Можно ли сэкономить на отоплении? Вопрос волнует многих, особенно с учетом постоянного роста тарифов на энергоносители. Более 30 лет назад была предложена альтернатива – извлекать энергию из окружающей среды. Разработанная схема получила название – тепловые насосы для отопления дома. Да, для нас это в новинку, но опыт Европы и Японии доказывает эффективность.
Описание и принцип действия
Развернутое описание геотермальной системы отопления: для начала представим замкнутый контур, в котором циркулирует жидкий или газообразный химический состав – хладагент. Приводится в движение при помощи компрессора. Теперь добавим расширительный клапан (похожий на воронку), который создает область высокого и низкого давления. У хладагента есть одно полезное свойство – сжимаясь, он нагревается. В точке выхода из нагнетателя газ или жидкость имеет наибольшую температуру, а на выходе из клапана – наименьшую.
Включим в конструкцию 2 теплообменника – испаритель на холодную область и конденсатор на горячую. В первом случае будет происходить охлаждение воздуха или воды (как в холодильнике, кондиционере), во втором – нагревание теплоносителя для последующей передачи в отопительный контур.
Остался последний штрих – добавляем источник низкотемпературного тепла: геотермальные зонды, трубопроводы, проложенные ниже точки замерзания грунта или на дне водоема, либо тепловой насос воздушного типа.
Таким образом, получается комплекс из 3 контуров:
- Внешний – трубы с циркулирующим антифризом или другим теплоносителем.
- Коллекторный, состоящий из трубопровода и встроенных термообменников, компрессора, клапана.
- Внутренний – отопительная система и горячее водоснабжение.
Весь механизм регулируется автоматикой. Производители утверждают, что опытным путем вычислен срок службы теплового насоса – около 20 лет без капитального ремонта. Однако есть повод усомниться в утверждении – физические процессы под названием «трение», «износ» и некоторые другие. Это дает основание утверждать: максимальное время работы тепловых установок без ремонта – в среднем не более 10 лет.
Преимущества и недостатки
- Высокий уровень КПД – более 300 %. То есть на каждые затраченные 2-3 кВт электричества (на работу компрессора, автоматики) получается до 6 кВт тепловой энергии. Указанных показателей достигают практически все, даже если собраны тепловые воздушные насосы своими руками.
- Выгодное вложение средств.
- Безопасность в эксплуатации. Отсутствуют взрывоопасные составляющие (дизельное топливо, газ, нагревательные элементы).
- Использование только возобновляемых ресурсов, отходы от которых не вредят окружающей среде.
- Комфортность – малый уровень шума и легкое управление по принципу «климат-контроля».
- Устройство теплового насоса для нагрева воды в частном доме не требует специальных разрешений, согласования и других аналогичных моментов.
- Если систему запустить в обратную сторону, то летом можно получить функциональную конструкцию кондиционирования.
А теперь укажем недостатки. Их, разумеется, меньше, но они значительны:
- Стоимость установки насосов для отопления под ключ чересчур высокая. Готовый комплекс окупит себя в лучшем случае через 8-10 лет. Между тем обычная конструкция отопления с газовым котлом обойдется в 5-12 раз дешевле, а монтаж проводится быстрее и с меньшими трудозатратами.
- В центральной части России покупатели, которые для обогрева дома в холодное время используют тепловые насосы, заметили, что их эффективность ощутимо падает при температуре ниже -10 °С. Поэтому стоит подумать о резервном варианте и приобрести электрокотел, переносные радиаторы и другие аналоги.
- Особые требования к конструкции дома. Жилье должно быть тщательно утеплено, например, по принципу «шведской стенки». Толщина утеплителя составляет 20-50 см. То есть затраченная сумма на отопление дома тепловым насосом под ключ увеличивается на стоимость дополнительных мероприятий по изоляции дома.
- Если источник – грунт или водоем, то площадь коллектора должна в несколько раз превышать размеры отапливаемого дома. При этом занятый участок земли нельзя использовать под насаждения.
Таким образом, система эффективна и выгодна с позиции КПД, текущих затрат на электричество, но слишком дорогая в установке. Долгий срок окупаемости не добавляет тепловым насосам привлекательности в глазах потенциальных покупателей.
Внешние источники тепла
Тепловые насосы, применяемые для отопления дома, извлекают энергию из следующих источников:
1. Недра земли – практически бесплатный термогенератор, ведь на глубине ниже точки замерзания грунта держится стабильная плюсовая температура независимо от времени года. Здесь применяются 2 технологии:
- Бурение скважины диаметром до 15 см и глубиной до 200 м – так называемый вертикальный коллектор.
Принцип работы теплового насоса «грунт-вода»: забор грунтовых вод из одной скважины, прогон через теплообменник и переброс в другую либо в водоем. Внешний контур выполняется из пластиковых труб.
- Укладка сети трубопроводов по участку на глубине ниже 1 м – горизонтальный коллектор.
На выбранной площади снимается слой грунта, укладывается шланг в изоляционной оболочке с интервалом между контурами не менее одного метра, далее производится обратная засыпка и обязательное увлажнение почвы. В сухом состоянии земля слабее отдает тепло циркулирующей по трубам воде.
Грунтовые тепловые насосы требуют значительных капиталовложений, вместе с тем считаются самыми эффективными и долговечными.
2. Водоемы – для тех, у кого поблизости имеется водохранилище немалых размеров, это практически неиссякаемый источник тепла. Внешний контур укладывается по дну или в донном иле, фиксируется грузом и замыкается. Тепловой насос «вода-вода» может использоваться и в системе сточных вод от промышленных технологических циклов.
