Тепловий насос – це один з можливих варіантів опалення приватного будинку, який порівняно недавно з’явився в наших краях. Суть роботи теплового насоса полягає в циркуляції теплоносія по замкнутому контуру, в результаті чого відбирається тепло у повітря, землі або води.
Тобто, джерелом тепла в цьому випадку є природні джерела, а не продукти згоряння або електрику, що робить тепловий насос найбільш екологічно чистим та економічно вигідним на сьогоднішній день. Така система опалення практично не залежить від цін на паливо, адже енергія землі, води і повітря не тільки невичерпна, але і абсолютно безкоштовна. Єдині витрати при експлуатації теплового насоса пов’язані з витратами на електроенергію, від якої і працює сам насос, але вони складають лише 1/3 усієї виробленої енергії, так що економія очевидна. Таким чином, тепловий насос за вартістю експлуатації може змагатися навіть з найбільш дешевим природним газом, не кажучи вже про твердому або рідкому паливі.
Сама ідея отримувати тепло з навколишнього середовища далеко не нова, але теплові насоси, як спосіб обігріву будинків, з’явилися порівняно недавно у західних країнах на піку популярності екологічно чистого і нешкідливого обладнання. Саме в європейських країнах почали встановлювати їх не тільки для приватних будинків, але і для цілих районів у містах.
Як працює тепловий насос?
Принцип дії теплового насоса нагадує принцип роботи холодильника, тільки навпаки. Якщо в холодильнику робоча речовина випаровується, віддаючи холод, то в тепловому насосі вона конденсується, віддаючи тепло. Отримане тепло накопичується, збагачується і віддається теплоносію, який переносить його в опалювальні приміщення. Для виділення тепла в системі використовується конденсатор, тоді як випарник поглинає отримане низько потенційне тепло.
Електроенергія потрібна системі для роботи компресора. В якості показника ефективності роботи теплового насоса використовується таке поняття, як перетворення тепла або трансформація – різниця між величиною споживаної електроенергії та отриманого в результаті тепла. ККД системи залежить від різниці температур випарника і конденсатора – чим вона більше, тим нижче ККД. Для збільшення ефективності роботи потрібно забезпечити максимально великий за обсягом джерело низько потенційного тепла, інакше в системі можливе переохолодження.
Таким чином, маса джерела низько потенційного тепла повинна бути значно більше маси, що нагрівається, що дозволить скоротити різницю температур холодного тіла і джерела тепла, а це, в свою чергу, скоротить споживання електричної енергії. Єдиний недолік такого рішення – значні габарити теплового насоса, які безпосередньо пов’язані ще і з його вартістю. При обігріві такою системою районів і навіть міст можна встановлювати дороге обладнання, яке займає значну площу – це економічно виправдано, але от щодо приватних будинків це далеко не завжди вигідно.
Типи теплових насосів
Розглянемо робочі характеристики і типи теплових насосів. Що стосується умов експлуатації, їх можна використовувати в досить широкому температурному діапазоні від -30 °С до +35 °С. Найбільш поширеними вважаються компресійні та абсорбційні насоси. Перші забезпечують циркуляцію в системі за рахунок механічної і електричної енергії, другі переносять тепло з допомогою самого джерела тепла. Абсорбційні насоси більш економічні, але мають більш складну конструкцію і коштують дорожче.
Залежно від типу джерела тепла теплові насоси можна поділити на:
- геотермальні, забирають тепло землі або води (грунтових вод, водойм тощо);
- повітряні, забирають тепло повітря;
- насоси вторинного тепла, забирають тепло, яке виділяється при опаленні, робочих процесах на виробництві і т. д. Зазвичай такі насоси використовуються саме на виробництвах, де є джерела «зайвого» тепла.
В якості теплоносія в теплових насосах може використовуватися вода, повітря, грунт або їх комбінації.
