Тепловые насосы



В славном семействе электрических систем отопления тепловые насосы пока что еще менее всех известны. И потому о них ходят самые невероятные слухи. Что-де никому они не по карману и потому их изготавливают на заводах поштучно, только по заказам богачей. Что, мол, агрегаты эти, не потребляя никакого топлива, и зимой, и летом берут тепло из . . .ничего, из воздуха. И вообще это - perpetuum mobile, фантазия оставшихся без работы и одуревших от безделья ученых «оборонки»,  подхваченная падкими на сенсации журналистами.

Между тем все это правда. Почти правда. Настоящая правда еще более фантастична. Тепловой насос способен отбирать тепло не только из воздуха, но и из воды, из земли, и даже, простите, из канализации. Для того чтобы ближе познакомиться с принципом его работы, вспомним ...анекдот про чукчу, который грелся в холодильнике. Собственно, хотим обратить ваше внимание не на находчивость представителя малочисленной народности, а на холодильник, выступающий в роли обогревателя. Задумывались ли вы над тем, как морозильник работает? Скажете, что тут сложного? Фреон (в последнее время другие хладагенты), подгоняемый насосом, циркулирует по трубам и охлаждает продукты. Все верно. Но откуда бегающий по трубам фреон берет холод, если на кухне никогда не бывает морозов? Вы скажете, не холод доставляется в морозильную камеру, а тепло отбирается у хранящихся продуктов. Во-о-о... теплей-теплей... А обратили ли вы внимание на то, что арматура на задней стенке холодильника, представляющая собой радиатор для охлаждения трудяги-фреона, всегда теплая, а порой даже горячая? Откуда это тепло? От продуктов! Да-да, от задубевших и обледеневших продуктов...

Не вдаваясь в подробности физики процесса, скажем лишь, что тепловой насос - как же не насос, если закачивает в дом тепло, добытое из бог весть чего, находящегося за окном! - это повернутый задом наперед холодильник. (Да простят меня ученые за столь вольное толкование их изобретения.) У которого холодильная камера на улице,   а разогревшийся радиатор в помещении.

А если говорить деловым языком, тепловые насосы - это компактные отопительные установки, предназначенные для автономного обогрева и горячего водоснабжения жилых и производственных помещений. Они экологически чисты, так как работают без сжигания топлива и не производят вредных выбросов в атмосферу, чрезвычайно экономичны, поскольку, потребляя, к примеру, 1 кВт электроэнергии для циркулирования хладагента, производят до 3-4 кВт тепловой энергии.

Применение тепловых насосов различной модификации является принципиально новым решением проблемы теплоснабжения и позволяет в зависимости от сезонности и условий работы достигать максимальной эффективности в их работе.

Тепловые насосы имеют большой срок службы до капитального ремонта (до 10-15 отопительных сезонов) и работают полностью в автоматическом режиме. Срок окупаемости оборудования не превышает 2-3 отопительных сезонов.

На рынке России тепловые насосы - новинка, однако в развитых странах эти устройства производятся и успешно эксплуатируются уже более 30 лет.

 

ПРИНЦИП     РАБОТЫ     ТЕПЛОВОГО     НАСОСА

 

Тепловой насос - это машина, которая поглощает низкопотенциальную теплоту из окружающей среды с температурой 4-6°C и выше и передает ее в систему теплоснабжения потребителей в виде нагретой воды или воздуха. Передача тепла производится рабочим телом -хладагентом (фреоном). Электроэнергия, потребляемая тепловым насосом, тратится лишь на перемещение фреона по системе с помощью компрессора точно так же, как в холодильных машинах. Система работает как котел при отоплении и как кондиционер при охлаждении. Зимой система передает тепло неостывшей земли в дом. Этот же цикл используется и при нагреве воды. Летом излишки тепла в доме передаются через теплообменник в обратном направлении.

В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии для обогрева дома может быть использовано тепло естественного происхождения (наружный воздух; тепло грунтовых, артезианских и термальных вод; воды рек, озер, морей и других незамерзающих природных водоемов). Тепловые насосы комплектуются системой управления и автоматики, которая поддерживает заданный режим работы теплового насоса.

Энергетическая эффективность применения тепловых насосов зависит от температуры низкопотенциального источника и будет тем выше,  чем более высокую температуру источник будет иметь.

Экономическая эффективность применения тепловых насосов зависит от следующего:

-          температуры низкопотенциального источника тепловой энергии;

-          стоимости электроэнергии в регионе;

-          себестоимости тепловой энергии,   производимой с использованием различных видов топлива.

Использование тепловых насосов вместо традиционных источников тепловой энергии экономически выгодно по причинам:

-          отсутствия необходимости в закупке,  транспортировке,  хранении топлива и расходе денежных средств,   связанных с этим;

-          высвобождения   значительной   территории,   необходимой  для размещения котельной,  подъездных путей и склада с топливом.

