Використання низькотемпературного тепла землі, води і повітря
Тепловий насос - це компактна опалювальна установка, призначена для автономного обігріву та гарячого водопостачання житлових і виробничих приміщень. Система екологічно чиста, бо працює без спалювання палива і не виробляє шкідливих викидів в атмосферу.
Використовуючи на 75% тепло навколишнього середовища і лише 25% електроенергії, ви отримуєте 100% опалення! Це береже не тільки ваш гаманець, але й життєвий простір.
Проблема зниження витрат на опалення, гаряче водопостачання, обігрів басейнів в умовах Білорусі з її тривалими і суворими зимами досить актуальна на сьогоднішній день. Використання для теплопостачання традиційних джерел енергії вимагає істотних фінансових витрат. Зростання цін на енергоносії і високі витрати на їх доставку змушують замислюватися про економію. Крім того, основними недоліками традиційних джерел теплопостачання є низька енергетична (особливо в малих котелень) і економічна ефективність. Просте та економічне рішення даної проблеми - тепловий насос.
Тепловий насос у буквальному сенсі качає тепло - тепло землі, води чи повітря. Йому не потрібно вугілля, нафта або газ для того, щоб генерувати тепло. Він нічого не спалює (а значить, нічого «не викидає» у навколишнє середовище). Процес відбувається приблизно так: сонце нагріває поверхню землі (або повітря, або воду), з центру землі біля поверхні також надходить тепло. У результаті на глибині від 18 метрів позитивна температура (до +10) постійна протягом року. І це незважаючи на те, що температура «на вулиці» може досягати 30 градусів.
Тепловий насос дозволяє забрати у землі (або повітря, або води) та кількість тепла, яке вона здатна відновити. А здобуте таким чином тепло утилізувати і направити в систему опалення та гарячого водопостачання. Іншими словами, тепловий насос - холодильник навпаки. Холодильник забирає холод навколишнього середовища, а тепловий насос - її тепло.
У випадку тепла у землі це виглядає так: на глибину близько сотні метрів пробурівается свердловина, в неї опускається зонд, в якому циркулює спеціальна рідина - розсіл. Саме вона забирає тепло землі і транспортує його нагору. А компресор теплового насоса підвищує отримані +10 до +65. Електроенергія потрібна лише для роботи приводів. Коефіцієнт ефективності теплового насоса 1 / 4, це означає, що витрачений один кВт електроенергії дасть у результаті 4 кВт теплової енергії.
Практика показує, що тепловий насос окупається протягом п'яти-семи опалювальних сезонів. За цей час можна витратити на спалюється паливо стільки грошей, скільки коштував цей насос. Але він і далі буде справно давати майже безкоштовне тепло ще років 75, а от ціни на енергоносії будуть неухильно рости. Крім того, запаси цих теплоносіїв не безмежні.
Для теплового насоса немає обмежень щодо площі - 50 квадратних метрів або 20000. Важливо зберегти баланс - взяти у землі (або води, або повітря) рівно стільки тепла, скільки вона готова заповнити.
Теплові насоси для жителів Німеччини чи Швеції не екзотика і навіть вже не передній край науки - це абсолютно рядова рішення теплозабезпечення будівель. Теплові насоси давно і з успіхом застосовуються у Фінляндії, Японії, США. Цілком можливо, що в цей ряд скоро постане і Білорусь.
Тепловий насос має чотири основні елементи: випарник, компресор, конденсатор і скидний клапан. У випарнику хладагент нагрівається до температури 6-8С, відібраної з навколишнього середовища (землі, води або повітря), закипає і випаровується. Отримана пара стискається компресором, і при зростанні тиску температура хладагента піднімається до 35-65С. Ця температура віддається через теплообмінник конденсатора робочої рідини опалювального контура, і хладагент назад конденсується. Скидної клапан скидає тиск в конденсаторі, перепускаючи холодоагент у випарник. Цикл замикається.
Тепловий насос являє ефективну заміну котла на рідкому, газовому паливі або електричного опалення. Для добре спроектованого та побудованого будинку площею 180 м 2 необхідно 10-12 кВт теплової енергії, яку можна отримати, опустивши два зонди в землю на глибину 100 м, для цього потрібна ділянка землі розміром 6х6 м.
Бажано використовувати ділянку з вологим грунтом, ідеально з близькими грунтовими водами, проте сухий грунт не є перешкодою - це призводить лише до збільшення довжини контуру.
Теплові насоси доцільно використовувати в основному на невеликих окремо стоять об'єктах із земельними ділянками. Застосування теплових насосів вимагає значних капітальних витрат. Вибір теплових насосів в якості джерела теплопостачання доцільно проводити ще на етапі проектування об'єкта
Переваги теплового насоса перед іншими джерелами теплопостачання незаперечні.
