Тепловой насос: удобно, выгодно, практично

Что такое тепловой насос? Явление это на российском рынке климатической техники новое. Компактная отопительная установка, которая предназначена для горячего водоснабжения и отопления жилых помещений и помещений производственного назначения.

За рубежом уже давно используются тепловые насосы. Основанные на них системы отопления ценятся за экологическую чистоту, поскольку для работы теплового насоса не требуется сжигание топлива, а значит, отсутствуют выбросы в атмосферу вредных веществ. Тепловые насосы отличаются экономичностью, большим сроком службы, надежностью и экологичностью.
Несмотря на то, что в России использование тепловых насосов не так развито, как на Западе, мировые прогнозы таковы, что к 2020 году доля тепловых насосов в отопительной технике составит не менее 75%.

Как работает тепловой насос?

Наиболее распространенный тип тепловых насосов - это насосы, которые в качестве источника тепла используют воздух. Такой воздушный насос забирает из окружающего воздуха тепло, использует его для нагрева воды и отопления (само собой, воздух до этого доходит до требуемых кондиций). Соответственно, диапазон температур соответствует нашему климатическому поясу, то есть от - 25 до +40 градусов Цельсия. Реверсивные тепловые насосы воздушно-водяного типа также постепенно завоевывают симпатии покупателей. Чаще всего насосы подобного типа поставляются в комплекте с насосным агрегатом и расширительным баком.
Кроме того, в Европе пользуются спросом насосы, использующие тепло грунта. Тепловая мощность модели подобного типа колеблется в диапазоне от 5 до 70 кВт.

Рассмотрим более подробно виды тепловых насосов

Тепловые насосы делятся на моно- и бивалентные. Насосы, относящиеся к моновалентным, рассчитаны так, чтобы осуществлять отопление и охлаждение целый год, тогда как бивалентные, отрабатывают потребность в охлаждении, а тепловая нагрузка осуществляется в пределах 20-60% зимой и 50-95% сезонной потребности в отоплении. Бивалентные тепловые насосы требуют наличия дополнительных источников тепла, которые будут покрывать сезонную пиковую нагрузку. Чаще всего для этой цели используются жидко-топливные или газовые котлы.

Какие же преимущества может предложить нам тепловой насос? Нужен ли он вообще?

Тепловой насос является источником энергии вашей системы отопления и снабжения горячей водой. Кроме того, тепловой насос - это источник холода для системы кондиционирования воздуха.
От более привычных источников тепловой энергии тепловые насосы отличаются грамотным использованием тепла, поступающего непосредственно из окружающей среды. Насос получает накопленную, благодаря солнцу, энергию из воды, грунта, из воздуха. Если вы решили сделать выбор в пользу теплового насоса, то можете попрощаться с громоздкой отопительной системой с ее пожарной небезопасностью, запахом топлива, шума дымовых труб, и прочих прелестей, включающих, кстати, постоянное беспокойство по поводу того, что топливо закончится.
Вы скажете, что отопление, питаемое от электричество - не та нагрузка, которую вы можете себе позволить. Но 20% от предполагаемой мощности можно найти?
Экономия денег и времени - вот, что, прежде всего, привлекает потребителей в тепловом насосе. Самое дешевое топливо на сегодняшний день в России - это природный газ, за ним идут дизельное топливо и, конечно, электроэнергия. Разница в стоимости энергоносителей постепенно сокращается. Котельная, использующая дизельное топливо, установка которой влетит в копеечку или установка теплового насоса с теплообменником грунтового типа. Что выбрать, учитывая, что разница в стоимости окупится за 3 года.

Необходимые условия для источника энергии.