Установка не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, так как нет внутреннего и внешнего блока, и занимает минимум пространства.

В ценовом отношении тепловые насосы действительно не дешевы. Начальные затраты на установку этих систем несколько выше стоимости обычных систем отопления и кондиционирования. Цена геотермального теплового насоса рассчитывается из условия 300-400 у.е. за 1 кВт тепловой мощности. Однако если рассматривать эксплуатационные расходы, то первоначальные вложения в геотермальный обогрев,  охлаждение и горячее водоснабжение быстро окупаются за счет энергосбережения. Кроме того, необходимо учитывать, что при работе теплового насоса не требуется никаких дополнительных коммуникаций,   кроме бытовой электрической сети.

Установка этих систем потребует проведения внутренних электромонтажных работ, прокладки внутренних воздуховодов, монтажа внешнего теплообменника. Стоимость этих работ зависит от ваших требований и расценок монтажной фирмы.

Различают следующие конструкции геотермальных насосов:

-          насос с открытым циклом:   теплоноситель подается непосредственно из водоема и после прохождения цикла охлажденным возвращается обратно;

-          насос с закрытым циклом:   теплоноситель прокачивается через замкнутый контур,  который может быть проложен глубоко в земле

или по дну водоема;  это более экологически безопасный метод,  чем открытый цикл;

-          насос   с   горизонтальным  теплообменником:   замкнутый   контур теплообменника укладывается горизонтально в глубокие траншеи;

-          насос   с   вертикальным  теплообменником:   замкнутый   контур теплообменника устанавливается вертикально в подготовленные отверстия; применяется в тяжелом грунте или при ограниченности пространства участка.

Наиболее эффективным считается тепловой насос с замкнутым циклом: теплоноситель прокачивается через замкнутый контур, который может быть проложен глубоко в земле или по дну водоема.

При работе этих систем используется возобновляемое тепло солнечного излучения, которое накоплено в земле. Поэтому применение тепловых насосов снижает затраты энергии, полученной путем сжигания топлива, и соответственно, снижает выброс в атмосферу токсичных веществ. Кроме того, применение воздушных систем отопления позволяет контролировать состояние воздуха в доме, удалять вредные примеси, частицы пыли, споры, различные аллергены и запахи.

С учетом компактности, экономичности и простоты в обслуживании, тепловые насосы по совокупности эксплуатационных параметров могут представлять интерес для различных категорий потребителей тепловой энергии.

В сравнении с газовыми и жидкотопливными отопительными системами отопительная система с использованием теплового насоса экономична - годовые расходы на отопление и нагрев воды дома с отапливаемой площадью 145 м2 составляют всего около 2000 руб.; данная отопительная система безопасна - в ней используется низкотемпературная энергия; тепловой насос как отопительная система в летний период может исполнять функцию охлаждения; отопительная система с тепловым насосом надежна и проста в эксплуатации, что позволяет экономить на сервисном обслуживании.

Земные недра являются бесплатным теплоисточником, поддерживающим одинаковую температуру круглый год. Использование тепла земных недр является экологически чистой, надежной и безопасной технологией. Установка может быть внедрена на участке земли малой площади. Объем восстановительных работ после бурения незначителен, влияние скважины - минимально. Установка не оказывает влияния на уровень грунтовых вод, так как грунтовые воды не задействованы в процессе.

В поверхностном слое земли накапливается тепло в течение лета, эту энергию также имеет смысл использовать для отопления.

Тепло из почвы поставляется посредством пластикового шланга. Экологически чистая, морозоустойчивая жидкость, циркулирующая в системе, переносит тепло к теплонасосу.

Шланг для передачи тепла укладывается на дне или в донном грунте, где температура еще немного выше, чем температура воды. Для того чтобы шланг не всплывал, к нему должен быть прикреплен груз, играющий роль якоря.

 

ОТКУДА     ТЕПЛОВОЙ     НАСОС     ИЗВЛЕКАЕТ «БЕСПЛАТНОЕ     ТЕПЛО»

 

Насос не производит вредных выбросов, воздействие коллектора минимально, хладагент R407C, циркулирующий в агрегате, нетоксичен,   безвреден для озонового слоя.

Солнце - вот главный и самый мощный источник энергии. Именно оно нагревает воздух, воду, земную поверхность и глубины, из которых тепловой насос извлекает эту накопленную солнечную энергию.

Системный мониторинг осуществляется микропроцессорными средствами автоматики, автоматизированная система управления обеспечивает безопасный и эффективный режим работы теплового насоса и вспомогательного оборудования. Подробное описание функций можно найти в инструкциях пользователей.

