Тепловий насос для опалення будинку - різновиди, переваги та принцип роботи

Особливість теплового насоса полягає в використанні енергії навколишнього середовища для обігріву приміщень або кондиціонування повітря. Альтернативний спосіб опалення має свої переваги і набирає все більшої популярності серед власників заміського житла, але висока ціна конструкції і великі витрати на її монтаж істотно скорочують кількість потенційних споживачів нетрадиційних опалювальних систем.

Принцип роботи

Пристрій теплового насоса дозволяє забирати енергію землі, а також повітря і води, перетворюючи її в тепло, або в холод, виходячи з поточних потреб власника. При цьому, в зимовий період відбувається обігрів будинку, а в літній - його охолодження, коли система працює як кондиціонер. Крім цього, обладнання здатне забезпечити потреби домочадців в гарячій воді, призначеної для господарських потреб. Принцип функціонування теплових насосів в чому схожий на роботу холодильних компресорів.

Підземні надра здатні акумулювати тепло і підтримувати постійну температуру на певній глибині протягом усього року, що дає переваги в використанні їх енергії.

Схематично роботу теплового насоса, призначеного для опалення, можна представити таким чином:

теплоносій на кілька градусів нагрівається в трубах, укладених в грунті або воді;
через теплообмінник, він же випарник, енергія передається на внутрішній закритий контур;
речовина з низькою температурою кипіння, зване холодоагент, підігрівається в випарнику і перетворюється в газоподібний стан, після чого надходить в компресорний відсік;
під дією високого тиску речовина в компресорі стискається, а його температура підвищується буквально на кілька градусів;
газоподібний холодоагент під тиском виштовхується в конденсаторний відсік, віддаючи тепло в опалювальну систему через теплоносій, охолоджується і осідає в камері у вигляді конденсату;
перетворилося в жідкообразное стан речовина повертається у вихідне положення.

Теплові насоси не виробляють тепло за рахунок електроенергії, вона потрібна тільки для його переміщення. При споживанні одного кіловата електрики виробляється 5-6 кіловат теплової потужності.

Як низькопотенційних енергоджерел використовують:

У літній період часу деякі моделі теплових насосів функціонують як кондиціонери. Їх робота побудована на описаному вище принципі, тільки по зворотній схемі.

Теплові насоси не залежать від поставок газу і інших джерел енергії, але вони потребують незначному обсязі електроенергії. Пристрої вигідні в експлуатації, але ціна на них поки ще занадто висока, та й окупаються вони не настільки швидко, як хотілося б. Нерідкі випадки, коли поряд з тепловим насосом для обігріву будинку великої площі використовують сонячні батареї, встановлені на даху будівлі.

Різновиди теплових насосів

Одна з класифікацій теплонасосного обладнання відбувається за принципом роботи агрегатів. Найбільш поширеним і затребуваним є компресійний тип насосів, що приводиться в дію за допомогою електричної енергії.

Також теплові типи насосів підрозділяються по вигляду використовуваного джерела тепла. Вони бувають:

геотермальними, витягає енергію з землі, або води;
повітряними, заснованими на принципі вилучення тепла з навколишнього повітря;
вторинними, що дозволяють використовувати тепло, вироблене в процесі технологічного циклу на промислових підприємствах (наприклад, при охолодженні трубопроводів або готових виробів при їх кристалізації).

Геотермальний джерело енергії

Теплові насоси, що відносяться до геотермальному виду обладнання, використовують енергетичні ресурси землі, а також води, як підземної, так і наземної. Устаткування буває двох видів:

Геотермальні замкнуті системи діляться:

на горизонтальні;
на вертикальні;
на водні.

Перші дві системи умовно називають «грунт-вода», а останню - «вода-вода».

Геотермальні насоси в горизонтальному виконанні представляють собою підземний колектор, укладений кільцями або плавно вигнутими лініями в траншеях, викопаних на глибину, що перевищує нижній рівень промерзання грунту. Даний показник для кожного регіону країни є індивідуальним і залежить від природних умов певної кліматичної зони. Дізнатися його можна з нормативних документів.

Геотермальний тепловий насос для опалення приватного будинку вважається найбільш практичним з точки зору економічної вигоди, але він вимагає занадто великої ділянки для свого пристрою, який згодом стане непридатним для більшості садових рослин.

У скелястих породах також застосовують вертикальні системи. Для цього пробуривают одну глибоку або кілька дрібних свердловин. Їх загальна довжина може доходити до 200 метрів.

Водний геотермальний тепловий насос «вода-вода» призначається для відбору тепла з водойм. Колектор укладається за тією ж схемою, що і горизонтальна система, але не в землі, а в воді нижче рівня її промерзання. Водне теплонасосної обладнання вважається найбільш дешевим варіантом пристрою опалювального контуру закритого типу. Прийнятними умовами для установки даного виду насосів є наявність поблизу будинку водойми достатнього обсягу глибиною 3-4 метри.

