Содержание:
Кондиционеры, холодильники, сушильные машины и некоторые системы отопления объединяет наличие особого устройства — теплового насоса. Он позволяет переносить тепловую энергию от источника к потребителю. Рассказываем об этом подробнее.
Существует огромное количество способов отапливать помещение. Это можно делать как традиционными способами — с помощью газа или электричества, так и «древними» — с помощью угля или дров. Последний способ используется в тех случаях, когда дом не имеет газификации, а электричество слишком дорогое. Но есть и другой способ — с помощью теплового насоса. Ему не нужен газ или другое горючее, а для работы требуется всего несколько киловатт электроэнергии.
Что такое тепловой насос
Тепловой насос — это устройство, которое может переносить тепловую энергию от источника к потребителю. Фактически, насос просто выкачивает тепло из одного нагретого тела и отдает его другому, менее нагретому. Этот принцип основан на том, что любое тело, которое обладает температурой выше абсолютного нуля (−273,15 °C), также обладает некоторым запасом тепловой энергии, которую, в теории, можно у него забрать.
На планете нет объектов, которые имеют температуру ниже абсолютного нуля и даже близкую к этому значению, поэтому выкачивать тепло можно откуда угодно. Это может быть как атмосферный воздух, так и озера, реки, моря, океаны, подземные источники, грунт и даже скальные породы, которые накопили огромное количество энергии за теплое время года.
Очевидно, что такие запасы можно использовать в полезном ключе — например, для отопления домов. Причем без ущерба для природы, так как в процессе теплового переноса происходит лишь перераспределение энергии. Это никак не влияет на окружающую экологию, в отличие от других способов отопления — например, с помощью газовых или твердотопливных котлов, которые не только генерируют избыток тепловой энергии, создавая парниковый эффект, но и, ко всему прочему, производят вредные выбросы в атмосферу.
Тепловой насос можно использовать не только для отопления, но и для охлаждения — в таком случае тепло забирается не из атмосферы, а из комнатного воздуха, и передается на улицу. По этому принципу работают кондиционеры.
Как работает тепловой насос
Тепловым насосом называют готовую систему, которая состоит из двух контуров — внешнего и внутреннего. Внешний контур — это теплоноситель (раствор этиленгликоля или этиловый спирт), который проходит через трубки, уложенные в землю или водоем, и передает собранное тепло на внутренний контур. Внутренний контур состоит из двух радиаторов (испаритель и конденсатор), а также расширительного клапана, хладагента и, самое главное, компрессора, который занимается передачей тепловой энергии.
Работает такая система следующим образом — теплоноситель проходит по внешнему контуру, накапливает тепловую энергию и возвращается ко внутреннему контуру. Последний, по сути, это обычный кондиционер, только гораздо мощнее. Здесь происходит самое главное — фреон кипит при отрицательных температурах и превращается из жидкого состояния в газообразное и обратно, нося по контуру огромное количество тепловой энергии. Этот процесс называется фазовым переходом. Если не понятно, рассказываем «на пальцах».
Намочите тряпку водой с температурой 37-38 °C и проведите ею по тыльной стороне ладони. Чувствуется тепло? А теперь подуйте на это место. Чувствуется прохлада? Протрите кожу насухо и пощупайте — участок кожи, где только что была вода с температурой на пару градусов выше температуры тела, стал холодным. Это не волшебство, а самый обычный закон физики — испаряясь, вода прихватывает с собой часть тепла с поверхности. И чем интенсивнее она испаряется, тем больше забирает тепла. Интенсивность мы как раз можем регулировать силой обдува. Аналогичным образом работает штатная система охлаждения человека — потоотделение.
Теперь возвращаемся к технике. Теплоноситель забирает тепло у естественного источника (например, грунт) и отдает его внутреннему контуру. Здесь и начинается тот самый процесс фазового перехода — только вместо воды или пота здесь используется инертный газ под названием «фреон». Он имеет очень низкую температуру кипения (-5 °C) и способен гораздо эффективнее отбирать тепло у источника.
