Що таке тепловий насос і як грамотно його вибрати

Вибір обладнання для обігріву житла зазвичай обумовлюється доступністю енергоресурсів. Але екологічна та економічна ситуація на планеті змушує людей думати про майбутнє. Тому на зміну газовим та електричним котлам поступово приходить високотехнологічне обладнання. І одним із них виступає тепловий насос, який використовує для обігріву будинку альтернативний вид енергії.

Джерело altenergiya.ru

Як працює тепловий насос

Насправді установка дуже схожа на холодильник. Адже принцип дії теплового насоса ґрунтується на можливості віддати тепло, змінюючи агрегатний стан речовини. А холодоагент, який рухається замкнутим контуром, може не тільки забирати собі тепло від навколишнього простору, але передавати його йому.

І це можна побачити, звернувши увагу на роботу звичайного морозильника. У нього всередині все покрито інеєм, а до задньої стінки краще не торкатися. Інакше можна отримати опік.

Схематично установку можна представити як систему, яка має три контури:

• Спочатку теплоносій, рухаючись першим контуром, бере з навколишнього простору тепло, підвищуючи свою температуру всього на кілька градусів.
• Далі надходить у випарник, де віддає це незначне тепло холодоагенту.
• Але останньому цього вистачає, щоб відразу перетворитися на пару, яка відразу потрапляє в компресор.
• Там холодоагент стискається. Підвищується тиск речовини, коли воно значно збільшує свою температуру.

Джерело solar-dom.com

• Гаряча речовина потрапляє у конденсатор. Там воно нагріває воду, що циркулює у системі опалення будинку.
• Охолодившись, холодоагент із пароподібного стану знову перетікає у рідкий.
• І рухається до випарника на початкову точку, де процес починається заново.

Для своїх процесів теплові насоси для опалення приватного будинку споживають електрику. Але останнє не задіяне у нагріванні ТЕНів чи спіралей. Агрегат не створює саму енергію тепла, а служить лише активації системи, яка передає його від джерела до споживача.

Тому витрати електрики у разі мінімальні, проти споживанням іншими системами. І якщо електричному котлу для вироблення двох кіловат тепла потрібно поглинути рівно стільки ж електроенергії, то тепловому насосу на це потрібно лише від 300 до 700 Вт. Ось ця різниця і є головною перевагою установки.

Плюси та мінуси геотермальних систем

На опалення тепловим насосом будинків не новаторські розробки. Такі країни, як Японія та США (штати з теплим кліматом), відпрацювали цей спосіб вже давно і досконало. Від них буквально не відстає вся Європа.

Джерело burenie-ug.com.ua

Але авторство методу залишається під питанням. Адже Радянський Союз також застосовував цю технологію ще з середини минулого століття. Щоправда, повсюдного поширення вона не отримала. Але у вісімдесяті роки минулого століття на території Ялти один із санаторіїв користувався величезною популярністю. І його постійно демонстрували як яскравий зразок досягнень технічного прогресу та радянської науки.

Для обігріву всього санаторію "Дружба" використовували найближче море. Але насосна теплова станція також забезпечувала всю округу гарячим водопостачанням та підігрівала басейни для купання на території здравниці. А ще вона охолоджувала кімнати в особливо спекотні дні.

Переваги системи обігріву, що працює від теплового насосу:

• Дозволяє заощадити на енергоносіях. У розрахунок береться лише електрика та порівняно з витратами на експлуатацію електрокотлів.
• Мінімальне технічне обслуговування. Після здачі системи в роботу, слідкувати доводиться лише за цілісністю контуру опалення.
• Використання практично на будь-якій місцевості. Окрім північних регіонів. Тепловий насос для опалення будинку працюватиме там, де є водні ресурси, земля та повітря.

Джерело zaggo.ru

• Не потрібно ні постійної, ні регулярної уваги. У систему не доведеться циклічно додавати паливо. Її роботу повністю автоматизовано.
• Виходячи з попереднього пункту, можна не бояться залишати будинок в опалювальний період на тривалий час. Достатньо виставити режим роботи на мінімальні параметри та контур опалення буде в повній безпеці.
• Також у безпеці буде і вся будівля. Тому що в системі немає жодної ділянки, на якій температура могла б піднятися критично. Та в працюючому контурі просто і нема чого вибухати.
• Система повністю екологічна. Немає ні шкідливих викидів в атмосферу та ґрунт, ні окислень. А сучасні холодоагенти безпечні для оточуючих.
• Універсальність установки дозволяє використовувати її не тільки для обігріву, але й для охолодження домашнього простору.
• Багато моделей мають реверсивність. Відбираючи тепло у кімнати в жарку пору, тепловий насос для приватного будинку віддає його у ґрунті для того, щоб використовувати у холод.
• Система здатна працювати навіть у сильні морози. Просто починаючи від мінус 20 ° C їй на допомогу доведеться підключати електрообігрівач.

Джерело academy-of-curiosity.ru

• Якщо навколишні умови щадні, то тепловий насос здатний опрацювати без капітального ремонту до 50 років. Щоправда, компресор стільки не витримає. І можливо його за цей термін доведеться кілька разів замінити.

