Тепловые насосы

Тепловые насосы (ТС)

Только образованный, рациональный, умный человек, заботящийся о своем будущем и о своих потомках, понимающий, что запасы природного топлива когда-нибудь закончатся, может задуматься об альтернативных источниках теплоснабжения – тепловых насосах.

Тепловые насосе немецкой фирмы VIESSMANN - современная технология энергосбережения и экономии энергоресурсов, источник получения альтернативной тепловой энергии систем отопления и горячего водоснабжения для коттеджей и производственных помещений.

Действующий тепловой насос с выходной тепловой мощностью 14 кВт



Тепловые насосы
Графики роста цен на энергоносители
Принцип действия
Варианты установки
Преимущества тепловых насосов
Модельный ряд тепловых насосов VIESSMANN
Бивалентный режим работы


ГРАФИКИ РОСТА ЦЕН НА ЭНЕРГОНОСИТЕЛИ


Прежде чем перейти к описанию принципа действия теплового насоса, хотим ознакомить Вас с динамикой роста цен на энергоносители с 1996 по 2030 год.


Увеличить
Рис.1. Динамика роста цен на природный газ


Увеличить
Рис.2. Динамика роста цен на дизельное топливо


Увеличить
Рис.3. Динамика роста цен на электроэнергию

Из этих графиков видно, что с 1996 года по 2004 год стоимость электроэнергии выросла в 3 раза, дизельного топлива – в 6 раз, стоимость газа возросла в 30 раз. В последующие 10 лет рост цен сохранится и стоимость электроэнергии к 2024 году составит 9,7 $ за 100 кВт, стоимость 1 тонны дизельного топлива составит 923 $, стоимость 1000 м3 природного газа – 151 $.
Несмотря на постоянный рост цен на органическое топливо и электроэнергию в России, европейские цены остаются гораздо выше. По прогнозам аналитиков, при вступлении России в ВТО, в ближайшие 5-6 лет цены на энергоносители вырастут в России до уровня европейских.


ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ


Увеличить

Рис.4. Принципиальная схема системы отопления жилого дома с применением теплового насоса.

Принцип действия теплового насоса (Рис.4) аналогичен принципу действия холодильника, разница лишь в том, что в случае теплового насоса аккумулируется не холод, а тепло. Тепловой насос имеет четыре основных элемента: испаритель, компрессор, конденсатор и сбросной клапан. В испарителе хладагент нагревается до температуры 6-8оС отобранной из окружающей среды (от земли, воды, воздуха), закипает и испаряется. Полученный пар сжимается компрессором и при росте давления температура хладагента поднимается до 35-65оС. Эта температура отдается через теплообменник конденсатора рабочей жидкости отопительного контура и хладагент обратно конденсируется. Сбросной клапан сбрасывает давление в конденсаторе перепуская хладагент в испаритель. Цикл замыкается.


ИСТОЧНИКИ ТЕПЛА И ВАРИАНТЫ УСТАНОВКИ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Для рационального использования тепла из окружающей среды в распоряжении имеются такие источники тепла, как грунт, вода и воздух. Все они аккумулируют солнечную энергию, так что вместе с ними косвенно используется солнечная энергия.

Для практического использования этих источников тепла следует учитывать следующие критерии:

достаточная доступность,
как можно более высокая накопительная способность,
как можно более высокий температурный уровень,
достаточная регенерация,
выгодная в финансовом плане разработка,
небольшие расходы на техобслуживание.

Вариант установки - РАССОЛ/ВОДА
Источник тепла - грунт

Доступность:****
Эффективность:****

Грунт аккумулирует солнечную энергию. Эта энергия воспринимается грунтом либо непосредственно в форме солнечной радиации, либо косвенно в форме тепла, получаемого от дождя или из воздуха. Грунт имеет свойство сохранять солнечное тепло в течение длительного времени, что ведет к относительно равномерному уровню температуры источника тепла на протяжении всего года, это обеспечивает эксплуатацию теплового насоса с высоким коэффициентом мощности (к.п.д.).

Аккумулированное грунтом тепло передается вместе со смесью из воды и антифриза (рассолом), точка замерзания которой должна находиться примерно на уровне -15 °С (необходимо придерживаться данных изготовителя), через горизонтально проложенные грунтовые теплообменники (которые также называются грунтовыми коллекторами) или через вертикально расположенные теплообменники, так называемые грунтовые зонды. В Северо-Западном регионе использование горизонтальных грунтовых коллекторов недопустимо, т.к. глубина промерзания грунта достигает 1.8 метра. Поэтому единственным приемлемым вариантом остаются вертикальные грунтовые зонды. Подобные установки, как правило, эксплуатируются моновалентно.



