагент, в системе теплового насоса, наоборот – в дом переносится накопленное в грунте, воде, воздухе или глубинных недрах тепло.

Основными компонентами теплового насоса являются:

• испаритель;
• конденсатор;
• понижающий давление дроссельный клапан;
• повышающий давление компрессор, питающийся от электросети.

Данные составляющие теплового насоса связаны в единую замкнутую систему с помощью трубопровода, по которому циркулирует в одной части цикла жидкость, в другой газ. Температура кипения хладагента около 40°C, поэтому он может использоваться с низкотемпературным тепловым источником, точка кипения меняется с изменением давления.

Система отопления с помощью теплового насоса работает циклично следующим образом:

• на коллектор поступает жидкость (может применяться спиртовой либо соляной раствор, гликолевая смесь), поглощающая тепло и доставляющая его к насосу;
• на испарителе энергия передается хладагенту – вскипая и превращаясь в газ, он отбирает тепло, поставляемое коллектором из окружающей среды;
• газ, попадающий в компрессор, сжимается – и, нагреваясь, выталкивается в конденсатор;
• компрессор выступает в роли теплоотдатчика – нагревает теплоноситель системы отопления в доме, при этом хладагент снова переходит в жидкое состояние и направляется в коллектор.

Мощность теплового насоса

Необходимую тепловую производительность насоса рекомендуется рассчитывать после утепления окон, а также стен и крыши, исходя из существующих потребностей здания. Можно провести ориентировочный расчет, исходя из площади отапливаемых помещений и суммарного потребления горячей воды. Стоит учитывать, что в средних широтах тепловой насос обычно покрывает порядка 60% годовой потребности тепловой энергии для отопления, а также горячего водоснабжения.

Тепловой насос — видео