Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования
В Европе и США тепловые насосы используются уже более 25 лет и успешно применяются как в быту, так и в промышленности. Одной из особенностей этой технологии является способность преобразовывать низкопотенциальное тепло окружающей среды, такой как земля, вода или воздух. Тем не менее, в России эта экологически чистая технология получила широкое распространение только в последние годы.
Несмотря на это, уже в советское время существовали экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов. Это был смелый и новаторский эксперимент в свое время, но сейчас технология стала частью повседневной жизни и находится в практическом использовании двадцать первого века.
Устройство и работа бытового теплонасоса
Одним из альтернативных источников энергии являются тепловые насосы, которые позволяют перемещать тепло от менее нагретого тела к теплому и тем самым повышать его температуру. Тепловые насосы являются экологически чистым способом получения дешевого тепла без вреда для окружающей среды.
Принцип работы бытового теплонасоса заключается в том, что тела с температурой выше абсолютного нуля обладают запасом тепловой энергии, который пропорционален массе и удельной теплоемкости. При рассмотрении каких-либо тел, например, морей, океанов, подземных вод, которые обладают огромной массой, можно понять, что их запасы тепловой энергии можно использовать для отопления домов без вреда для экологии мира. Охладив теплоноситель, его тепловую энергию можно получить по формуле Q = C*M*(T2 − T1), где Q является полученным теплом, С — теплоемкость, M – масса, T1 и T2 – соответственно начальная и конечная температуры охлаждаемого тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 °C, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 °C.
Современные тепловые насосы могут быть разных типов в зависимости от целевой задачи. В целом определить тип теплового насоса можно по нескольким основным характеристикам. Первое, что следует учитывать при выборе теплового насоса, это способ передачи энергии. Тепловые насосы бывают компрессионными и абсорбционными. Компрессионные тепловые насосы используют цикл сжимания-расширения теплоносителя для переноса энергии и являются основными элементами установки таких систем, как компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Они просты в использовании, очень эффективны и наиболее распространены. Абсорбционные насосы, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон, являются новым поколением тепловых насосов. Они обеспечивают более высокую эффективность и экономичность в использовании, чем компрессионные насосы. Второй фактор выбора теплового насоса – это источник тепла. Типичные варианты включают геотермальные тепловые насосы, воздушные тепловые насосы и те, которые используют вторичный источник тепла, такие как воздух, вода или канализационные стоки. Третьим фактором является тип теплоносителя входного и выходного контура. Есть несколько основных вариантов тепловых насосов, которые работают с различными источниками тепла. Например, тепловые насосы «воздух-воздух» используют тепло более холодного воздуха для отапливаемых помещений, тогда как тепловые насосы «вода-вода» используют тепло грунтовых вод, используемых для отопления и горячего водоснабжения. Тепловые насосы «грунт-вода» используют трубы, которые прокладываются под землей, и по которым циркулирует вода, забирающая тепло из грунта. Тепловые насосы, которые используют тепло, выделяемое при формировании льда, называются тепловыми насосами «лед-вода», и они могут использоваться для теплового энергопотребления в системах отопления и горячего водоснабжения. В целом, выбор теплового насоса зависит от нескольких факторов, таких как требуемый вид передачи энергии, источник тепла и тип теплоносителя входного и выходного контура.Переформулированный текст с сохранением структуры:
Рассчитываем эффективность тепловых насосов для отопления
Для того, чтобы тепловой насос стал эффективным, он должен выдавать больше тепловой энергии, чем потреблять электроэнергии. Это отношение известно как коэффициент преобразования. Коэффициент преобразования зависит от разницы температур входного и выходного контура. Именно поэтому система становится менее эффективной в холодное время. У разных типов тепловых насосов этот показатель может колебаться от 1 до 5. Однако, для объективной оценки теплового насоса, потребуется еще один параметр – годовая эффективность.
Расчет эффективности конкретного теплового насоса зависит от большого количества факторов и достаточно сложен. Не существует универсальной формулы, которая бы могла применяться в каждом отдельном случае. Поэтому, если вам нужен определенный результат, обратитесь к экспертам. Они помогут в зависимости от ситуации подобрать оптимальный тип теплового насоса и указать необходимый объем хладагента.
Переработанный текст:
- Тепловые насосы распространены в тех случаях, когда другие способы организации системы отопления являются более затратными. Тепловые насосы сегодня широко используются в производстве и быту из-за ряда преимуществ:
- Экономичность. Для передачи 1 кВт•ч тепловой энергии в отопительную систему требуется всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
- Простота эксплуатации.
- Упрощение требований к системам вентиляции помещений и повышение уровня пожарной безопасности.
- Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
- Компактность и отсутствие шума, что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.
- По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени рынок этого оборудования был сосредоточен во Франции. В последние годы он расширяется в Германии, Великобритании и Восточной Европе. Мировой энергетический комитет предполагает, что уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов составит не менее 75% в развитых странах.
- Недостаток тепловых насосов - не высокая температура нагреваемой воды. Обычно это 50-60 °С.
- Кстати, в 2002 году в Москве была сдана в эксплуатацию теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома в микрорайоне Никулино-2. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.
Традиционным и наиболее распространенным вариантом отопления частных домов и коттеджей по-прежнему остается газовое отопление. Однако вариант с использованием теплового насоса не только значительно выгоднее, но и гораздо удобнее в плане монтажа. Для установки газового котла требуется не только специальный дымоход и вентиляция, но и разрешительные документы, что может оказаться непростым делом. В свою очередь, применение тепловых насосов сэкономит время и деньги, а также избавит от необходимости проведения дополнительных работ. Стоимость прокладки газа в Подмосковье составляет около $20 000, при условии, что расстояние до газопровода не превышает 1 км. В противном случае, затраты могут вырасти в несколько раз. Кроме того, стоит учитывать скорость работы газовщиков. Установка теплового насоса под ключ обойдется примерно в $15 000, а монтаж занимает не более 2-3 недель. Таким образом, применение тепловых насосов позволяет сделать эффективный, простой и экономичный выбор для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.
Фото: freepik.com