Увеличить
Рис.5. Грунтовый зонд


Увеличить
Рис.6. Грунтовый коллектор


Вариант установки - ВОДА/ВОДА
Источник тепла - грунтовые воды

Доступность:**
Эффективность:****

Грунтовые воды - хороший аккумулятор солнечного тепла. Даже в холодные зимние дни они сохраняют постоянную положительную температуру. В этом их преимущество. По причине неизменного температурного уровня источника тепла коэффициент мощности теплового насоса остается высоким в течение всего года. К сожалению, не везде имеется достаточное количество грунтовых вод надлежащего качества. Но там, где выполняются необходимые условия, грунтовые воды стоит использовать.

В Северо-Западном регионе грунтовые воды залегают на большой глубине и имеют довольно низкую температуру, всего +5,5 °С. В связи с этим использование грунтовых вод в нашем регионе практически не возможно.

В случае грунтовых вод, не содержащих кислорода, и с высоким содержанием железа и марганца колодцы могут разрушаться. В этих случаях нельзя допускать контакта грунтовых вод с окружающим воздухом, или необходимо соответствующим образом обработать воду.

На использование грунтовых вод должно быть получено разрешение соответствующего ведомства (обычно службы госводонадзора). Для использования тепла необходимо построить подающий колодец и водопоглощающий или инфильтрационный колодец.

Для работы тепловых насосов при определенных условиях могут использоваться озера и реки, т.к. они тоже выступают в роли аккумуляторов тепла. В этом случае следует предусмотреть промежуточный контур. По вопросам использования воды можно проконсультироваться в службе госводонадзора.



Увеличить
Рис.7. Скважина


Вариант установки - ВОЗДУХ/ВОДА
Источник тепла - окружающий воздух

Доступность:*****
Эффективность:**

Тепловые насосы воздух/вода в настоящее время могут эксплуатироваться почти круглый год (до -12°С), однако при низких температурах коэффициент мощности резко уменьшается. Тепловой насос воздух/вода может использоваться в нашем регионе только в бивалентном режиме в сочетании с другим котлом.

Окружающий воздух особенно легко использовать в качестве источника тепла, он имеется везде и в неограниченном количестве. В данном контексте под окружающим воздухом понимается атмосферный воздух. Использование воздуха внутри зданий в качестве источника тепла (отопление) для жилых домов, как правило, исключается. Его использование имеет смысл только в специальных случаях, например, для утилизации тепла отходящих газов на ремесленных предприятиях или в промышленности.

В случае насосов, использующих тепло окружающего воздуха, расчет размеров источника тепла задается конструкцией или размером установки. Требуемое количество воздуха подается вентилятором (который встроен в установку) на испаритель через воздушные каналы, при этом происходит охлаждение воздуха.



Увеличить
Рис.8. Наружная установка


Увеличить
Рис.9. Внутренняя установка


ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ


Тепловой насос представляет эффективную замену котлу на жидком, газовом топливе или электрическому отоплению. Для хорошо спроектированного и построенного дома площадью 180 м2 необходимо 10-12 кВт тепловой энергии, которую можно получить опустив 2 зонда в землю на глубину 100 м., для этого необходим участок земли размером 6х6 м.




Увеличить
Рис.10. Расходы на приобретение и эксплуатацию отопительных установок нарастающим итогом (мощность 10,8 кВт)


Увеличить
Рис.11. Расходы на эксплуатацию отопительных установок нарастающим итогом (мощность 10,8 кВт)


Увеличить
Рис.12. Годовые расходы на эксплуатацию отопительных установок (мощность 10,8 кВт)


Увеличить
Рис.13. Расходы на приобретение и эксплуатацию отопительных установок нарастающим итогом с привлечением кредитных ресурсов на 5 лет при ставке 12% годовых (мощность 10,8 кВт)


Увеличить
Рис.14. Экономия расходов при эксплуатации теплового насоса по отношению к классическим котлам нарастающим итогом (мощность 10,8 кВт)


Увеличить
Рис.15. Годовая экономия расходов при эксплуатации теплового насоса по отношению к классическим котлам (мощность 10,8 кВт)

Сравнительные характеристики эксплуатационных затрат на отопление и приготовление горячей воды, а также затрат на приобретение, при равных показателях получения тепловой мощности 10,8 кВт/час, приведены на рис.10-15. Из этих сравнительных графиков видно, что тепловой насос представляет эффективную замену котлу на жидком топливе, а также электрическому отоплению. Его преимущества перед другими источниками теплоснабжения неоспоримы и приведены ниже:

1. Экономичность

Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД теплового насоса (от 300% до 700%) и позволяет получить на 1 кВт затраченной электрической энергии 3-7 кВт тепловой энергии. Система требует минимум электроэнергии для поддержания комфортной температуры жилья, а также получения достаточного запаса горячей воды.

Система исключительно долговечна, срок эксплуатации грунтового зонда может достигать 100-150 лет; отопительного контура 100 лет. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью является компрессор, срок службы которого составляет 15 лет, и который можно легко заменить по истечении срока его эксплуатации.

Отсутствие необходимости в закупке, транспортировке, хранении топлива и расходе денежных средств, связанных с этим.
Высвобождение значительной территории, необходимой для размещения котельной, подъездных путей и склада с топливом.
Срок окупаемости оборудования не превышает 7 - 10 отопительных сезонов.

