Постоянное увеличение цен, особенно на электроэнергию и топливо заставляет многих домовладельцев всерьез задумываться о смене традиционных систем отопления на альтернативные варианты. Одним из наиболее выгодных и эффективных устройств является тепловой насос. Эта технология активно используется в частных домохозяйствах и на промышленных предприятиях Европы и Америки уже более 25 лет. В нашей стране такое технологичное оборудование получило распространение относительно недавно. В Советском Союзе существовали экспериментальные поселки, отапливающиеся полностью при помощи теплонасосов. Тогда это был лишь эксперимент, сегодня технология становится самой настоящей практикой.
Тепловой насос – устройство, способное получать и отдавать тепловую энергию от более нагретого объекта менее нагретому, увеличивая при этом температуру. Вытягивает тепло такой агрегат из естественных источников – земли, грунтовых вод и воздуха. Популярными тепловые насосы стали благодаря дешевизне получения таким способом тепла и отсутствии вредных веществ, появляющихся в процессе деятельности, что максимально безопасно для окружающей среды.
Как работает тепловой насос?
Принцип функционирования теплового агрегата аналогичен механизму действия обычного холодильника, только в обратном направлении. Если холодильный аппарат устраняет тепло из продуктов и направляет их наружу, то тепловой насос действует наоборот: он извлекает тепловую энергию снаружи и пускает ее на обогрев помещения. Причем речь здесь идет не только о преобразовании воздуха. Такие агрегаты также умеют получать тепло из земли и грунтовых вод. Так как полученной энергии чаще всего для запуска целой системы отопления недостаточно, внутри насоса также действуют термодинамические процессы.
Основа механизма теплового насоса – процесс холодильного цикла. Неважно, какой именно источник тепла используется, основной принцип всегда стабилен и всегда состоит из 4 этапов:
- Испарение. Чтобы запустить процесс испарения жидкости, на нее необходимо воздействовать энергией. Понять это можно на примере воды. Стоит только нагреть ее до 100 градусов, то есть воздействовать на нее тепловой энергией, как она начинает испаряться. Если увеличить количество энергии, температура воды больше не будет расти, жидкость просто полностью перейдет в состояние пара;
- Сжатие газа. Любое сжатие газа сопровождается увеличением температуры вследствие увеличения давления. Проверить это можно на примере. Закройте отверстие воздушного велосипедного насоса и сжимайте воздух. Через какое-то время цилиндр насоса нагреется;
- Конденсат. Поскольку энергия не исчезает, после образования конденсата энергия, потраченная на испарение, вновь высвобождается;
- Расширение. Если жидкость находится под давлением, а затем это давление начинает резко падать, температура жидкости тоже сильно снижается.
Все 4 этапа, преобразовываясь в единый процесс, непрерывно повторяются внутри теплового насоса. Для передачи тепловой энергии применяется специальная жидкость – хладагент, способная испаряться при низких температурах. Для преобразования этой жидкости в пар используется энергия тепла земли или воздуха. Чтобы получить энергию от источников агрегату достаточно температуры даже -20 градусов. Полученный холодный пар хладагента после этого сильно сжимается. В этот момент происходит его нагрев до 100 градусов, за счет чего он уходит в осадок и отдает тепло системе отопления. После передачи энергии давление хладагента сильно падает. Уменьшение давление вызывает и уменьшение температуры до первоначального состояния. Цикл может повторяться снова.
Типы тепловых насосов
Тепловые насосы сегодня представлены в большом ассортименте. Существует множество различных видов этих устройств. По источнику тепла, с которым работает агрегат, насосы бывают следующих типов:
- Геотермальные. В этом случае насос выделяет тепловую энергию из грунта или подземных вод;
- Воздушные. В данном случае тепло извлекается прямо из атмосферы;
- Работающие с вторичным теплом. В этом случае устройство выделяет тепло из воздушных масс, потоков воды и даже стоков канализации.
Различают насосы и по способу преобразования тепловой энергии:
- Компрессионные. В данном случае основными частями агрегата являются, как и в холодильнике: расширитель, испаритель, конденсатор и компрессор. Работа построена на процессе сжимания и расширения теплоносителя с последующим выделением тепловой энергии. Это наиболее популярная разновидность тепловых насосов, поскольку они дают хороший результат и при этом просты в использовании;
- Абсорбционные. Это современные устройства, считающиеся своего рода новым поколением. В качестве рабочего вещества здесь применяется абсорбент-хладон. Использование именно такого продукта увеличивает эффективность работы аппарата.
По виду теплоносителя на входе/выходе различают следующие типы насосов:
- Системы «воздух/воздух». Эта разновидность устройств работает, забирая тепло у более холодного воздуха, преобразует в энергию и пускает ее на отопление помещения;
- Насосы «вода/воздух». Для забора тепла здесь используют водяные скважины или зонды, а в качестве устройства для отопления – воздушную систему;
- Системы «воздух/вода». Здесь процесс работы устроен наоборот. Тепло из атмосферы преобразуется в энергию для обогрева воды и дальнейшего отопления с ее помощью;
- Устройства «грунт/вода». Данная система включает в себя проложенные под землей трубы, по ним протекает вода, которая и забирает тепловую энергию прямо из земли;
- Насосы системы «лед/вода». Для обогрева в данном случае используется энергия, полученная вследствие высвобождения при образовании льда. С ее помощью в системе отопления нагревается теплоноситель – вода.
Эффективность использования теплового насоса
Чтобы тепловой насос был действительно эффективным и позволял экономить в сравнении с традиционными способами отопления, он должен давать энергии тепла больше, чем затрачивать электрической. Такое соотношение показателей принято называть коэффициентом преобразования. Эта цифра может меняться в зависимости от некоторых условий. К примеру, от температуры на улице. Чем там холоднее, тем ниже эффективность теплового прибора.
Перед тем, как выбрать конкретный тип теплового насоса, нужно рассчитать его эффективность на конкретной местности, поскольку вывести общую рабочую формулу производительности в данном случае просто невозможно. Лучше всего в самом начале пути обратиться к эксперту, который сможет учесть погодные условия, качества исходного планируемого источника, а также энергозатраты семьи, а затем рассчитать, какой насос нужен.
Тепловые насосы все более широко применяются на российском рынке. Связано это в первую очередь с их преимуществами:
- Экономичность. Для получения 1кВт/ч энергии система тратит до 0,35 кВт/ч электроэнергии;
- Простота использования;
- Простые требования к организации вентиляции помещения, а также благоприятные условия пожарной безопасности;
- Возможность менять режимы отопления, с зимнего на летний – путем кондиционирования дома;
- Небольшие габариты и отсутствие сопутствующего шума.
Согласно статистическим данным Европейской ассоциации тепловых насосов, еще совсем недавно продажи данных устройств главным образом происходили во Франции. В последние годы рынок стремительно расширяется, все больше пользователей появляется в Великобритании, Германии и Восточной Европе. Согласно оценкам на будущее, в ближайшие пять лет доля использования тепловых насосных систем увеличится до 75 %.
Проверил специалист: Зорин Роман
Отредактировал: Шатохин Николай