Геотермальні теплові насоси бувають закритими і відкритими. Відкриті системи використовуються для нагрівання води, яка потрапляє в контур, нагрівається і виводиться назовні. Використовувати таку систему можна, якщо поблизу є досить велике джерело води з достатнім об’ємом. Крім того, вода, що пройшла через систему, не повинна забруднювати навколишнє середовище, а її викид потрібно узгоджувати з державними установами.
Більш переважними є замкнуті системи, які теж можна поділити на кілька типів:
- з горизонтальним розташуванням колектора, коли він монтується в викопаної землі траншеї нижче рівня промерзання грунту. В залежності від клімату і типу грунту глибина монтажу колектора може змінюватися, а в середньому вона становить близько 1,5 м. Для збільшення площі та об’єму контуру при скороченні витраченої площі колектор краще укладати кільцями. Цей тип вимагає наявності на ділянці значною вільної площі, що не завжди можливо;
- з вертикальним розташуванням колектора, коли він розміщується в свердловині на глибині близько 200 м. Такий тип використовується у випадках, коли на дільниці не вдається виділити потрібну площу для установки теплового насоса або ж поверхня ділянки нерівна;
- водний, коли колектор монтується у водоймі (природному або штучному) на глибині нижче його промерзання. У цьому випадку колектор теж бажано розміщувати кільцями для економії площі. Для встановлення водного теплового насоса повинні бути дотримані деякі умови: обсяг води у водоймі повинен бути достатнім для отримання потрібної кількості тепла, а також глибина водойми повинна бути досить великою, щоб вода в ньому не промерзають до самого дна.
Переваги і недоліки теплового насоса
Отже, тепловий насос – це поєднання практично безкоштовною теплової енергії та екологічної чистоти. Чому ж тоді далеко не всі згодні поміняти на нього свої традиційні джерела тепла? Справа в тому, що поряд з безсумнівними плюсами тепловий насос має і деякими недоліками. Розглянемо більш докладно і перші, і другі.
Переваги
До достоїнств теплового насоса, як було зазначено вище, можна віднести невелике споживання електроенергії (для отримання 1 кВт/год тепла насос поглинає 0,3-0,35 кВт/год) і нешкідливість для навколишнього середовища. Крім того, тепловий насос має високий рівень пожежної безпеки, не вимагає оснащення додатковою системою вентиляції і не потребує регулярного обслуговування. Регулювання роботи системи виконується автоматично без втручання людей. По суті, якщо його правильно встановити і підключити, протягом 20 років можна просто забути про його існування і насолоджуватися теплом у домі.
Ще одна перевага – можливість не тільки обігріву будинку в холодну пору року, але і його охолодження влітку. Для цього до колектора потрібно підключити систему «холодний стелю» і фен-койли. Таким чином, тепловий насос зможе замінити собою кондиціонери.
Недоліки
А тепер пару слів про недоліки теплового насоса. Перший (і головний) з них – висока вартість устаткування і монтажу. Тепловий насос має досить складну структуру, до того ж оснащений автоматикою, що робить його досить дорогим задоволенням. До того ж його установка пов’язана з земельними роботами великих обсягів, що значно збільшує його вартість. Якщо Ви вирішили замінити газову систему опалення, витрати на переобладнання будуть окупатися багато років. При цьому потрібно врахувати ще й той факт, що середній термін служби теплового насосу становить 20 років, після чого потрібно проводити капітальний ремонт системи, що пов’язана знову-таки з земельними роботами і закупівлею нових елементів. Так що явна, на перший погляд, вигода від використання теплового насоса при найближчому розгляді може виявитися далеко не вигідною, тому краще заздалегідь все порахувати і вирішити, чи потрібно його встановлювати.
Варто використовувати тепловий насос для опалення будинку?
Підвівши підсумки, можна зазначити, що тепловий насос – це дійсно непогана альтернатива існуючим системам опалення. Можливо, через кілька років його вартість знизиться настільки, що з’явиться сенс його встановлення не тільки з екологічних міркувань, але й економічних. Поки ж (принаймні в нашій країні) використання такого обладнання навряд чи знайде широке застосування.