Термодинамічно тепловий насос являє собою звернену холодильну машину і, за аналогією, містить випарник, конденсатор і контур, який здійснює термодинамічний цикл.
Основні типи термодинамічних циклів - абсорбційний і, найбільш поширений, парокомпресійна. Якщо в холодильній машині основною метою є виробництво холоду шляхом відбору теплоти з будь-якого обсягу випарником, а конденсатор здійснює скидання теплоти в навколишнє середовище, то в тепловому насосі картина зворотна. Конденсатор є теплообмінним апаратом, виділяє теплоту для споживача, а випарник - теплообмінним апаратом, що утилізують низькопотенційну теплоту.
Як і холодильна машина, тепловий насос споживає енергію на реалізацію термодинамічного циклу (привід компресора). Температурний рівень теплопостачання від теплових насосів 35 - 55 ° С.
Схема теплового насоса показана на рис. 1. У тепловому насосі джерелом тепла може бути скеляста порода, земля, вода або, наприклад, повітря. Охолоджений теплоносій, проходячи по трубопроводу 1, покладеному в землю (озеро) нагрівається на кілька градусів. Усередині теплового насосу теплоносій, проходячи через теплообмінник 2, званий випарником, віддає зібране з навколишнього середовища тепло у внутрішній контур теплового насоса.
1 - контур подачі низькотемпературного тепла;
2 - випарник;
3 - компресор;
4 - конденсатор;
5 - контур подачі високотемпературного тепла;
6 - дросельний клапан
Низьке енергоспоживання досягається за рахунок високого ККД теплового насоса (від 300 до 700%) і дозволяє отримати на 1 кВт витраченої електричної енергії 3-7 кВт теплової енергії. Система потребує мінімум електроенергії для підтримки комфортної температури житла, а також отримання достатнього запасу гарячої води. Безпосередньо в самій установці єдиною рушійною частиною є компресор, термін служби якого становить 15 років, і який можна легко замінити після закінчення терміну його експлуатації. Відсутність необхідності в закупівлі, транспортуванні, зберіганні палива та витраті коштів, пов'язаних з цим. Вивільнення значній території, необхідної для розміщення котельні, під'їзних шляхів і складу з паливом.
Тепловий насос працює стійко. Коливання температури і вологості в приміщенні мінімальні. Не вимагає спеціальної вентиляції приміщень, де відбувається нагрів води і теплоносія. Абсолютно вибухо-і пожежобезпечний. У процесі експлуатації система не потребує спеціального обслуговування, можливі маніпуляції не вимагають спеціальних навичок та описані в інструкції. Систему можна діагностувати на відстані і вносити коректування. Для цього необхідно мати лінію Інтернет. Обслуговує установки полягає в сезонному технічному огляді та періодичному контролі режиму роботи.
Тепловий насос - екологічно чистий метод опалення та кондиціонування, тому що при його роботі не проводиться емісія CO2, NOх і інших викидів, які призводять до порушення озонового шару і кислотних дощів. Відсутність алергенів небезпечні викиди в приміщення, оскільки немає палива, що спалюється і не використовуються заборонені холодоагенти.
Джерела тепла і варіанти встановлення теплових насосів Для раціонального використання тепла з навколишнього середовища в розпорядженні є такі джерела тепла, як грунт, вода і повітря. Всі вони акумулюють сонячну енергію.
Джерело тепла - грунт. Грунт акумулює сонячну енергію. Ця енергія сприймається грунтом або безпосередньо у формі сонячної радіації, або побічно, у формі тепла, одержуваного від дощу або з повітря і становить протягом усього року 8-12 градусів. Грунт має властивість зберігати сонячне тепло протягом тривалого часу, що веде до відносно рівномірному рівнем температури джерела тепла на протязі всього року, це забезпечує експлуатацію теплового насоса з високим коефіцієнтом потужності (к. п. д.).
Акумульоване грунтом тепло передається разом з сумішшю з води і антифризу, точка замерзання якої повинна перебувати приблизно на рівні -15 ° С, через горизонтально прокладені грунтові теплообмінники або через вертикально розташовані грунтові зонди.
Спіралеподібні колектори є альтернативою при використанні тепла грунту. За допомогою вертикального буріння вони містяться на глибину від 2 до 4 метрів. На відстані близько 4 метрів один від одного.
Колектори, що працюють на енергії грунту, розташовуються горизонтально на 20 см нижче межі промерзання грунту. На практиці, в більшості випадків ця глибина від 1 м до 1.4 м. Розмір колектора залежить від опалювальної навантаження будівлі та особливостей акумулювання енергії, але про це подбає фахівець. Джерело тепла - грунтові води.