Недоліків у системи замало. Але є й суттєві. Наприклад, знадобляться великі капіталовкладення на початковому етапі. Звичайно ж, вони окупляться, але на це підуть роки. На сьогоднішній день вартість такого обладнання дуже висока в порівнянні з опалювальними котлами. Та й налагодження геотермальної системи вимагатиме чималої суми.

Багато хто вважає серйозним мінусом, що тепловий насос безсилий перед морозами. Допомога іншої системи опалення при опусканні температури нижче мінус 15-20 градусів Цельсія є вимушеним заходом. І вимагає додаткових вкладень на закупівлю та підключення дублюючого обладнання.

Джерело nonano.ru

Та й повна нешкідливість дещо перебільшена. Адже теплоносій, забираючи тепло з навколишнього простору, порушує екосистему, яка встоялася тисячоліттями. І на великій глибині є мікроорганізми, існування яких є важливим, тому що вони забезпечують життєдіяльність для інших систем.

Правда завжди можна заспокоїти себе тим, що в порівнянні з нафтовидобуванням, подібна шкода планеті, майже і непомітна.

Різновиди систем

Тепловий насос для опалення здатний використовувати енергію, яка акумулювалася природою. І, як правило, усі джерела накопичують тепло від сонячної радіації. А різновиди обладнання розрізняють за тим, з якого місця воно забирає енергію передачі її споживачеві.

Джерело tildacdn.com

Ґрунтові

Грунт виступає найстабільнішим накопичувачем сезонного тепла. Якщо на глибині 7 метрів температура коливається від +5 до +8 °C, то на десятиметровому рівні вона постійна (+10 °C). А способів її відбирання за допомогою теплового насоса – два.

Колектор у горизонтальній площині

Труби для теплоносія укладаються горизонтально. Глибина їхнього залягання повністю залежить від промерзання грунту. У теплих районах колектор розташовують лише за один метр від поверхні. У суворіших регіонах труби закопують на глибину до трьох метрів. Дуже рідко облаштовується дворівневий колектор.

Для контуру беруть полімерну трубу еластичну діаметром від 25 до 40 мм. Її мають у своєму розпорядженні по поверхні різними способами – кільцями, змійкою, спіраллю. А головне під час укладання – це витримувати відстань між сусідніми трубами. Воно має бути від 0,6 до 0,8 метра.

Джерело tnmagazine.org

Структура ґрунту розповість про питому теплознімання:

• сухий пісок дасть 10 Вт із одного метра колектора;
• глина без води – 20 Вт на метр;
• волога глина – 25 Вт;
• глина із високим вмістом води дасть з одного метра 35 Вт.

Тому попередні розрахунки часто виходять маловтішними. Адже на будинок площею понад 100 м ² знадобиться визначити більше ніж 400 м ² ділянки. І це за умови, що ґрунт складається з вологої глини. А в перекладі мовою дачників це буде близько п'яти соток. Причому на поверхні не повинно бути не лише будов, а й навіть дерев. Допускається лише облаштування газону чи максимум квітника.

Вертикальний ґрунтовий зонд

При цьому способі труби заглиблюються від 20 до 150 метрів. Причому йдуть двома шляхами. Можна пробити свердловину 100 метрів і помістити туди одну U-подібну трубу. А можна взяти кілька таких труб і розмітити кожну у своїй свердловині, але завглибшки лише 20 метрів.

По суті тепловіддачу можна отримати однакову. Тому кожен вибирає спосіб за своїм гаманцем. Тільки слід пам'ятати. На буріння своєї ділянки взагалі необхідно отримати серйозний дозвіл. А проникнення на велику глибину коштує чимало.

Можна порівняти питомість теплознімання з попереднім колектором:

• осадові породи без вологи дадуть 20 Вт на погонний метр;
• кам'янистий ґрунт, а також ґрунти з водою – 50 Вт;
• висока теплопровідність каменю дасть 70 Вт;
• ґрунтові води виділять 80 Вт.

Щоб обігріти будинок площею 100 м ² потрібно всього два зонди, заглиблені на 80 метром. А між ними необхідно витримати відстань 5 метрів.

Джерело oboiman.ru

Звідси видно, що облаштування вертикального зонда ефективніше порівняно з горизонтальним колектором. До того ж, місця знадобиться зовсім мало. І до нього немає жодних претензій. Причому температура на глибині стабільніша, а чим далі, тим більша тепловіддача. Але у фінансовому плані зонд обійдеться значно дорожче.

Водяні

Принцип роботи теплового насоса, що використовує воду, практично нічим не відрізняється від ґрунтового. Вода, у її рідкому стані, завжди має позитивну температуру. Тому теплоносія в колекторі не важко забрати ці градуси і передати холодоагенту.

Різновиди теплових насосів, що беруть енергію у води:

• Колектор на дні водойми. Найпопулярніша конструкція завдяки своїй ефективності та економічності. На її облаштування не потрібно багато коштів. Достатньо затопити пластикову трубу за допомогою вантажу та насос почне транспортувати тепло до будинку. Єдина умова – водоймище не повинно знаходитися далі від будівлі, ніж за 50 метрів.
• У каналізаційних стоках. Підійдуть і скидні води. Подібні колектори дуже часто використовують у промисловості для гарячої води.

