Тепловые насосы «вода-вода» для отопления дома

— Легко!

Звучит хорошо? Хорошо. Или неправдоподобно?

Давайте разбираться.

Итак, у Вас есть дом, или дача, и Вы задумались, а чем будет лучше всего отапливать данное строение?

Или нет, Вы построили коробку, ждёте газа, газ «вот-вот проведут», осенью запустили временное отопление. Ну, как же, зима на носу, «повесим-ка во-о-о-о-от такой котел, пока не дали газ».

Прошел первый отопительный сезон, весной Вы подытожили все затраты на электрокотел (или на дизельный?), и пустили слезу сожаления, так как 100-200 тысяч рублей улетели в трубу. Только за первую зиму. И это Вы там еще не жили, только отделочные работы идут

Ранее мы уже разбирали, почему важно считать стоимость отопления будущего дома. Или нет, может быть, у Вас дом в коттеджном поселке. Это же престижно, звучит красиво, да и люди все вокруг приличные! Газ по поселку давно разведен еще девелопером, теперь ждём только подключения («ну вот же, почти»)

И так проходит год, два… То проект на стадии подготовки, то акт не подписан, то срок ТУ закончился, и вот уже 3 года все жители ждут этого благословенного голубого топлива, как вдруг приходит информация от председателя:

Это же престижно, звучит красиво, да и люди все вокруг приличные! Газ по поселку давно разведен еще девелопером, теперь ждём только подключения («ну вот же, почти»). И так проходит год, два… То проект на стадии подготовки, то акт не подписан, то срок ТУ закончился, и вот уже 3 года все жители ждут этого благословенного голубого топлива, как вдруг приходит информация от председателя:

— Уважаемые соседи, общался с газовиками, нужно скинуться еще по 300 тыс. с участка

Как еще по 300 тысяч? Уже ведь и так скидывались: 400 тысяч, и потом еще 200? Ситуация комичная, но оттого нисколько не менее редкая в Московской области. Поселки ждут газа по 5, по 7 лет, а заинтересованные лица затягивают вопрос, потому что чем больше затягивается вопрос, тем больше люди готовы выложить столько, сколько у них попросят. Ведь пропасть уже вложена и сил, и времени, и денег. Чемодан без ручки — и тащить тяжело, и бросить жалко. Гигантская голубая кормушка.

Вы не задумывались, почему в бедных регионах России подключение газа — это 30 тысяч за-всё-про-всё? С проектом, врезкой и подведением к дому? Потому что там люди НЕ МОГУТ отдать больше. А подмосковные МОГУТ.

Сборка насоса из старого холодильника

Тепловой насос изготовить из старого холодильника можно двумя способами.

В первом случае холодильник должен находиться внутри помещения, а снаружи требуется проложить 2 воздуховода и врезать в переднюю дверку. По верхнему воздух попадает в морозилку, происходит охлаждение воздуха, и по нижнему воздуховоду он покидает холодильник. Помещение греется от теплообменника, который расположен на задней стенке.

По второму способу своими руками сделать тепловой насос тоже довольно просто. Для этого понадобится старый холодильник, его надо только встроить снаружи отапливаемого помещения.

Как подобрать тепловой отопительный насос воздух-вода

Правильно выбрав тепловой насос для отопления дома воздух-вода, можно раз и навсегда решить вопрос обогрева жилых и промышленных помещений. Подбор подходящей тепловой станции выполняют следующим образом:

Тип корпуса – производители предлагают две базовых конструкции. Низкотемпературный моноблочный тепловой насос типа воздух-вода примечателен тем, что в помещении не устанавливается никакого оборудования, все необходимые узлы расположены на улице (либо в отдельном изолированном помещении). В дом входит только подающий и обратный трубопровод отопления. Сплит – системы, больше предназначены для бытового использования. Внешний блок устанавливается на улице и подключается к емкости накопителю. Разогретый фреон разогревает конденсатор, который методом косвенного нагрева передает тепло жидкости, используемой в качестве теплоносителя.
Функциональные возможности – некоторые модели предназначены для подключения только к системе водяного обогрева здания. Применение других теплонасосов воздух-вода, подходит для отопления и горячего водоснабжения.
Зависимость производительности от температуры окружающей среды – бытовые модели обычно ограничены температурой от +45°С до -15°С, можно приобрести оборудование, способное вырабатывать тепловую энергию даже при -25-32°С. Эффективность системы отопления дома с ТН воздух – вода, напрямую зависит от этого параметра.

