Тепловые насосы: греемся холодом

Какие
причины мешают нам использовать «бросовое» тепло для отопления жилищ?
На примере тепловых насосов, получивших в мире широкое распространение,
рассмотрены трудности с внедрением их в странах СНГ. Для того, чтоб убедиться, что тепловые насосы
существуют и эффективно работают, далеко не надо ходить. Достаточно
посетить кухню и взглянуть на холодильник. Внутри царит минусовая
температура, а с тыльной стороны горячая теплообменная решетка
сигнализирует об успешном извлечении тепла …

Для того, чтоб убедиться, что тепловые насосы существуют и эффективно работают, далеко не надо ходить. Достаточно посетить кухню и взглянуть на холодильник. Внутри царит минусовая температура, а с тыльной стороны горячая теплообменная решетка сигнализирует об успешном извлечении тепла из ваших продуктов.

Часто тепловые насосы называют холодильником наоборот. Подобная аналогия не совсем точна. Физические принципы работы холодильника и теплового насоса идентичны, отличаются они только конструкцией и назначением: холодильник извлекает тепло из замкнутого объема, “сбрасывая” его в окружающую среду. Тепловой насос наоборот извлекает низкотемпературное тепло из внешней, незамкнутой среды, отдавая его, в конечном счете, в замкнутый объем комнаты.

Принципы работы тепловых машин были обоснованы еще в первой половине 19 века, но повезло больше холодильникам: необходимость сохранения продуктов оказалась более насущной проблемой, чем обогрев жилищ, тем более, что в те времена проблем с топливом для обогрева не существовало.

Впервые интерес к тепловым насосам возник в послевоенной Европе, когда разруха и нехватка самого необходимого заставили искать нетрадиционные пути для обогрева жилищ. Но самым мощным толчком к совершенствованию тепловых насосов послужил энергетический кризис в 70-х годах минувшего столетия. Резкое подорожание энергоресурсов сделало экономически выгодным использование низкотемпературных теплоносителей: воды в водоемах, геотермального тепла, теплых сточных вод городов.

Промышленность к этому времени уже разработала и выпускала надежные и экологически безопасные системы для разных применений: от маломощных для отдельных коттеджей до мощных систем обогрева комплексов зданий.

Сейчас на рынке доступны тепловые насосы, работающие с самыми разными средами (воздух, вода, грунт) с автоматизированными системами контроля и управления насосами. Но самая совершенная техника не даст желаемых результатов, если сделаны ошибки в выборе мощности теплового насоса или при монтаже системы отопления.

Для этого необходимо ориентироваться в нескольких ключевых характеристиках, которые определяют эффективную работу теплового насоса. Наиболее важная из них – это «отопительный коэффициент», т.е. отношение количества выработанной тепловой энергии к затраченной электрической. Для современных систем он составляет от 3,5 до 4.

И тут начинаются нюансы. Это значение производитель указывает для наиболее благоприятного режима функционирования теплового насоса, т.е. для минимального перепада температур между внешним теплоносителем и отопительным контуром. Например, при температуре внешнего носителя 10 градусов Цельсия (грунт на глубине 150м.) и температуре контура отопления 40 градусов (теплый пол) коэффициент действительно составит около 4. Но уже при 60 градусах он снижается до 2, а при 80 – равен 1. В этом случае проще и дешевле использовать обычные электрические обогреватели или бойлеры для подогрева воды.

Второй серьезной проблемой является расчет коллектора (контура отбора тепла) теплового насоса. В зависимости от состава грунта тепловой съем колеблется от 10 Вт/м трубы для песка до 35 Вт/м для влажных глинистых почв. Это в случае горизонтального размещения коллектора. Для вертикального коллектора необходимо знать геологический состав пластов, т.к. необходимо бурить либо глубокую (более 100м) скважину, либо систему скважин глубиной в десятки метров.

Отсюда вывод: без участия специализированной организации или фирмы, которая проведет изыскания, сделает проект и определит состав системы отопления просто не обойтись. Горизонтальный коллектор не требует бурения, но укладка сотен метров труб связана с копкой такого же количества траншей глубиной до 2,5 метров, поэтому ваш ухоженный участок после окончания работ будет выглядеть как полигон для бомбометания.

Установка вертикального коллектора потребует бурения на глубины свыше 10 метров, а это, помимо разведочных и проектных работ, связано с получением разрешений различных организаций. На сегодня недра земли являются собственностью государства, и оно, в лице чиновников, может стать более серьезным препятствием, чем цены на оборудование и работы по внедрению тепловых насосов.

Наконец, грубая оценка стоимости теплового насоса с работами. Для коттеджа с площадью отопления в 200 м2 потребуется тепловой насос с производительностью около 18 кВт/час тепловой энергии. Длина труб коллектора составит около 400 метров при оптимистичном показателе съема тепла 50 Вт/м. Оборудование такой мощности ведущих фирм Германии стоит приблизительно 6000-7000 евро в зависимости от комплектации. Буровые или земляные работы – в пределах 3000 евро. Добавим проект, согласования и получим сумму в 10000. Это ориентир для оценки, стоит ли сегодня обычному жителю ставить тепловой насос, и когда он окупится.

Для организаций и предприятий, которые строят новые помещения, можно уже сегодня предусмотреть отопление с помощью тепловых насосов. Такие затраты, на фоне непрерывного повышения тарифов на энергоносители, могут окупиться за 3-5 лет. Но для населения, для которого государством установлены льготные тарифы или субсидируются затраты на энергоносители, использование тепловых насосов еще долго будет невыгодным.

10.12.2016 Без рубрики Нет комментариев