Срок эксплуатации земляного коллектора зависит от уровня кислотности почвы и может достигать 50-100 лет, при повышенном же pH - приблизительно 30 лет. Непосредственно в самой установке единственной движущей частью является компрессор, срок службы которого составляет 15 лет, и который можно легко и дешево заменить по истечении срока его эксплуатации. В процессе эксплуатации система не нуждается в специальном обслуживании, возможные манипуляции не требуют специальных навыков и описаны в инструкциях к конкретным моделям. Тепловой насос компактен - серийные установки имеют размер 600х600х1650 и 600х600х850 мм. По желанию заказчика корпус может быть выполнен в дереве. Тепловой насос практически совместим с любой циркуляционной теплопроводной отопительной системой, независимо от типа котла. Это может быть и низкопотенциальная теплота искусственного происхождения: сбросные воды; нагретые продукты технологических процессов; вытяжной воздух системы вентиляции.

 

ЭЛЕКТРОТЕПЛОСНАБЖЕНИЕ

 

Для систем стационарного электротеплоснабжения зданий разрешается применение следующих видов нагревательных приборов: низкотемпературных сухих и масляных радиаторов, греющих панелей, электротепловентиляторов, аккумуляционных электропечей, греющих кабелей, конструкционных элементов зданий со встроенными низкотемпературными нагревательными элементами и электроводонагревателей.

1. Электроотопительные приборы должны соответствовать требованиям ГОСТ 16617-87Е, ГОСТ 23110-84*Е, СТ СЭВ 1110-78.

2.         Запрещается использование приборов  электротеплоснабжения,  не прошедших аттестации органов государственного надзора.

3.         Нагревательные приборы,   предназначенные для  стационарных систем электротеплоснабжения,  должны иметь встроенный терморегулятор или термовыключатель. Приборы с принудительной конвекцией должны иметь  блокировку от отсутствия обдува нагрева

тельных элементов.

4.         Водонагревательные   приборы  должны  иметь   блокировку   от включения при отсутствии воды или понижении ее уровня и термовыключатель. .

5.         Нагревательные приборы должны располагаться таким образом, чтобы к ним был обеспечен свободный доступ для осмотра,  ремонта и очистки.   Расстояние между электронагревательными приборами и строительными конструкциями должно составлять не менее 25 мм.

6.         Использование нагревательных приборов с непосредственным преобразованием электрической энергии в тепловую в складских помещениях   с  горючими материалами  запрещается.   Допускается  использование  таких нагревателей в помещениях для обслуживающе

го персонала складов,   отделенных от складских помещений стеной.

7.         Нагревательные приборы должны располагаться на негорючих или трудногорючих основаниях строительных конструкций.  Допускается расположение нагревателей на горючем основании при условии установки между нагревателем и основанием подложки из

негорючего теплоизолирующего материала   (асбест,   асбоцемент и т.п.) .  Отопительные нагревательные приборы следует располагать преимущественно   под    оконными   проемами.

8 . Нагревательные приборы, используемые в системах электроотопления, должны быть огорожены решетками из негорючих материалов (или применены другие конструктивные меры, исключающие попадание  предметов  обихода непосредственно на прибор).

9.         В проектах систем электротеплоснабжения должны быть указаны размеры нагревательных приборов,  способы их установки и крепления.

10.       Температура наружной поверхности элементов системы электротеплоснабжения  в  наиболее  нагретом месте  в  нормальном режиме работы не должна превышать: прибор нагревательный отопительный - 85°С; изоляция провода - 65°С; водонагревательный прибор - 90°С.

11.       В   помещениях   общественных   зданий   необходимо   предусматривать автоматическое отключение электротеплоснабжения при срабатывании  систем тушения  пожара.

12 . Расстояние от приборов электроотопления до горючих материалов должно быть не менее: до древесины 0,12 м; до поливинил-хлорида 0,05 м; до полиэтилена 0,07 м; до хлопчатобумажной ткани 0,27 м; до картона 0,25 м; до древесно-волокнистой плиты 0,2 6; до пенопласта 0,05;  до волокна вискозного 0,2 4 м.

13. Сопротивление изоляции между токоведущими и заземленными частями системы электротеплоснабжения зданий должно быть не менее   0,5 МОм.

14.       Номинальная  мощность   одного   отопительного   прибора  не должна превышать  2  кВт.

15.       Питание   приборов   электротеплоснабжения   в   жилых  домах должно осуществляться по не зависимым от других электроприем ников линиям,  начиная от квартирных щитков или вводов в здание.

16.       В общественных зданиях питание приборов электротеплос набжения должно,  как правило,   быть не зависимым от других электроприемников,  начиная от ВРУ.

17.       Соединение  приборов   с линиями питания должно  быть  неразъемным.