Дополнительно, к параметрам при выборе, обращают внимание на мощность оборудования, компанию производителя, выпускающую теплонасос и себестоимость установки, включая проведение монтажных работ

Как сделать расчет необходимой мощности ТН воздух-вода

Существует два понятия, предварительный (в первом приближении) и проектный расчёт мощности. Первый можно выполнить самостоятельно, второй делает специализированное учреждение. В первом приближении, на каждый квадратный метр рассчитывают 70 Вт мощности ТН. Дальнейшие расчеты выполняют следующим образом:

Подсчитывают общую отапливаемую площадь.
Умножают полученную сумму на 0,7.
Полученный результат будет соответствовать минимально необходимой мощности оборудования.

Чтобы обеспечить максимальную экономичность отопления дома с помощью теплового насоса системы воздух-вода, потребуется грамотная проектная документация и квалифицированное выполнение монтажных работ.

Производители тепловых насосов отопления воздух-вода

Буквально 10 лет назад, на рынке предлагались всего несколько моделей тепловых насосов. Сегодня выбор стал намного больше. Ведущие немецкие производители, российские, японские и китайские компании, выпускают оборудование, с той или иной долей теплоэффективности.

Судя по отзывам покупателей, наиболее востребованными являются насосы следующих компаний:

Viessmann – более 30 лет занимается выпуском тепловых насосов. С тех пор, продукция компании существенно изменилась. Были учтены пожелания потребителей, внедрены новые технологии. В ТН Viessmann используется инновационная автоматика, полностью регулирующая весь процесс работы, оптимизирующая процесс обогрева, в согласии с погодными условиями.
Buderus – модели отличаются высокой производительностью. Предназначены для бытового и промышленного применения. Полностью соответствуют особенностям отечественной эксплуатации. В серии Buderus предлагаются насосы для обогрева площади до 500 м² и выше.
Stiebel Eltron – еще одна немецкая компания, пользующаяся неизменным спросом у отечественного потребителя. В качестве достоинств можно выделить большой ассортимент предлагаемого оборудования, функциональность устройств и возможность подбора по индивидуальным запросам. Модели Stiebel Eltron имеют высокий уровень СОР и отличаются экономичностью.
Heliotherm – австрийские теплонасосы, имеющие один из лучших показателей СОР среди всего термального оборудования. Имеют официальное представительство в РФ, что во многом облегчает монтаж, обслуживание систем и выполнение гарантийных обязательств. Теплонасосами Heliotherm оснащены более 15 000 различных объектов.

Стоимость установки ТН воздух-вода

Последние модели тепловых насосов обойдутся в 160-1200 тыс. руб. Цена варьируется, в зависимости от производителя. На стоимость сильно влияет «раскрученность» бренда. Китайские модели, имеют меньшую цену, но и уступают по надежности и показателям СОР.

Монтаж теплонасосов воздух-вода обычно входит в стоимость. Большинство производителей, дополнительно, бесплатно делают проект и предоставляют другие услуги по обслуживанию. Рассчитать полную стоимость, включая покупку ТН и его установку можно с помощью он-лайн калькуляторов.

Особенности отопления дома тепловым насосом воздух-воздух

Прежде чем начинать оценку эффективности отопления дома тепловым насосом воздух-воздух, необходимо сказать несколько слов об особенностях работы тепловых насосов этого типа.

Эффективность теплового насоса определяется его коэффициентом преобразования (COP) – этот коэффициент показывает, соотношение полученного тепла и затраченной на это электроэнергии. Умножив этот коэффициент на 100 можно получить КПД теплового насоса. Производители и продавцы тепловых насосов воздух-воздух заявляют об их высокой эффективности и экономичности, заявляя что их насосы обладают коэффициентом преобразования COP на уровне 3..4 – т.е. на каждый затраченный 1 кВт электроэнергии можно получить 3-4 кВт тепла. Так ли это в действительности? НЕТ!!! Указываемый производителем COP – это максимально возможное значение для строго определенных условий и наружных температур.

В действительности эффективность (и COP) тепловых насосов воздух-воздух сильно зависит от наружной температуры воздуха (вообще говоря, от разности температур внутри и снаружи дома, но внутреннюю температуру можно считать неизменной). И честные производители тепловых насосов воздух-воздух дают таблицы эффективности для разных наружных температур.

Рассмотрим для примера американский тепловой насос Lennox TSA036 мощностью 10,5 кВт. В инструкции на него дана таблица отдаваемой тепловой мощности и затраченной на это электроэнергии.

