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.

Тепловой насос – эта система, которая позволяет переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, чтобы увеличить его температуру. С помощью тепловых насосов можно получать дешевое тепло, не нанося при этом вреда окружающей среде. Бытовой теплонасос работает на основе принципа, что каждое тело, имеющее температуру выше абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии, который пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Исходя из этого, можно использовать запасы тепловой энергии, например, морей, океанов и подземных вод, для отопления домов, не нанося ущерба природе.

Чтобы «взять» тепловую энергию тела, его необходимо охладить. Формула для грубого расчета выделяемого тепла при охлаждении тела имеет вид Q=C*M*(T2 − T1), где Q – полученное тепло, C – теплоемкость, M – масса, T1 – начальная температура, T2 – конечная температура в результате охлаждения. Разница температур может быть небольшой при росте массы теплоносителя. Для примера, можно получить столько же тепла, охладив 1 кг теплоносителя с 1000 до 0 оС, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 оС.

Виды тепловых насосов

Существует два типа тепловых насосов в зависимости от способа передачи энергии:

• Компрессионные. Компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель - основные элементы установки. Рабочий цикл включает в себя сжимание и расширение теплоносителя для выделения тепла. Этот тип тепловых насосов наиболее популярен благодаря своей простоте и высокой эффективности.
• Абсорбционные. Это новое поколение тепловых насосов, которые используют пар абсорбента-хладона в качестве рабочего тела. Применение абсорбента повышает эффективность работы таких тепловых насосов.

Тепловые насосы также классифицируются по источнику тепла:

1. Геотермальные. Этот тип тепловых насосов использует тепловую энергию из грунта или воды.
2. Воздушные. Тепло извлекается из воздуха с помощью таких тепловых насосов.
3. Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода или канализационные стоки.

Также тепловые насосы могут быть классифицированы по способу передачи теплоносителя входного/выходного контура:

1. Тепловые насосы «воздух-воздух». Они берут тепло у более холодного воздуха и отдают его в отапливаемое помещение.
2. Тепловые насосы «вода-вода». Здесь используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для системы отопления и горячего водоснабжения.
3. Тепловые насосы «вода-воздух». С помощью зондов или скважин для воды и воздушной системы отопления осуществляется передача теплоносителя.
4. Тепловые насосы «воздух-вода». В этом случае используется атмосферное тепло для водяного отопления.
5. Тепловые насосы «грунт-вода». Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
6. Тепловые насосы «лед-вода». Такие тепловые насосы используют тепловую энергию, которая высвобождается при получении льда для нагрева воды в системе отопления и горячего водоснабжения. Замораживание 100-200 литров воды может обеспечить обогрев среднего дома в течение всего часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

Эффективность теплового насоса является критерием его работы и зависит от соотношения потребляемой электрической энергии и получаемой теплоты. Для обеспечения максимальной эффективности требуется, чтобы тепловой насос выдавал больше тепловой энергии, чем потреблять электрической. В данном случае говорим о коэффициенте преобразования, который может изменяться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Если уличная температура ниже, то система становится менее эффективной.

Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может быть различным. В среднем коэффициенты преобразования колеблются от 1 до 5. Однако для объективной оценки эффективности необходимо учитывать еще один параметр - годовую эффективность.

Тем не менее расчет эффективности конкретного теплового насоса является сложной задачей, которую невозможно решить с помощью обобщенной формулы. Каждый случай требует индивидуального подхода и обращение к экспертам. Специалисты помогут подобрать необходимый тип теплового насоса и объем хладагента в зависимости от условий и поставленных задач.

За последние годы тепловые насосы стали все более популярными как на производстве, так и в быту. Главной причиной этого стало их экономическое преимущество перед другими системами отопления, так как их стоимость значительно ниже. Также тепловые насосы имеют низкий уровень шума, что делает их привлекательными для использования в частных домах.

Кроме того, системы на основе тепловых насосов просты в использовании, не требуют обслуживания и имеют более низкие требования к вентиляции помещений, что повышает безопасность пожара. Еще одно преимущество заключается в том, что системы на основе тепловых насосов могут работать и как системы отопления, и как системы кондиционирования воздуха в летний период.

Согласно Европейской ассоциации тепловых насосов, рынок этого оборудования растет быстрыми темпами в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценкам Мирового энергетического комитета, в ближайшие пять лет, доля систем отопления и горячего водоснабжения, работающих на тепловых насосах, увеличится в развитых странах не менее чем на 75%.

Однако у тепловых насосов есть свой недостаток - они не могут обеспечить высокую температуру нагреваемой воды. Обычно она составляет около 50-60 градусов Цельсия. Но несмотря на это, проекты на основе тепловых насосов все больше возникают в разных уголках мира, например, уже в 2002 году в Москве была сдана в эксплуатацию система горячего водоснабжения на основе тепловых насосов.

Традиционно, для отопления частных домов и коттеджей выбирают газовое отопление, но использование тепловых насосов зачастую является более выгодным и удобным вариантом. Установка газового котла требует специальных строительных работ, таких как установка дымохода и вентиляции, а также документов на разрешение, в то время как тепловые насосы эти проблемы устраняют и значительно экономят затраты. Если вам необходим газ в доме, расположенном в Подмосковье, то это обойдется вам в сумму около $20 000, если дом расположен на расстоянии менее, чем в 1 км от газопровода. В противном случае стоимость может увеличиться в несколько раз. Кроме этого, вам придется учитывать скорость работы газовиков. Установка теплового насоса “под ключ” обойдется вам в сумму от $15 000, а все работы займут 2-3 недели. Поэтому можно сделать однозначный вывод, что использование тепловых насосов - это экономически выгодное, экологически чистое, удобное и эффективное решение для отопления и горячего водоснабжения частных домов.

Фото: freepik.com