Джерело nia-krym.ru

• Колектор на ґрунтовій воді. Використовують для обігріву будинків у приватному секторі. В цьому випадку бурять дві свердловини, але труби в них не розміщують. Просто з однієї береться вода, яка вже на поверхні передає свою температуру одразу холодоагенту. А після цього вона скидається у другу свердловину.

Останній спосіб не користується популярністю, оскільки складний у реалізації. По-перше, підходить для місцевості лише з плином підземних вод, тому що скидання необхідно робити лише нижче забору. По-друге, потрібна ретельна фільтрація води, щоб уберегти випарник теплового насоса від корозії та забруднень.

Повітряні

Тепловий насос для опалення будинку, принцип роботи якого побудований на відбиранні тепла у повітря, має найпростішу конструкцію серед своїх побратимів. Колектора у першому контурі не потрібно зовсім. Повітря відразу надходить у випарник, де віддає своє тепло холодоагенту.

Джерело ksportal.ru

Але в цьому полягає й суттєвий мінус. Оскільки продуктивність системи залежить від погоди. А також від регіону проживання. Адже коли температура повітря опускається нижче мінус 15 градусів Цельсія, система не здатна якісно прогріти приміщення. І їй потрібна допомога інших обігрівачів.

Але крім довкілля, на роботу системи впливає якість самого повітря. Суха атмосфера, та ще й у теплому регіоні, дозволяє використовувати пристрій цілий рік і без проблем. У місцях з підвищеною вологістю та сильними вітрами краще відмовитися від повітряного обігрівача. Тому що зледеніння чи обмерзання обладнання не дозволить йому ефективно працювати.

Універсальність теплового насосу

Величезною перевагою обладнання є його функціональність. Адже тепловим насосом можна не тільки обігрівати будинок, а й створювати в ньому прохолодну приємну атмосферу в літню спеку. А також виділити окремий контур, підігріваючи воду для побутових потреб. А це особливо актуально у літній період, коли у міських котельнях розпочинаються планові ремонти.

Охолодження

Не всі моделі інтегрують вміння кондиціонувати повітря. Але тепловий насос «повітря-повітря» це вміє. І його перетворення з обігрівача на кондиціонер влітку, справа перемикання режимів. Але навіть якщо насос не має вбудованого модуля, його можна встановити окремо.

Гідравлічна розв'язка для охолодження повітря має низьку ціну. Реалізується вона окремим блоком і може пускати холод у приміщення через спеціальні настінні панелі з гарним повітряним обдуванням. Або навіть через систему «теплої статі».

Підігрів води

Встановлений окремий контур дозволить мати в будинку цілий рік гарячу воду. Але слід пам'ятати, що низькотемпературна система не зможе забезпечити надто високі градуси. Тому вода зможе прогрітися лише до 55 °C. І щоб постійно не економити, доведеться монтувати бойлер досить великого розміру. Щоб вистачило всіх членів сім'ї.

Навіщо у теплового насоса вбудований ТЕН

Повітряний тепловий насос часто комплектується додатковим електронагрівачем для автономного опалення. І це зовсім не зайва витрата грошей для регіонів, де температура повітря може опуститися нижче за мінус 15 градусів Цельсія. Якщо раптово настануть сильні холоди, робота теплового насоса стає малоефективною. І в цьому випадку краще мати можливість прогріти будинок іншим способом, ніж залишатися в будинку, що стрімко остигає, і чекати потепління.

Є й інший чинник, який виправдовує додатковий ТЕН. Економічно невиправдано встановлювати систему наперед більшої потужності, ніж потрібно. Цей «запас» постійно битиме по кишені. А по-справжньому холодних днів у теплих регіонах дуже мало. Тому краще разово викинути невелику суму грошей на екстрене обігрів, ніж регулярно платити за невикористану потужність.

Висновок

Тепловий насос є відмінною альтернативою використовуваним природним енергоресурсам на сьогоднішній день. Йдеться про газ, тверде паливо та електрику. Щоб уберегти екологію на планеті давно настав час задуматися про перехід на високотехнологічне обладнання, що переробляє в тепло альтернативні види енергії.

Правда вартість як самого обладнання, так і облаштування геотермальної системи для обігріву будинку досить висока і не кожному по кишені. Але подібний спосіб опалення свого житла виступає, як найекологічніший на сьогоднішній день. До того ж, він досить економічний. Але потрібно кілька років, щоб окупити великі початкові вкладення.

А якщо прийнято рішення облаштувати геотермальну систему та скористатися тепловим насосом, то залишається тільки вибрати, який різновид краще застосувати. Найбільш популярними є вертикальні грунтові зонди. Вони мають дуже високу продуктивність.

Непоганим варіантом є скористатися теплом із водойми. Але не всім пощастило жити в достатній близькості від нього. А повітряні теплові насоси мають масу плюсів, але тільки із застереженням. В ідеалі їм підходить лише теплий клімат.