Слід зазначити, що укладання теплового насоса на дно озера або іншої водойми вимагає наявності дозвільних документів.

Відкритий тип геотермальних теплонасосів передбачає використання води в якості теплообмінника. Вона переміщається в системах відкрито, а після виконання своєї функції прямує назад в грунт. Подібний варіант теплових установок вимагає присутності поблизу великого обсягу чистої води, а також документів, що дозволяють виконувати монтажні роботи.

Повітряні теплові системи

Устаткування, що використовує повітря як низько потенційного джерело тепла, ефективніше працюють в південних регіонах країни, так як при температурі, що опускається нижче мінус 15 градусів, значно зменшується коефіцієнт трансформації повітря в тепло. За принципом роботи повітряне теплонасосної обладнання нагадує кондиціонер, але воно в кілька разів могутніше.

Тепловий насос відрізняється компактними розмірами і без праці вписується в присадибна ландшафт. Його використовують в тому випадку, коли виконати установку земляного колектора по тим чи іншим причинам не вдається.

Потужні установки монтують на окремо розташованих фундаментах, а мають малу продуктивність - підвішують до зовнішньої поверхні несучих стін або ставлять на дах будинку. Нерідко тепло від одного блоку підводиться відразу до декількох внутрішнім розподільникам.

Повітряні насоси відносяться до систем «повітря - вода» або «повітря - повітря». За ефективністю вони поступаються іншим видам теплонасосного обладнання, зате не вимагають виконання великого обсягу земляних робіт.

Тепловий насос як кондиціонер

Охолодження будинку за допомогою теплового насоса проводиться двома способами:

пасивним, або природним;
активним, максимально наближеним до принципу роботи кондиціонера.

Пасивна технологія спирається на той факт, що влітку на глибині водоймища і в надрах землі температура буває завжди нижче, ніж усередині будинку. Тому й існує природний спосіб охолодження, або кондиціонер, який працює безпосередньо.

Активна технологія передбачає використання для функціонування кондиціонера реверсивного теплонасосного обладнання, що дозволяє управляти рухом холодоагенту. З його допомогою тепло з будинку передається в теплообмінник, звідки воно згодом благополучно виводиться назовні.

Переваги теплонасосного обладнання

Якщо не брати до уваги високі матеріальні витрати на установку теплових насосів в опалювальних системах, можна відзначити, що їх використання має ряд незаперечних переваг:

висока економічна результативність. Для функціонування системи потрібна мінімальна кількість електроенергії;
екологічність. Відсутність викидів в атмосферу шкідливих або отруйних речовин;
автономність у поєднанні з універсальністю. Теплові насоси не вимагають підведення будь-яких комунікацій, а для вироблення електроенергії можна використовувати дизельний генератор малої потужності;
безпеку. Системи не призводять до пожежі, так як для їх роботи не потрібні пожежонебезпечні джерела паливної енергії;
довговічність. Простота конструкції дозволяє обходитися без капітального ремонту тривалий період часу (понад 50 років);
перспективність. Природні джерела є абсолютно безкоштовними, тому теплові насоси, все-таки, окупаються;
зручність і комфорт при експлуатації. Спостерігається стійкий температурний режим, відсутній шум, є можливість дистанційного керування.

Питання доцільності монтажу теплового насоса

Слід зазначити, що висока вартість самого обладнання, а також монтажних робіт в поєднанні з надекономічним паливним ресурсом багатьох споживачів вводить в замішання. В європейських країнах більш гостро відчувають постійне підвищення цін на джерела енергії та розуміють необхідність їх економії, тому установка теплових насосів там росте з року в рік завдяки програмам державної підтримки.

На просторах СНД власнику доводиться весь вантаж матеріальних вкладень брати на власні плечі і мріяти про те, що колись витрати окупляться. Але якщо у власника є можливість вкласти початкову суму в альтернативне обладнання, то це стане дійсно вигідною інвестицією, про яку нащадки будуть згадувати з вдячністю.

Фахівці стверджують, що опалювальні системи з тепловими насосами здатні окупитися через три-чотири роки. Дана заява дозволяє говорити про перспективність їх використання в якості обігрівачів і кондиціонерів для дому.

Паливне обладнання, яке працює на солярці, рідкому газі та вугіллі не має навіть мінімальної можливості скласти конкуренцію теплового насосу для опалення ні за експлуатаційними витратами, ні за рівнем комфорту, не кажучи вже про безпеку і надійність роботи опалювальної системи. Але використовувати безкоштовні природні ресурси буде економічно виправдано лише в тому випадку, якщо поблизу не проходять магістральні газопроводи, і найближчим часом газ проводити не планується.