Скальная порода, грунт, близлежащее озеро - источником энергии может служить любой природный источник тепла, температура которого превышает 1 градус Цельсия. Он должен быть доступен не только в летний период, но и в холодное время года. Море, река, даже выход из системы вентиляции теплого воздуха.
Внешний контур собирается из полиэтиленовых труб, укладывается в воду или землю и собирает из окружающей среды тепло. В качестве теплоносителя используется раствор этилового спирта или этиленгликоля (30% раствор)

При использовании в качестве источника тепла скальной породы, трубопровод необходимо опустить в скважину. Одна глубокая, или несколько неглубоких скважин, благодаря которым достигается расчетная глубина, решат проблему.
Предварительные расчеты ведутся, исходя из соотношения: 50-60 Вт на 1 метр скважины. Если ваш тепловой насос обладает производительностью в 10 кВт, то скважина необходима глубиной не менее 170-ти метров.

Если в качестве источника тепла решено использовать грунт, то трубопровод, из которого состоит внешний контур, закапывается в землю на глубину около одного метра, без использования специальных засыпок или предварительной подготовки грунта. Идеальным условием является постоянная влажность грунта, но и сухая земля не является помехой для установки, просто придется увеличить длину контура. Между соседними трубами дистанцию нужно соблюдать не менее 0.8-1 метра.
На 1 метр трубопровода внешнего контура, в данном случае, приходится около 20-30 Вт. Итого, насос мощностью 10 кВт требует установки контура длиной не менее 400 метров. Земляной контур не требует укладывания ниже уровня замерзания грунта, как уже сказано выше, глубина 1 метр - оптимальна. Контур не оказывает влияния на растения, так что садовым посадкам ничего не угрожает.

Если в качестве источника тепла решено использовать воду, контур укладывается на дно водоема (озера, реки, моря). Вариант водоема идеален с любой точки зрения. Рекордно короткий внешний контур, относительно высокая температура, самый высокий коэффициент преобразования тепловым насосом энергии.
На один метр трубопровода внешнего контура приходится 30 Вт. Соответственно, установка насоса, чья производительность составляет 10 кВт, потребует контура длиной всего 300 метров. На каждый погонный метр трубопровода устанавливается 5 (пять) кг груза.

Для установки теплового насоса воздушного типа, когда источником тепла служит поток воздуха из вытяжки системы вентиляции, требуется воздушный теплообменник. Насос такого типа имеет специальную конструкцию.

Тепловой насос служит не только источником тепла для системы отопления, что актуально в отопительный период, но и вырабатывает тепло для систем горячего водоснабжения, которое требуется круглогодично и круглосуточно.

Рассмотрим более внимательно принцип действия теплового насоса.

Охлажденный теплоноситель, проходит по трубопроводу, составляющему внешний контур и уложенному в землю (водоем) нагревается при этом, на несколько градусов. Внутри насоса, проходя через теплообменник, теплоноситель отдает тепло, собранное из окружающей среды, внутреннему контуру. Внутренний контур заполнен хладогеном. Хладоген, имеет низкую температуру кипения, поэтому, проходя через испаритель, меняет состояние с жидкого на газообразное.
превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и температуре -5 градусов Цельсия. Далее путь газообразного хладогена лежит в компрессор, где он достигает высокой температуры благодаря высокому давлению. Второй теплообменник, т.е. конденсатор производит теплообмен: система отопления получает тепло от хладогена, который переходит, охлаждаясь, в жидкое состояние, и теплоноситель несет полученное тепло непосредственно к отопительным приборам. Хладоген же охлаждается еще больше, если в системе дополнительно установлен сабкулер, который позволяет, таким образом, увеличить температуру прямой воды системы. Во время этих процессов давление хладогена все еще достаточно высокое. Оно понижается, когда хладоген проходит через редукционный клапан, после чего попадает в испаритель, чтобы цикл повторился снова.

Нужен ли пиковый подогрев?