18.       При групповом включении нагревательных приборов  сечение проводников ответвлений должно составлять не менее половины сечения жилы питающего провода   (кабеля).

19.       В местах подключения проводников к приборам должен быть запас по длине,   обеспечивающий повторное  присоединение.

20.       Регулирующие устройства,  используемые в системах электротеплоснабжения,   должны  быть   преимущественно   бесконтактного типа   (тиристорные и т.п.).  Допускается использование магнитных пускателей,  размещенных в металлических оболочках со сте

пенью защиты не ниже  IP44.

21.       Регулирующие устройства должны содержать  световую индикацию включенного состояния нагревателей.

22.       Датчики  температур должны быть  расположены на негорючем или  трудногорючем  основании  на  высоте   не  менее   1,8   м  от пола.  Допускается установка их на горючем основании с подкладкой из негорючих материалов.

23.       Датчики температуры,  используемые в системе регулирования,   должны иметь возможность изменения установки.

24.       Схема регулирования температуры должна иметь возможность отключения ее от сети в случае блокирования  (срыва регулирования) .

25.       Устройства регулирования,  коммутации и аппараты защиты должны устанавливаться в металлических ящиках   (шкафах) .   Расположение  ящиков на горючих  основаниях допускается при условии подкладки из негорючих или трудносгораемых материалов.

26.       Перед  вводом систем электротеплоснабжения  в жилых до мах в эксплуатацию население должно быть проинструктировано о мерах безопасности и порядке их эксплуатации.

27.       Расчет теплотехнических и гигиенических параметров,  а также выбор и размещение приборов электротеплоснабжения предусматривается в разделах «Отопление и вентиляция» проектно-сметной документации зданий.

Прежний опыт электрического отопления жилья в России подсказывал, что центральное отопление всегда лучше. Потому что оно, как минимум, дешевле. Электроприборы же нужны только для местного догрева некоторых комнат или в аварийных ситуациях. Поэтому электроотопительные приборы выпускались в России только переносные: почти примитивные по конструкции и недорогие. Это были в основном тепловентиляторы и масляные радиаторы. Количество проблем, связанных с системой центрального отопления, все возрастало. Пропорционально их росту увеличивалось количество потребляемых электрообогревателей при одновременном увеличении их мощности. (Мы так долго строили дома по принципу - «лишь бы больше», чтобы скорее обеспечить крышу над головой максимальному количеству граждан, и столько возвели «холодных» домов, что по количеству потерь тепла обогнали практически все страны. В результате заложенное в проекты центральное отопление просто перестало справляться со своими обязанностями. А если добавить к этому предельный износ оборудования и недофинансирование, то необходимость в дополнительном обогреве становится абсолютно очевидной.)

За рубежом все происходило прямо наоборот. Начать хотя бы с того, что они намного раньше нас озадачились проблемой энергосбережения и уменьшения теплопотерь зданий. Намного раньше нас задумались над проблемой применения электроотопления для обогрева зданий и создали массу отопительных электроприборов для ее решения. Свидетельством этому является хотя бы то, что согласно многолетней статистике доля выпускаемых стационарных электронагревательных приборов в общем объеме производства намного превышает долю переносных. И, пожалуй, наиболее популярными системами на основе электрообогрева у них (на Западе) стали системы воздушного обогрева. Мы же продолжали идти своим путем. И только изменившаяся экономическая ситуация, описанная нами в начале этого обзора, заставила обратить внимание на системы воздушного обогрева, предлагаемые современным рынком. И «открыть» их для себя.  «Открыть»... второй раз.

Дело в том, что воздушное отопление - для Руси совсем не новое явление. Оно применялось с незапамятных времен. Пример тому царские палаты Московского Кремля. Отапливались они дровяными печами, установленными не в самих палатах, а в «подсобных помещениях» на нижнем этаже. Сами же палаты обогревались воздухом, подаваемым в помещение по воздушным каналам. Конечно, инженерный уровень современных систем воздушного отопления несоизмеримо выше - вместо дровяных печей используются, например газовые нагреватели воздуха, системы конвективного обогрева или тепловентиляторы. Причем каждая из этих систем отличается высокой эффективностью, простотой в эксплуатации и высокой надежностью. За рубежом такие системы отопления индивидуального дома используются довольно давно и широко, но импортные системы известны нашему потребителю недостаточно хорошо, и потому он относится к ним крайне осторожно. В России об исторических фактах существования таких отечественных систем как-то подзабыли. Собственных современных систем вовремя не разработали и не выпустили, а занялись их созданием только сейчас. И то, в основном, глядя на все-таки заполонившие наш рынок импортные товары.

Материал подготовил Е.   Абишев

По материалам справочника " Отопление. Оборудование и технологии". НТЦ «Стройинформ».

Назад в раздел