«Холодильник наоборот»: принцип работы тепловых насосов

«Холодильник наоборот»: принцип работы тепловых насосов

Тепловой насос в хозяйственной комнате загородного дома. © Viessmann. Источник http://www.jb-haustechnik.de

Приобретая земельный надел в живописной, но удаленной от газовой магистрали местности, следует заранее обдумать, как будет обеспечиваться теплоснабжение дома. Ведь на обогрев сотен квадратных метров загородного жилья потребуется огромное количество топливных ресурсов. Вместе с тем, окружающий мир наполнен совершенно бесплатной и безопасной рассеянной энергией, которую нужно только суметь собрать и задействовать в системе жизнеобеспечения загородного владения.

Один из хорошо опробованных во многих странах способов буквально качать тепло из земли, воды и воздуха – это организация системы отопления на базе тепловых насосов. Идея таких агрегатов принадлежит выдающемуся английскому физику лорду Кельвину, который в 1852 году впервые заявил об изобретенном им умножителе тепла. В реальной практике рассеянную природную энергию стали использовать почти столетие спустя – в 30-х годах прошлого века. Тогда же устройства стали называть тепловыми насосами. В нашей стране их окрестили, неофициально, конечно, холодильниками наоборот. В этих агрегатах холод и тепло идут, как говорится, рука об руку. Функционирование холодильников и тепловых насосов основано на одном и том же принципе. К тому же и внешне они очень похожи.

Однако различия тоже есть, причем весьма существенные. Тепловой насос при всей своей высокотехнологичной начинке представляет собой связующее звено в трехконтурной системе теплоснабжения. Рассеянное в воздухе, воде или земле тепло собирает первый замкнутый контур – трубопроводная сеть, в которой циркулирует теплоноситель (экологически безопасная незамерзающая жидкость – этиленгликоль или пропилен гликоль).

принцип работы тепловых насосов
Схемы устройства системы теплоснабжения на базе теплонасосной установки различного типа. Источник http://спецмонтаж52.рф

В тепловом насосе происходит теплообмен. Агрегат состоит из четырех основных компонентов: испарителя, конденсатора, компрессора и дросселя. Природные килоджоули поступают в отопительную систему дома. В испарители жидкий хладагент (фреон с низкой температурой кипения) закипает, поглощая килоджоули доставленной первым контуром тепловой энергии. Охлажденный теплоноситель возвращается в природные недра за новой порцией тепла. Газообразный хладагент через компрессор попадает в конденсатор, где снова превращается в жидкость (конденсируется). Процесс сопровождается выделением тепла, которое передаётся третьему, отопительному, контуру, роль которого исполняют водяные теплые полы и низкотемпературные радиаторы. Жидкий фреон продавливается через дроссель в испаритель и цикл повторяется. Многие модели теплонасосов не только отапливают жилище зимой, но и поддерживают прохладу в летнюю жару, то есть работают в инверсионном режиме.

принцип работы тепловых насосов
Тепловой насос класса «воздух-вода». © Viessmann. Источник https://kotly.pl

Подключение к электросети – вот и всё, что нужно для «прокачки» тепловых потоков «холодильниками наоборот». При этом на один потребленный киловатт электроэнергии вырабатывается до пяти киловаттов тепла. Отопительный коэффициент (коэффициент преобразования) электрических котлов не выходит за рамки соотношения «один к одному».

Теплонасосные установки комплектуются по различным схемам. Самый простой и доступный вариант – применение агрегатов класса «воздух-вода» и «воздух-воздух» (в системах воздушного отопления), качающие тепло из атмосферы. Воздушные насосы имеет смысл устанавливать в южных владениях, то есть там, где столбик термометра не опускается на отметку – 5 оС.

В средних широтах и севернее обычно применяется схема «грунт-вода» двух типов: на основе грунтового коллектора или грунтового (геотермального) зонда. В первом случае змеевидный трубопровод закапывают ниже глубины промерзания земли (для Московского региона этот показатель варьируется в пределах 1,4-1,8 метров). Один погонный метр коллектора, уложенного петлями шириной около метра, собирает до 30 Вт тепловой энергии. Для полноценного теплоснабжения нужно перекопать несколько соток, причем на этой части владения нельзя будет сажать деревья и другие растения с развитой корневой системой.

Геотермальный зонд – это U-образный трубопровод, который опускают в пробуренную скважину, глубина которой ограничена уровнем залегания водоносного (артезианского) слоя. Часто одного зонда бывает недостаточно, поэтому на участке бурят несколько компактно расположенных скважин. Зато монтаж первого контура теплонасосной установке не влияет на посадки и на благоустройство участка в целом. Бурильные работы – главная расходная статья организации системы отопления по схеме «грунт-вода». Впрочем, закапывание коллектора – тоже не дешевое удовольствие. Высокая стоимость внешней составляющей системы является главным препятствием для широкого распространения тепловых насосов.

принцип работы тепловых насосов
Тепловой насос и накопительный водонагреватель © Buderus. Источник https://будерус.рф

Вблизи природных водоемов тепло забирают из придонных вод (схема «вода-вода»). Для этого в довольно глубокое озеро или реку опускают первичный трубопровод, который прижимают к дну пригрузом. Правда, для монтажа подводного коллектора привлекают водолазов, чьи услуги обходятся в то же цену и даже дороже, чем бурение скважин.

Организация системы отопления на базе теплонасосного оборудования должна предваряться мероприятиями по обеспечению высокого уровня энергосбережения. Неразумно, вкладывать солидные средства в инновационный проект, чтобы отапливать улицу. Стены дома утепляют, в проемах устанавливают оконные и дверные изделия с повышенными теплотехническими характеристиками. Если выделенная электрическая мощность составляет всего несколько киловатт, то от подвала лучше отказаться.

Тепловые насосы часто включают в бивалентные отопительные комплексы, объединяющие оборудование разного типа. Такие агрегаты работают в тандеме с солнечными коллекторами и котлами на сжиженном газе и дизельном топливе. Бывает, что с обогревом полностью справляется тепловой насос, а с сильные морозы хозяева разводят огонь в каминной печи или запускают твердотопливный котел.

принцип работы тепловых насосов
Компьютеризированный интерфейс теплового насоса © Heliotherm. Источник https://elementum.com.ua

Все изображения и материалы использованные в статье носят информативный характер и не являются рекламой

(Visited 26 times, 1 visits today)

Добавить комментарий

Закрыть меню