Грунтові води - хороший акумулятор сонячного тепла. Навіть у холодні зимові дні вони зберігають постійну температуру до +12 ° С. Унаслідок незмінного температурного рівня джерела тепла коефіцієнт потужності теплового насоса залишається високим протягом всього року. Їли грунтові води не містять кисню, але вміст заліза і марганцю у них високий, то колодязі можуть руйнуватися. У цих випадках не можна допускати контакту грунтових вод з навколишнім повітрям або необхідно відповідним чином обробити воду.
На використання грунтових вод повинно бути отримано дозвіл відповідного відомства (зазвичай служби Госводонадзора). Для використання тепла необхідно побудувати поглинаючий колодязь і водопоглинаючі або інфільтраційної колодязь.
Джерело тепла - повітря. Теплові насоси повітря / Вода в даний час можуть експлуатуватися круглий рік, однак при низьких температурах коефіцієнт потужності різко зменшується. Навколишній (атмосферне) повітря особливо легко використовувати в якості джерела тепла, оскільки він є скрізь і в необмеженій кількості.
У разі насосів, що використовують тепло навколишнього повітря, розрахунок розмірів джерела тепла задається конструкцією або розміром установки. Необхідну кількість повітря подається вентилятором (який вбудований в установку) на випарник через повітряні канали, при цьому відбувається охолодження повітря
Існують три типи теплових насосів, що працюють на енергії повітря і води: - Компактні теплові насоси для розміщення зовні, - компактні теплові насоси для розміщення всередині будівлі, - І теплові насоси, складові частини яких розташовані як усередині будівлі, так і зовні.
Новобудови. Опалення тепловим насосом є ідеальним варіантом для низькотемпературних систем опалення. До них відносяться панельне опалення і «теплий» підлогу. Їх перевагою є те, що вони обходяться низькими температурами (30-40 градусів). Традиційним радіаторів необхідна температура щонайменше 50 градусів.
Старі будинки.
Існує спеціальне опалення і «тепла» підлога, які можна встановити при ремонті старих будинків. Раніше радіатори були дуже великих розмірів - це якраз той випадок, коли ви можете використовувати також тепловий насос. Існують також високотемпературні теплові насоси, які передбачені саме для старих будинків. У будь-якому випадку, з цими тепловими насосами можна продовжувати використовувати вже наявні радіатори. Так само як не існує перешкод для встановлення теплового насоса при модернізації системи опалення. Режим експлуатації. Правильний режим експлуатації визначає економічність установки з тепловим насосом.
Існують такі режими експлуатації:
Одновалентних
У ньому нагріває виключно тепловий насос. При дуже низькій температурі навколишнього середовища одновалентних тепловий насос виробляє достатньо теплової енергії. Зазвичай, одновалентними є теплові насоси, що працюють на енергії грунту та грунтових вод.
Моноенергетіческій
Це звичайний режим експлуатації для теплового насоса, що працює на енергії повітря чи води. При необхідності тепловий насос підтримується електричним нагрівальним стрижнем. Регулювання теплового насоса гарантує, що цей вид додаткового опалення слід використовувати якомога рідше, то є тільки в дуже холодні дні.
Двовалентний
Поряд з тепловим насосом існує ще й другий виробник тепла, який підтримує опалення будинку при дуже низькій температурі навколишнього середовища. Під час модернізації системи опалення їм може виявитися котел, що працює на пальному. Який режим експлуатації вибрати, залежить від джерела тепла. Неважливо, яка система опалення встановлена, важливо спочатку знайти оптимальне вирішення питання теплоізоляції. Бо чим краще теплоізоляція, тим менший прилад можна встановити. А це означає невеликі інвестиції і невеликі витрати на опалення. Існують різні види підігріву води. Близько 10% енергії всієї системи опалення витрачається на цю сферу. Тому і в цьому питанні слід шукати економний варіант.
Підігрів води тепловим насосом системи опалення.
Якщо будинок опалюється тепловим насосом, то він може при відповідній регулюванню здійснювати водо по пріоритетною схемою. У водопідігріву в порівнянні з опаленням є переважне право, іншими словами, коли тепловий насос підігріває воду, він не опалює приміщення. Тому важливо встановити досить великий акумулятор.
Підігрів води тепловим насосом системи водонагріву.