Многие модели тепловых насосов дополнительно оснащены электронагревателями. Зачем? Номинальная мощность при выборе отопительной установки, рассчитывается , как правило, исходя из максимальной потребности тепла, то есть для покрытия тепловой нагрузки в самый холодный зимний день. Для наших широт минимальная расчетная температура минус 26 градусов Цельсия.
Конечно, исходя из многолетних наблюдений время стояния такой температуры всего лишь несколько дней в году, а значит, что значительная часть потенциала теплового насоса будет использоваться очень редко. Для выбора оптимального соотношения мощностей теплового насоса и электронагревателя разработан специальный интегральный график, универсальный для всех регионов России.
Из него следует, что оптимально наличие 2-х источников, один тепловой насос с мощностью, составляющей 60% от расчетной нагрузки, и другой - электронагреватель. Тогда за год первый источник выработает 92% энергии, а второй не более 8% энергии. Эта комбинация и позволяет снизить стоимость и увеличить срок окупаемости тепло-насосной установки. Причем определяющий фактор - это не стоимость самой установки, а стоимость устройства внешнего контура - скважины или земляного контура.

Принцип активного и пассивного кондиционирования.

Принцип холодоснабжения очень прост. В зимнее время тепловой насос перерабатывает тепло из окружающей среды для использования в стандартной системе отопления. Летом, наоборот, "охладитель" из скважины (7-9oC) используется, чтобы создать необходимый климат в помещениях дома. Фанкойлы подключается к внешнему коллектору, а принцип работы системы холодоснабжения такой же, как и системы отопления, за исключением того, что вместо радиаторов используются фанкойлы.

Пассивное охлаждение. Компрессор теплового насоса при пассивном охлаждении не работает, а теплоноситель циркулирует между скважиной и фанкойлами. Соответственно, холод из скважины попадаетт в систему кондиционирования напрямую.

Активное охлаждение. Если охлаждения пассивного типа не достаточно, в системе кондиционирования используется тот холод, который производится тепловым насосом. При этом автоматически включается компрессор насоса, и теплоноситель из скважины дополнительно охлаждается тепловым насосом.

Тандем: тепловой насос и теплый пол с водяным подогревом.

Такое сочетание следует признать наиболее удачным и эффективным. Энергия не только "производится" экономно, но и экономно распределяется! Тепловой насос по сравнению с традиционной отопительной установкой позволяет сэкономить до 80 процентов энергоресурсов, а система теплого пола по сравнению с классической "радиаторной" системой отопления, дает экономию энергии 10-15 процентов.
Отношение затраченной электроэнергии к выработанной насосом тепловой энергии, зависит и от системы отопления, для которой и поставляется тепло тепловым насосом. Чем меньше расчетная температура теплоносителя, тем больше эффективность теплового насоса. Обычно, в силу некоторых технических ограничений, температура, подаваемая из теплового насоса в систему, не должна превышать 55 градусов Цельсия. При этом, температура обратной воды не превышает 50 градусов.
При использовании системы отопления теплый пол никаких специальных расчетов не требуется, в отличие от радиаторной системы, требующей специального расчета и подбора отопительных приборов.

На рынке климатической техники фигурируют следующие типовые серии тепловых насосов:
Тепловые насосы воздух-вода;
Тепловые насосы воздух-вода;
Тепловые насосы вода-вода;
Тепловой насос воздух-воздух.

Ведущими фирмами-производителями тепловых насосов являются:

Компания "FHP" (США) уже более 30 лет производит тепловые насосы и является на мировом рынке общепризнанным лидером. Оборудование "FHP" гарантирует надёжность, экономическую выгоду, экологическую чистоту и высочайший уровень комфорта при использовании тепловых насосов в жилых домах, офисах, гостиницах, промышленных помещениях и т.д. Тепловые насосы производства FHP имеют лучшее соотношение цены и качества на российском рынке среди насосов аналогичного класса.

MECMASTER ENERGI AB - старейший шведский производитель тепловых насосов, гордится традициями, берущими начало еще в 1960-х годах и имеет собственный рынок в Европе. Насосы с торговой маркой THORVENT© и MEC^TM, выпускаемые этой компанией, имеют надежную репутацию на рынке благодаря своему высокому качеству.

Международный концерн Danfoss продолжает подписывать договора о покупке известнейших производителей тепловых насосов. Сейчас в его активе уже Avenir Energie - французский лидер по производству теплонасосов, шведская компания Thermia и швейцарская фирма Steinmann.

