Что такое тепловой насос и как сделать тепловой насос своими руками? .
Самый эффективный путь экономии энергии в частном доме - это уменьшение стоимости затрат на отопление и приготовление горячей бытовой воды. Энергоэффективные технологии в этой области дают наиболее заметный результат. Тепловой насос позволяет собирать бесплатную энергию с участка земли около дома, причем неважно, какого размера участок. Действительно, тепловой насос требует некоторое количество электроэнергии для работы, но выдает в 3 - 4 раза больше энергии (имеется в виду тепловая энергия), чем потребляет от электросети.
Тепловые насосы - это компактные отопительные установки, предназначенные для автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. Они экологически чисты, так как работают без сжигания топлива и не производят вредных выбросов в атмосферу, а также чрезвычайно экономичны, поскольку при подводе к тепловому насосу, например, 1 кВт электроэнергии, в зависимости от режима работы и условий эксплуатации, производит до 3-4 кВт тепловой энергии.
Применение тепловых насосов различной тепловой мощности является принципиально новым решением проблемы теплоснабжения и позволяет в зависимости от сезона и условий работы достигать максимальной эффективности в их работе. Тепловые насосы имеют большой срок службы до капитального ремонта (до 10-15 отопительных сезонов) и работают полностью в автоматическом режиме. Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы. Срок окупаемости оборудования не превышает 2-3 отопительных сезонов.
Тепловым насосом называется машина, которая поглощает низкопотенциальную теплоту из окружающей среды с температурой 4-6 градусов Цельсия и выше и передает ее в систему теплоснабжения потребителей в виде нагретой воды или воздуха. Передача тепла производится рабочим телом - хладагентом (фреоном). Электроэнергия, потребляемая тепловым насосом, тратится лишь на перемещение фреона по системе с помощью компрессора точно так же, как в холодильных машинах.
Система работает как котел при отоплении и как кондиционер при охлаждении. Зимой система тепло неостывшей земли передает в дом. Этот же цикл используется и при нагреве воды. Летом излишки тепла в доме передаются через теплообменник в обратном направлении.
Источником тепла может быть скалистая порода, земля, вода или, например, воздух. Охлажденный теплоноситель, проходя по трубопроводу, уложенному в землю (озеро) нагревается на несколько градусов. Внутри теплового насоса теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.
Внутренний контур теплового насоса заполнен хладогеном. Хладоген, имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и температуре -5 С. Из испарителя газообразный хладоген попадает, а компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник, конденсатор. В конденсаторе происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладоген отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.
После прохождения через конденсатор жидкий хладоген может быть еще более охлажден, а температура прямой воды системы отопления увеличена посредством дополнительно установленного сабкулера. Давление хладогена, тем не менее, все еще остается высоким. При прохождении хладогена через редукционный клапан давление понижается, хладоген попадает в испаритель, и цикл повторяется снова.
В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для обогрева дома может быть использовано тепло естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов).
Получение тепла из скважины - наиболее распространенный тип устройства внешнего коллектора. Обычно используется скважина, аналогичная скважине для водоснабжения. В зависимости от мощности теплового насоса и глубины залегания грунтовых вод глубина скважины может составлять от 50 до 200 метров. Этот тип устройства внешнего коллектора наиболее удобен, т.к. не требует много места.
При сборе тепла с участка земли в землю на глубину 0,8 - 1 м укладывается труба диаметром 25 - 40 мм, как при укладке контуров теплого пола. В зависимости от мощности теплового насоса общая длина труб может составлять несколько сотен метров.
Если поблизости есть водоем, то можно уложить внешний контур на дно водоема. Это сократит длину внешнего контура до 2 раз.
Тепловые насосы комплектуются системой управления и автоматики, которая поддерживает заданный режим работы теплового насоса.
Энергетическая эффективность применения тепловых насосов зависит от температуры низкопотенциального источника и будет тем выше, чем более высокую температуру он будет иметь.
- себестоимости тепловой энергии, производимой с использованием различных видов топлива.
- отсутствия необходимости в закупке, транспортировке, хранении топлива и расходе денежных средств, связанных с этим;
- высвобождения значительной территории, необходимой для размещения котельной, подъездных путей и склада с топливом.
Установка не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, так как нет внутреннего и внешнего блока, занимает минимум пространства и о ней станет известно вашим гостям только, если вы этого захотите.
Установка этих систем потребует проведения внутренних электромонтажных работ, прокладку внутренних воздуховодов, монтаж внешнего теплообменника. Стоимость этих работ зависит от ваших требований и расценок монтажной фирмы. Различают следующие конструкции геотермальных насосов:
- насос с закрытым циклом: теплоноситель прокачивается через замкнутый контур, который может быть проложен глубоко в земле или по дну водоема. Это более экологически безопасный метод, чем открытый цикл;
- насос с вертикальным теплообменником: замкнутый контур теплообменника устанавливается вертикально в подготовленные отверстия. Применяется в тяжелом грунте или при ограниченности пространства участка. Наиболее эффективным считается тепловой насос с замкнутым циклом: теплоноситель прокачивается через замкнутый контур, который может быть проложен глубоко в земле или по дну водоема.
