Наши контакты

Тел.: (063) 855-08-68
Тел.: (044) 331-73-11
E-mall: aptbasis@meta.ua
Адрес: г. Киев,
ул. Луговая, 16


Сегодня все чаще мы задумываемся об использовании альтернативных источниках тепла. Одним из решений по снижению энергетической зависимости, которое уже получило широкое распространение практически по всему миру, есть использование тепловых насосов. Особенное значение это имеет для Украины, где ощущается острая недостача энергоносителей.

Наша окружающая среда (воздух, вода, земля) имеет громадные запасы тепла, которое можно использовать для отопления и нагрева воды. Проблема состоит в том, что обычно доступный нам альтернативный источник тепла имеет температуру значительно ниже, чем объект, который мы греем.

Например, как источник тепла, мы хотим использовать наружный воздух с температурой 0 °С, и обогревать дом, где температура должна быть +22 °С. Эту на первый взгляд парадоксальную ситуацию описывает одна из формулировок второго закона термодинамики:
Теплота не может переходить от холодного тела к горячему сама собой, без затраты внешней работы.

Но если мы возьмем какое-то количество тепла от внешней среды, в нашем примере от внешнего воздуха, и приложим работу для повышения его энергетического потенциала, то получим тепло с необходимой для наших потребностей температурой. Реализовать это можно при помощи теплового насоса.

По принципу работы тепловой насос это тот же холодильник, только тепло он отводит от внешней среды, а греет помещение, работу по повышению энергетического потенциала подводит компрессор.

Многие из нас, возможно неосознанно, но часто в быту имеют дело с тепловым насосом, когда включают кондиционер «на нагрев».

Эффективность цикла теплового насоса оценивается коэффициентом термотрансформации Kтр (отопительным коэффициентом), который равен отношению теплоты, переданной нагреваемой среде (т. е. помещению) qн, к затраченной работе (работа компрессора) lц:
Коэффициент термотрансформации

Тепловые насосы, как и холодильники, работают по обратному циклу Карно. Поэтому отопительный коэффициент Kтр всегда больше единицы, и зависит только от температур теплого и холодного источников.

Рассмотрим это на нашем примере: температура воздуха в помещении, которое обогревается тепловым насосом T1, +22 °С (295 К), температура воздуха внешней среды, от которой отводиться тепло T2, 0 °С (273 К):
Коэффициент термотрансформации

Полученный результат означает, что в данных условиях, приложив 1 кВт работы, максимальное количество тепла, которое мы можем получить для обогрева нашего дома 13,4 кВт. Ключевым здесь есть понятие «максимальное количество тепла», так как речь идет о теоретически идеальных условиях. В реальности любая система имеет множество потерь и необратимых процессов, вследствие которых реальный отопительный коэффициент Kтр тепловых насосов составляет 3…5.

Тем не менее, в действительности, использовав 1 кВт электроэнергии, при помощи теплового насоса мы можем «перекачать» из внешней среды 3…5 кВт тепла на отопление и другие потребности.

В зависимости от вида использования внешнего источника тепла, тепловые насосы можно поделить на: геотермальные, воздушные, утилизаторы.

Геотермальные тепловые насосы — использующие тепло земли, подземных вод или наземных водоемов.

Отбор тепла от грунта или водоема происходить при помощи специального теплообменника, который помещается ниже глубины промерзания. По теплообменнику при помощи насоса циркулирует незамерзающая жидкость, например гликоль, которая переносит тепло к тепловому насосу. Тепловой насос в свою очередь передает тепло водяному контуру системы отопления/нагрева воды, т. е. имеем системы типа «грунт-вода» или «вода-вода».

Размещение теплообменника теплового насоса в грунте может быть горизонтальным или вертикальным (в скважине). Горизонтальное размещение теплообменника требует достаточно большой площади земли для его укладки, однако это стоит значительно дешевле, чем бурение скважин. Укладывается теплообменник на глубину минимум на 0,5 м ниже глубины промерзания для данного региона.

Если нет достаточного участка земли, или на участке нельзя портить ландшафтный дизайн, применяют вертикальное размещение теплообменника. В таком случае делают несколько скважин, глубиной до 200 м, в которые помещаются U-образные трубы (зонды), по которым циркулирует незамерзающая жидкость.

Грунтовые тепловые насосы очень эффективны, так как температура грунта ниже глубины промерзания имеет температуру +4…+12 °С и достаточно стабильна на протяжении всего года.

При наличии вблизи водоема реки или озера можно реализовать систему типа «вода-вода». В таком случае теплообменник, по которому циркулирует незамерзающая жидкость, укладывается на дно водоема. Такое исполнение стоит значительно дешевле, чем грунтовое, но необходимо наличие водоема достаточной глубины и объёма.

Другой вариант системы типа «вода-вода» можно реализовать при помощи водяных скважин. Так, вода из одной скважины подается в тепловой насос, и через вторую скважину возвращается обратно в землю.

Воздушные тепловые насосы используют тепло наружного воздуха. Самое распространённое исполнение данного типа теплового насоса — кондиционер, работающий в режиме нагрева. В данном случае тепло подводиться непосредственно к воздуху помещения, т. е. получается система типа «воздух-воздух». Также распространена схема, где тепло от воздушного теплового насоса подводиться к водяному контуру системы отопления/нагрева воды, эта система называется «воздух-вода».

Воздушный тепловой насос получил наибольшее распространение в мире, так как он является самым недорогим и простым для реализации. Однако его использование имеет определенные климатические ограничения. И хотя сегодня существуют тепловые насосы, которые могут работать с наружным воздухом при температуре до -25 °С и даже ниже, необходимо понимать, что их отопительный коэффициент Kтр в таких условиях будет значительно ниже и может составлять меньше 1,5.

Воздушные тепловые насосы в наших климатических условиях часто комбинируют с традиционными системами отопления. В переходной период для отопления достаточно эффективно используется только воздушный тепловой насос, а при понижении температуры подключается котел (электрический, газовый, дровяной), который догревает теплоноситель до нужной температуры.

Тепловые насосы как утилизаторы применяются в промышленности. Они используют так званую скидную теплоту (сточные воды, отработанный воздух сушарок, охлаждающая вода конденсаторов и т. д.), которая уже не может быть использована в других процессах.

При выборе типа теплового насоса необходимо глубоко проанализировать много факторов: назначение (отопление, нагрев воды, кондиционирование), периоды использования, доступные источники тепла, климатические условия, экологические аспекты, возможные технические вопросы и, конечно же, бюджет. Также следует учесть, что тепловые насосы можно выгодно комбинировать с другими системами использования альтернативной энергии (солнечные коллекторы, солнечные батареи), в результате чего можно снизить до минимума свою энергетическую зависимость, и соответственно расходы на энергоносители.


© ООО «APT BASIS»