Серьезные позиции в мировом рейтинге производителей тепловых насосов занимают Viessmann (ЕС, Китай), Stiebel Eltron (Германия), KlimateMaster (США), G-MAR (Чехия).

Конечно же, не отстают от тенденций на рынке кондиционирования и отопительной техники "монстры", осваивающие, в основном, рынок тепловых насосов в сочетании с полами с водяным подогревом: DAIKIN, развиваясь в этом направлении, не так давно приобрела немецкую компанию Rotex, специализирующуюся на производстве тепловой техники.

В России многолетний опыт производства тепловых насосов имеет московская компания ООО "Корса".

Рекомендуемые модели тепловых насосов:

Тепловой насос FL 59
Тепловой насос FL 59 вырабатывает тепловую мощность 5 кВт, имеет дополнительный трехсекционный электрический догреватель, благодаря которому общая тепловая мощность может достигать 11 кВт. Этот тепловой насос получает тепло при охлаждении воздуха, покидающего здание через вентиляцию.
FL 59 оснащен встроенными вентилятором и циркуляционным насосом для прокачки теплоносителя по системе отопления.
Рассматриваемую модель целесообразно использовать в условиях наличия тепловыделений от работающей техники - плит, холодильников, других бытовых приборов или от скоплений людей - в торговых точках, кафе, а также тепла, вырабатываемого животными - на птицефабриках, свинофермах, коровниках.
FL 59 снабжен накопительным баком емкостью 210 литров для осуществления горячего водоснабжения.
Управление работой теплового насоса осуществляется контроллером.

Тепловые насосы MEC 6TB (4,5кВт, 6кВт, 8кВт, 10кВт, 12кВт, 14кВт, 16 кВт,)
Тепловые насосы MEC относят к классу компактных, экологически чистых, солее-водяных установок, которые позволяют получить тепло для отопления и горячего водоснабжения за счет использования тепла грунта, скважины, водоема. Установки оснащены циркулярными насосами для контура рабочей жидкости и водяного контура системы отопления.
Со стороны теплого контура теплового насоса должен быть установлен аккумуляторный бак, котел, бойлер, либо другое соответствующее оборудование.
Работа теплового насоса полностью автоматизирована.

Тепловой насос geoTHERM classic
относится к типу воздух-вода, предназначен для использования внутри помещения, оснащен погодозависимым регулятором с жидкокристаллическим дисплеем и индикатором сэкономленных средств за энергоносители, компрессором, который оптимизирован для работы по схеме воздух/вода. Обладает несомненным достоинством - простотой монтажа, а также диагностики и регулировки.

Производственная программа тепловых насосов:
geoTHERM exclusiv (Бойлер с двойной стенкой, 150 литров, тепловая мощность: 6, 8, 11 кВт ), geoTHERM comfort (тепловая мощность: 6, 8, 11, 16, и 18 кВт), geoTHERM pro (тепловая мощность: 28, 38, и 44 кВт)

Соляной/водяной тепловой насос Vitocal 200
Новый соляной/водяной тепловой насос Vitocal 200 может предложить покупателю все те функции, которые необходимы при применении тепловых насосов в коттеджах.
Диапазон мощности от 6 до 10 кВт делает возможным круглогодичное обеспечение теплом в моновалентном режиме эксплуатации.

Тепловой насос воздушный NIBE FIGHTER 2020
FIGHTER 2020 забирает тепло из воздуха улицы и подает в систему отопления или систему водоснабжения. Имеет автоматический регулятор мощности или производительности с 2 скоростями вращения вентилятора.

Серия тепловых насосов ClimateMaster GR
Предназначена для воздушных отопительных или охладительных систем кондиционирования (отопления) для любых типов зданий или коттеджей. Может использоваться как утилизатор тепловых выбросов для вторичного использования тепла. Возможно использование для отопления и кондиционирования помещений для бассейнов. Мощность: от 1,2 до 11,3 кВт. Подача воздуха: от 400 до 12 000 м3/ч.