Компактні теплові насоси системи водонагріву використовуються окремо від системи опалення і служать для централізованої подачі гарячої води. Вони забирають тепло з повітря в приміщенні і підігрівають таким чином господарсько-питну воду. Додатково може бути використано відпрацьоване тепло інших приладів, наприклад, холодильної шафи. Перевагою теплового насоса системи гарячого водопостачання є те, що він забирає вологу з повітря в приміщенні і охолоджує його, таким чином, приміщення, де розташований тепловий насос, наприклад, підвал, стає сухішою і холодніше. У цього приладу дуже низьке енергоспоживання. Теплові насоси системи водонагріву володіють закритим акумулятором, в якому зберігається тепло (у середньому місткість становить 300 літрів), завдяки чому, гарячу воду можна подавати в різні частини будинку.
Децентралізований водо.
Це дуже раціональна можливість подавати гарячу воду в незалежності від опалення завдяки децентралізованим джерел нагріву води напряму у кухню і ванну кімнату.
«Сонячна» комбінація.
Сонячні колектори, з'єднані з тепловим насосом, є основним енергетично оптимальним рішенням водопідігріву, при цьому вони не завдають шкоди навколишньому середовищу. Завдяки сонячної енергії можна підігріти 60-70% всієї необхідної води, що полегшить роботу теплового насоса системи опалення. Решта 30-40% води можна підігріти або за допомогою теплового насоса, або енергією сонячних акумуляторів.
Провітрювання приміщень за допомогою рекуперації тепла і теплового насоса. Новобудови та будинки з низьким споживанням енергії зазвичай мають гарну ізоляцією і ізольованими, іноді навіть звукоізольованими, вікнами. Вони майже герметичні. Вентиляційні прилади, рекуперірующіе тепло, дбають про те, щоб у приміщенні було достатньо свіжого повітря. Крім того, це знижує витрати на опалення. Спеціальні комплексні системи піклуються про теплопостачання системи опалення, вентиляції приміщень, про систему віддачі тепла і про підігрів води. Ці системи також дозволяють охолоджувати приміщення. Інший варіант являє собою комбінацію, наприклад, з теплового насоса, що працює на соляному джерелі або воді, і вентиляційного приладу. Тепловий насос опалює будинок. Вентиляційний прилад забирає «брудний» повітря з певних приміщень (кухня, ванна, туалет). Завдяки інтегрованому теплового насоса, що працює на повітрі і воді, що міститься в «відпрацьованому» повітрі відпрацьоване тепло використовується для водонагріву. За вбудованим в стіни вентиляційним клапанів в приміщення поступає свіже повітря з навколишнього середовища.
Модернізація опалення.
Модернізація опалення за допомогою теплового насоса. Звичайно ж, модернізація опалення вимагає вбудовування в систему теплового насоса. На користь цього в старих будинках говорять як низькі витрати на електроенергію і низьке її споживання, так і винятковий баланс з навколишнім середовищем. Якщо ваша система опалення обходиться температурою в 50-60 градусів, то ви легко можете вбудувати в неї тепловий насос. У старих будинках краще використовувати таке джерело тепла як повітря, так як це не вимагає великих витрат, пов'язаних з перебудовою старої системи опалення. Існують прилади, які встановлюються і всередині і зовні приміщення. Так як раніше радіатори, здебільшого, були збільшених розмірів, то вони підходять для роботи теплового насоса. Як і в новобудовах, хороша комбінація низькотемпературної системи опалення, а отже «теплої» підлоги та панельного опалення. Нещодавно розроблені теплові насоси, що працюють на енергії повітря і води, з температурою запуску до 75 градусів спокійно замінюють старі котли з мазутної топкою чи газові котли. Високотемпературні теплові котли створюються спеціально для модернізації системи опалення. Їх перевага полягає в наступному: у більшості випадків можна продовжувати використовувати вже наявні радіатори. Таким чином скорочуються витрати на модернізацію. Теплові насоси нового покоління спокійно опалюють житлові приміщення площею до 250 кв / м. Звичайно, в старих будинках можна також використовувати такі джерела тепла як грунт, в цьому випадку слід віддати перевагу вертикальні колектори, і грунтові води. Які умови повинні бути дотримані, читайте в розділі «Джерела тепла». До речі, той, хто наважується придбати тепловий насос, повинен платити за ізоляцію менше, ніж той, хто встановлює низькотемпературне мазутне опалення. Економія може скласти кілька тисяч євро.
Навіть якщо на перший погляд витрати на придбання всієї опалювальної установки з тепловим насосом здаються трохи вище, ніж витрати на традиційну систему опалення, Вам не слід забувати, що починаючи з першого дня використання цієї системи, витрати на опалення скоротяться майже в два рази, так як система майже повністю працює від безкоштовного тепла навколишнього середовища. Неважливо скільки коштують мазут або газ, опалювати тепловим насосом все одно вигідніше.