Находясь под сильным давлением (20–25 атмосфер), газ пребывает в жидком состоянии. Но, когда фреон проходит через испаритель, он переходит в газообразное состояние — то есть, очень активно испаряется. Вместе с этим он забирает тепло у источника с помощью одного радиатора (испарителя) и переносит его на другой — конденсатор. Затем газ снова сжимается до жидкого состояния, и процесс передачи тепла повторяется циклично.
Click here to preview your posts with PRO themes ››
За сжатие газа отвечает компрессор — электрический двигатель, который приводит в движение систему, состоящую из поршней и клапанов. Это единственный компонент, которому для работы требуется внешний источник энергии.
Откуда можно брать тепло
Черпать тепловую энергию можно из разных источников — как из природных, так и из искусственных. Естественно, первый вариант предпочтительнее, так как это бесплатно и безвредно для природы. Тем более, таких источников очень много и все они находятся буквально у нас «под ногами».
В чем преимущество теплового насоса
Установить и эксплуатировать тепловой насос дешевле, чем газифицировать участок. Для того, чтобы реализовать отопление газом, необходимо провести согласования, получить огромное количество разрешений, подвести коммуникации, произвести монтаж оборудования и обеспечить соблюдение технического регламента в помещении. Например, построить котельную комнату, установить вытяжки, различные датчики и системы пожарной безопасности.
Для установки теплового насоса достаточно найти свободное место на участке и согласовать работы с компанией, которая будет производить монтаж оборудования. Здесь не нужно получать разрешения, а также регистрировать приборы учета — платить придется только за электроэнергию. Причем гораздо меньше, чем это было бы при использовании электрического котла.
Для отапливания коттеджа площадью 200 м² необходим источник тепла мощностью не менее 20 кВт. Это может быть как газовый или электрический котел, так и тепловой насос.
Преимущество теплового насоса заключается не только в безопасности технологии для природы и простоте установки, но также в экономичности такого способа отопления или охлаждения. Дело в том, что насос производит больше тепловой энергии, чем потребляет электрической. Таким образом КПД насоса в несколько раз превышает 100 %.
Например, современный напольный радиатор потребляет из розетки 2 кВт энергии и выдает тепла почти на столько же ватт. Таким образом КПД этого отопительного прибора составляет примерно 98 %. При этом условный тепловой насос, чтобы выдать 2 кВт тепла, затратит всего 500 Вт электричества. Остальные ватты он возьмет из земли, водоема или воздуха. Таким образом его коэффициент полезного действия составляет 400 %. Точнее, коэффициент преобразования (СОР) — у электрического радиатора он равен 0,98, а у условного теплового насоса достигает 4-х единиц.
Тепловой насос экономичнее электрического котла в 3-4 раза. Он также занимает второе место по стоимости 1 кВт тепла после газового отопления.
Из этого вытекают и другие преимущества. Например, для теплового насоса не нужно подводить мощную электролинию и ставить дорогой счетчик со сложной обвязкой. Вместо этого будет достаточно вывести отдельную розетку от электрощитка, которая будет питать тепловой насос и помпу, заставляющую теплоноситель циркулировать в системе.
Можно ли охлаждаться с помощью теплового насоса
Тепловой насос может заменить не только котел зимой, но и кондиционер летом. Причем на охлаждение комнат в таком случае будет затрачиваться минимальное количество энергии — столько, сколько нужно для работы помпы. Она будет прокачивать теплоноситель по системе и переносить охлажденный воздух из скважины или грунта в дом. Сам тепловой насос при этом работать не будет, так как для охлаждения хватит и природных ресурсов.
Но, если вдруг пассивной мощности системы окажется недостаточно, то в дело включится тепловой насос и обеспечит более эффективное охлаждение. Вместо радиаторов отопления в таком случае система задействует фанкойлы — потолочные системы, которые выступают в роли внутреннего блока кондиционирования. Такие часто встречаются в больших магазинах, на складах и в промышленности.
Использование теплового насоса для отопления — это современный и эффективный способ, который имеет все шансы вытеснить с рынка такие привычные системы, как газовый и электрический котлы. Однако пока все упирается в стоимость самой системы и ее установки — на данный момент работы «под ключ» обходятся не менее чем в 1 000 000 рублей за геотермальную установку. Это, конечно, немного дешевле, чем проводить газ с нуля, но дороже, чем пользоваться уже газифицированным объектом.