3. Воздух – один из наиболее доступных источников. Не требует сложных технологических сооружений, поскольку тепло извлекает внешний блок агрегата. Теплообменник в разрезе напоминает радиатор с интенсивным оребрением. В комплекте идет мощный вентилятор, который обеспечивает его принудительный обдув. Энергия нагревает жидкий термоноситель или непосредственно воздух в помещении. На этом же принципе построена работа современных сплит-систем инверторного типа. Температурный предел – до -30 °С. Эффективность – примерно 3,5 кВт тепла на 1 кВт затраченной электроэнергии.
В ассортименте европейских компаний, занимающихся отоплением и кондиционированием, есть так называемые мультисплит-системы. В них встроены 2 блока теплообменников – один отвечает за обогрев жилья, а второй с накопительным баком обеспечивает горячее водоснабжение.
Обзор производителей тепловых установок
Самостоятельно систему собрать не очень сложно, если есть компрессор и некоторые другие детали. Европейские производители инженерного оборудования по праву считаются «первопроходцами» в данной области. Ниже представлен обзор теплового насоса «воздух-вода», «грунт-вода» и «вода-вода».
1. Stiebel Eltron.
Немецкий концерн Stiebel Eltron насчитывает уже более 90 лет непрерывной работы. С 2000 года является общепризнанным ведущим изготовителем техники для инженерных систем дома. Особое внимание уделяется оборудованию для применения возобновляемых источников, в числе которых выпускаются:
- Тепловые насосы типа «воздух-вода».
Извлекают тепло из окружающего воздуха и передают его жидкости в отопительном контуре и горячем водоснабжении. Выпускаются в 2 сериях: стандартный WPL 13-23 E и компактный WPL 33. Их можно монтировать в ходе нового строительства или при проведении ремонта. При температуре наружного воздуха -20 °C обеспечивают нагрев на линии подачи до +60 °C. Мощность при оптимальных условиях – до 18 кВт. Возможна наружная и внутренняя установка. У некоторых моделей есть дополнительный электрический подогрев для повышения КПД или разморозки системы.
- «Рассол-вода» для получения энергии из грунта.
Могут функционировать как на отопление, так и на охлаждение. Основной элемент, отвечающий за извлечение тепла – геотермальный зонд. В зависимости от модели тепловые насосы комплектуются 1 или 2 расширительными баками, накопителями объемом до 200 л, полной группой безопасности и управления. Дозволяется монтировать их в небольших помещениях. Производительность – до 16 кВт. Интересна новинка в этой же серии – модульные агрегаты, которые объединяются в каскад. Максимальное количество – 6 штук общей мощностью до 55 кВт.
- «Вода-вода», работающие от грунтовых вод.
Оборудование отличается высоким качеством, пластинчатый термообменник и большинство элементов изготовлены из нержавеющей стали и сплавов. Эти виды комбинируются практически со всеми насосами типа «рассол-вода». Производительность – до 16 кВт.
Все модели комплектуются оригинальными конструкциями автоматического регулирования. По запросу компания предоставляет обширный набор дополнительных устройств (буферные накопители, гелиоустановки с тепловым насосом, циркуляционные бронзовые и так далее).
Цена тепловых насосов Stiebel Eltron начинается от 420 000 рублей.
2. Waterkotte.
Инновационная немецкая компания Waterkotte была основана в 1972 году. Цель ее работы – создание сверхэкономичных отопительных систем, сохраняющих природные ресурсы. В ассортименте:
- Тепловые насосы типов «воздух-воздух» и «воздух-вода».
Обогревают или охлаждают не только воду, но и воздух в помещении. Вся сплит-система морозостойкая, нижний предел температуры – до -25 °С. Некоторые модели поставляются с WEB-интерфейсом и программой для смартфонов, предназначенные для удаленного контроля. Производительность – до 18 кВт, в каскаде (несколько агрегатов объединяются в единый контур) – до 56 кВт.
- Геотермальные «грунт-вода».
Подходят для частных домов и промышленного сектора. Тепловым сборником выступают горизонтальные или вертикальные земляные зонды. Управление полностью автоматизировано, имеются функции удаленного доступа со смартфона Android или Apple и пассивного кондиционирования. Производительность – до 485 кВт, КПД – до 500 % (на 1 кВт электроэнергии вырабатывается 5,1 тепла).
Срок службы тепловых установок по заявлению изготовителей – не менее 30 лет. Купить тепловой грунтовой насос Waterkotte можно по цене от 480 000 руб, воздушный стоит почти в 2 раза дороже – от 980 000.
3. Danfoss.
Международный концерн Danfoss (с головным офисом в Дании) с 1993 года организовал в России совместное предприятие под одноименным названием. Сферы деятельности: теплоавтоматика, холодильное оборудование и приводная техника. В последние несколько лет разрабатывается новое направление – тепловые установки двух серий:
Тепловые насосы типа «воздух-вода».
В отличие от многих других аналогичных устройств, основное оборудование находится в наружном блоке, что делает внутреннюю часть меньше. Функционируют при температуре не ниже -20 °С, встроена функция автоматической разморозки. Характеристики системы отопления насосом Danfoss немного уступают показателям Waterkotte: до 36 кВт, КПД – 350 %. Подходят для домашнего и коммерческого пользования.
- Тепловые насосы «грунт-вода».
Работают с горизонтальными и вертикальными грунтовыми коллекторами. Имеют оригинальную систему автоматики, удаленное управление с планшетов или смартфонов, дополнительно комплектуются накопительными баками для горячего водоснабжения. Максимальный уровень нагрева – до +90 °С; 18 кВт.
Стоимость на российском рынке – от 350 000 руб.