Температура	+18°C	+7°C	-4°C	-7°C	-15°C	-26°C
Мощность нагрева, кВт	11,5	8,9	6,0	5,2	4,4	2,2
Потребление электричества, кВт	2,34	2,18	2,03	1,96	1,83	1,36
COP	4,91	4,08	2,96	2,66	2,4	1,62

Из этой таблицы видно, что реальный COP снижается при понижении температуры на улице. Кроме того, из этой таблицы следует и другой очень важный факт – при понижении температуры на улице количество тепла, которое можно получить от данного теплового насоса, также снижается! Причем весьма существенно – при температуре на улице -4°C от теплового насоса Lennox TSA036 можно получить уже всего только 6 кВт, при том что номинальная мощность у него – 10,5 кВт.

Более того, для любого теплового насоса воздух-воздух существует критическая отрицательная температура, при достижении которой он начинает интенсивно обмерзать. Для теплового насоса Lennox TSA036 это -7°C. При более низких температурах необходимо устанавливать так называемый зимний комплект – набор обычных электрических нагревателей, которые будут размораживать тепловой насос. Поскольку КПД этих обычных электрических нагревателей не может превышать 100%, то суммарное потребление электричества теплового насоса и дополнительных зимних нагревателей приблизится к тепловой мощности, которую можно получить от теплового насоса (как следует из таблицы, Lennox TSA036 при -7°C всего 5,2 кВт тепла, его собственное потребление 2,66 кВт плюс дополнительно несколько кВт потребляют зимние нагреватели).

Указываемый производителем COP – это максимально возможное значение для строго определенных условий и наружных температур.

Реальный COP (эффективность) теплового насоса воздух-воздух снижается при понижении температуры на улице.

Количество тепла, которое можно получить от теплового насоса воздух-воздух, также снижается при понижении температуры на улице.

Таким образом, тепловые насосы воздух-воздух эффективны только при температурах, при которых они способны работать без зимнего комплекта, и при этом нужно обязательно принимать во внимание, что при пониженных температурах они дают тепла гораздо меньше, чем их заявленная номинальная мощность. В частности, для взятой модели Lennox TSA036 при температурах ниже -7°C нужно отключать тепловой насос и переходить на резервные нагреватели (электрические)

Так будет ли эффективно отапливать дом тепловым насосом воздух-воздух в Московской области, даст ли это экономию?

Виды агрегатов

Наглядное представление о вариантах устройства тепловых насосов представляет их классификация по виду теплоносителя на внешнем и внутреннем контурах конструкции. Получать энергию устройство может из:

грунта;
воды (водоём или источник);
воздуха.

Внутри дома полученная тепловая энергия может использоваться в системе отопления, а также для подогрева воды или для кондиционирования воздуха. Поэтому различают несколько видов тепловых насосов в зависимости от сочетания этих элементов и функций.

Система «грунт-вода»

Получение тепла из грунта считается одним из самых эффективных для этого типа альтернативного отопления, поскольку уже примерно в пяти метрах от поверхности температура грунта остаётся достаточно постоянной, мало подвержена изменениям погодных условий.

В геотермальном тепловом насосе используют специальные теплопроводящие зонды

В качестве теплоносителя на внешнем контуре используется специальная жидкость, которую принято называть рассолом. Это экологически безопасный состав.

Наружный контур теплового насоса типа «грунт-вода» выполняют из пластиковых труб. Разместить их в грунте можно горизонтально или вертикально. В первом случае могут понадобиться работы на значительной площади, от 25 до 50 кв. м на каждый киловатт мощности насоса. Площади, отведённые под устройство горизонтального коллектора, нельзя использовать для сельскохозяйственных нужд. Здесь допустима только разбивка газона или высадка однолетних цветущих растений.

Для сооружения вертикального коллектора понадобится ряд скважин глубиной 50-150 метров. Поскольку температура грунта на такой глубине выше и устойчивее, такой геотермальный тепловой насос считается более эффективным. Для передачи тепла в этом случае используются специальные глубинные зонды.

Насос «вода-вода»

Не менее эффективным выбором может стать тепловой насос вода вода, поскольку на большой глубине температура воды остается достаточно высокой и постоянной. В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться:

открытые водоёмы (озёра, реки);
грунтовые воды (скважины, колодцы);
сточные воды промышленных технологических циклов (обратное водоснабжение).

Принципиальных отличий в конструкции теплонасосов «грунт-вода» или «вода-вода» не имеется. Наименьших затрат потребует сооружение теплонасоса, использующего энергию открытого водоёма: трубы с теплоносителем нужно снабдить грузом и погрузить в воду. При использовании потенциала грунтовых вод понадобится более сложная конструкция. Может потребоваться сооружение дополнительного колодца для сброса воды, которая проходит через теплообменник.