2. Комфорт

Тепловой насос работает устойчиво.
Колебания температуры и влажности в помещении минимальны.
Не требует специальной вентиляции помещений, где происходит нагрев воды и теплоносителя.
Абсолютно взрыво- и пожаробезопасен.
В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкции.
Систему можно диагностировать на расстоянии и вносить корректировки. Для этого необходимо иметь линию Интернет.
Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы.

3. Дизайн

Тепловой насос не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания.
Занимает минимум пространства и о нем станет известно Вашим гостям только, если Вы этого захотите.

4. Экология

Экологически чистый метод отопления и кондиционирования, т.к. не производится эмиссия CO2, NOХ и других выбросов, приводящих к нарушению озонового слоя и кислотным дождям.
Отсутствуют аллергено-опасные выбросы в помещение, т.к. нет сжигаемого топлива и не используются запрещенные хладагенты.
Бережен в отношении к вашему здоровью и окружающей среде.

Технические характеристики	Способ обогрева помещения
	Газовый котел	Котел на жидком топливе	Электрический котел	Тепловой насос
Стоимость	Средняя	Средняя	Низкая	Высокая
Отапливаемая площадь, м2	180	180	180	180
Мощность установки, кВт	10,8	10,8	10,8	10,8
Площадь котельной, м2	6	6	3	6
Расход электрической энергии,кВт/час	1,5	2	13	2
Источник тепловой энергии	Газ	Дизельное топливо	Электрический ток	Тепло земли, электрический ток
Расход энергоносителя в год	5000 м3	10000 литров	69000 кВт	Энергия земли - бесплатно
Срок службы	15-20 лет	15-20 лет	3-8 лет	50 лет
Пожароопасность	Опасен (постоянный огонь)	Опасен (постоянный огонь)	Опасен	Безопасен
Взрывоопасность	Опасен	Опасен	Опасен	Безопасен
Уровень экологической опасности	Вреден (выделяет CO и NOx)	Вреден (выделяет CO и NOx)	Безвреден	Безвреден
Вентиляция	Необходима	Необходима	Не нужна	Не нужна
Обслуживание	Регулярный осмотр	Регулярный осмотр	Периодический осмотр	Периодический осмотр
Надежность	Высокая	Высокая	Высокая	Очень высокая
Автономность при отсутствии снабжения энергоносителями	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Обеспечивает при наличии резервного электрогенератора 2 кВт
Возможность охлаждения помещения	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Не обеспечивает	Обеспечивает
Окупаемость	Не окупается	Не окупается	Не окупается	Окупается за 7-10 лет

Таблица 1. Сравнительные характеристики различных типов отопительных установок мощностью 10,8 кВт/час.

Из сравнительных характеристик (табл.1) и графиков (рис.10-15) можно сделать соответствующие выводы:

Уже на данный момент тепловые насосы являются более экономичными чем котлы на дизельном топливе или электрическое отопление, а в ближайшем будущем, когда цены на энергоносители сравняются с европейскими они станут бесспорными лидерами и будут превосходить даже газовые котлы (рис.4).
Также можно предположить, что рост цен будет более резким, поскольку природных запасов нефти и газа осталось всего лишь на 40 и 60 лет соответственно.
За 10 лет эксплуатации теплового насоса можно получить экономию, по сравнению с электрическим отоплением, 35 тыс. $, за 15 лет – 60 тыс. $, за 20 лет – 87 тыс. $.
Кроме прямого экономического эффекта, тепловой насос абсолютно экологически безвредный источник теплоснабжения, пожаро- и взрывобезопасен.
Поскольку тепловые насосы не используют в своей работе топливо, то соответственно стоимость их эксплуатации не будет зависеть от изменения цен на энергоносители.

Срок службы тепловых насосов несравнимо больше, чем у классических котельных, а поэтому это вложение в будущее и для следующих поколений.
В России уже сейчас, при сравнительно низких ценах на энергоносители, многие прогрессивные и образованные люди, думающие о будущем, выбирают тепловые насосы для отопления и приготовления горячей воды, делая сознательный вклад в будущее.


РАБОТА ТЕПЛОВОГО НАСОСА В БИВАЛЕНТНОМ РЕЖИМЕ

При малом теплопотреблении работает только тепловой насос, а при повышенном теплопотреблении автоматически дополнительно включается дровяной котел.



Рис.14. Принципиальная схема работы теплового насоса в бивалентном режиме с дровяным котлом.

Технические характеристики

	Тепловой насос	Дровяной котел
Предел мощности, кВт	5	14
Макс. Температура работы, оС	55	95
Размеры, мм	600х650х945	950х590х1050
Потребление электрической энергии, кВт/ч	1.5	0.5
Потребление дров, м3/сут		0.06
Электронное управление	есть	есть
Аварийная сигнализация	есть	есть
Дистанционое управление через интернет	есть	есть
Отапливаемая площадь, м2	400
ГВС, л	300