При работе этих систем используется возобновляемое тепло солнечного излучения, которое накоплено в земле. Поэтому применение тепловых насосов снижает затраты энергии полученной путем сжигания топлива и соответственно снижает выброс в атмосферу токсичных веществ. Кроме того, применение воздушных систем отопления позволяет контролировать состояние воздуха в Вашем доме, удалять вредные примеси, частицы пыли, споры, различные аллергены и запахи.
Учитывая компактность, экономичность и простоту в обслуживании, тепловые насосы по совокупности эксплуатационных параметров могут представлять интерес для различных категорий потребителей тепловой энергии.
На рынке России тепловые насосы - новинка, однако в развитых странах эти устройства производятся и успешно эксплуатируются уже более 30 лет. Обратив свое внимание на опыт Швеции и Финляндии по применению тепловых насосов.
Население Швеции составляет в настоящее время 9 млн. чел. Количество индивидуальных домов (на семью) - около 1,6 млн., включая летние домики. Среди этой группы населения 550 000 используют в качестве источника энергии для обогрева электричество, 224 000 - электричество в сочетании с дровами, 104 000 - централизованное теплоснабжение (для новых домов). Около 350 000 домов обогревается тепловыми насосами различных типов.
Исторический обзор рынка. Уровень продаж на шведском рынке тепловых насосов испытывал значительные колебания в период 1986-1999 гг. Одна из причин роста объема продаж между 1986 и 1999 гг. - рост цен на нефть, поэтому стало выгодно переходить от жидкого топлива к тепловым насосам. Спад между 1991 и 1994 гг. был вызван застоем в строительстве нового жилья, падением цен на нефть, отменой дотаций и исчезновением непрофессиональных монтажников, появившихся в период высокого спроса в 1990-1991 гг. В результате всего этого объем продаж резко упал в 1992-1995 гг. Положительная тенденция после 1995 г. обусловлена тремя важными факторами:
- субсидиями правительства Швеции на перевод от жидкого топлива/электричества к отоплению тепловыми насосами. Эти субсидии оказали положительное воздействие на производство тепловых насосов вплоть до конца 1990-х гг.
- ростом строительства нового жилья одновременно с ростом связанных секторов рынка.
- введением Шведской Ассоциацией Тепловых Насосов (SVEP) сертифицирования монтажных оргнизаций, удостоверяющего наличие необходимого уровня квалификации для установки тепловых насосов. Более того, особое внимание уделялось потребительской надежности и безопасности, для чего Ассоциация предоставляла гарантии и страховки как часть общего пакета услуг. Целью этого было (и остается до сих пор) завовевание доверия будущих покупателей.
Рынок и развитие отрасли Согласно последнему прогнозу от Boverket (правительственное учреждение при Министерстве строительства), в 2000 г. было построено 19 000 жилых домов, а в 2001 г. их число составило 22 000. Более половины жилья составляют индивидуальные дома на одну семью. Это означает годовой прирост более 1000 жилых домов по сравнению с предыдущими периодами. Другое изменение в 2001 г. состоит в том, что рост продаж тепловых насосов с использованием тепла удаляемого воздуха значительнее, чем тепловых насосов, изспользующих рассол или воду.
Рост продаж в течение первой половины 2001 г. свидетельствует о годовом приросте примерно на 10% по сравнению с 1999 г. Как видно из графика, объем продаж после 1995 г. увеличивается каждый год.
В Швеции у тепловых насосов наибольшие шансы стать заменой жидкому топливу, электричеству, дровам для вновь строящегося жилья и для переоборудования существующих систем отопления. При этом предполагается, что качество производства тепловых насосов постоянно улучшается. Качество в этом контексте подразумевает все этапы - от изготовления до монтажа. Пользователь должен чувствовать себя под опекой даже после завершения монтажа. Этого можно добиться, уделяя столько же внимания постпродажному сервису, сколько и собственно торговле. Пакет услуг, включающий гарантии и страховки, разраотанный SVEP, играет важную роль и способствует завоеванию доверия, необзодимого для успеха на рынке.
Более 5 лет назад перспективы тепловых насосов в Финляндии были ограничены. Сейчас этот рынок быстро расширяется. Огромная потребность в энергии, рост стоимости энергоресурсов, защита окружающей среды и уже существующая надежная технология производства тепловых насосов - этим объясняется выбор финскими семьями тепловых насосов для обогрева своих новых домов. 5 лет назад только 1% новых домов отапливался тепловыми насосами. В этом году более 10% финских строителей устанавливают системы, которые снабжают дома дешевой и экологически чистой энергией с помощью тепловых насосов. Большая часть из них - тепловые насосы на воде/рассоле, утилизирующие через вертикальные или горизонтальные теплообменнике тепло грунта или одного из 200 000 озер Финляндии.
В настоящее время на рынок начали поступать тепловые насосы, работающие на удаляемом воздухе. Они являются в