Использование теплового насоса вода-вода в открытом водоеме может быть очень выгодным

Универсальный вариант «воздух-вода»

По эффективности тепловой насос воздух вода уступает другим моделям, поскольку в холодное время года мощность его ощутимо снижается. Однако для его монтажа не требуется сложных работ по выемке грунта или по сооружению глубоких скважин. Нужно только выбрать и установить подходящее оборудование, например, прямо на крыше дома.

Тепловой насос воздух-вода можно установить без масштабных монтажных работ

Несомненным преимуществом этой конструкции является способность повторно использовать тепло, которое покидает обогреваемые теплонасосом помещения с отработанным воздухом или водой, а также в виде дыма, газа и т. п. Чтобы компенсировать недостаток мощности воздушного теплонасоса в зимний период, следует предусмотреть варианты альтернативного отопления.

Наименее затратным вариантом может стать тепловой насос воздух-воздух, для сооружения которого не нужны сложные работы по созданию традиционной системы водяного отопления в помещениях.

Описание и назначение тепловых насосов

Под тепловым насосом подразумевают конструкцию, способную поглотить рассеянное тепло из грунта, воды и воздуха и перенести его в отопительный контур здания. Принципиальное отличие от других вариантов – возможность тепловой машины переносить тепло от низкотемпературного источника к высокотемпературной системе.

Земля постоянно получает солнечное тепло. Часть его поглощает воздух, но большая доля приходится на воду и грунт. В результате даже в самые жестокие морозы температура на глубине водоемов остается в пределах +4–+6°С, а на глубине ниже уровня замерзания грунта – + 8°С. Это низкопотенциальное тепло насос и переносит в тепловой контур, где нагревает теплоноситель до необходимых +35–+80°С.

Конструкция и принцип работы

Работа теплового насоса в какой-то мере сходна с работой холодильника. Передача тепла становится возможной благодаря использованию фреонов – веществ, которые при испарении отбирают тепло у охлаждаемого объекта, а при конденсации отдают его воде или воздуху. Хладагенты закипают при низкой температуре, что и делает возможным столь необычный на первый взгляд процесс.

Как относитесь к тепловым насосам?

Положительно
57.53%

С сомнением
30.59%

Предпочитаю традиционные источники тепла
11.87%

Проголосовало: 219

Конструкция термонасоса включает 4 основных элемента:

Компрессор – здесь хладагент сжимается, что приводит к повышению давления и температуры.
Расширительный клапан – вентиль терморегуляции, который быстро снижает давление.
Испаритель – теплообменник. Здесь фреон поглощает тепло, отнимая его от окружающей среды.
Конденсатор – второй теплообменник, в котором хладагент конденсируется и сжимается, отдавая тепло рабочей среде отопительного контура.

Основой работы любого устройства теплоснабжения выступает обратный цикл Карно. Происходит передача тепла в несколько этапов.

В испаритель поступает фреон в жидком состоянии, то есть под низким давлением. Согласно второму закону термодинамики тепло передается от предмета с высокой температурой объекту с низкой температурой. В случае теплового насоса, объектом с низкой температурой оказывается фреон, а объектом с высокой – рассол, теплая жидкость, которая поднимается из скважин. Так как ниже уровня замерзания в грунте сохраняется температура выше +8°С, теплоноситель в скважинах, вернее, вертикальных зондах, нагревается. А когда встречается с холодным хладагентом – отдает тепло.

Из-за нагревания хладагент переходит из жидкого в газообразное состояние. В таком виде он попадает в компрессор, где происходит сжатие газа. При этом фреон сильно нагревается. Сжатый, но не сжиженный газ подается в испаритель, где отдает тепло второму теплообменнику. Сам фреон, отдавая тепло, вновь переходит в жидкую фазу.

Затем хладагент проходит сквозь терморегулирующий клапан, буквально «продавливается» через дроссель. После этого жидкость расширяется, а ее давление и температура снижаются. Фреон снова подают в испаритель и цикл повторяется.

Сфера применения

Тепловые насосы эффективнее работают в южных широтах

Теплоустановки могут использоваться для обогрева частных строений и офисных зданий. В Европе такой практике следуют более 30 лет. На сегодня лидерами использования ТНУ выступает Швеция и США.

В России применение тепловых насосов ограничено следующим.

Высокие первичные вложения – на рынке наличествует только импортное оборудование, обычно германское. Для укладки теплообменников требуется выполнять буровые работы на глубине на 50–100 м, что недешево. Как показала практика, использование горизонтальных коллекторов нерационально, так как площадь над трубами выпадает из хозяйственного оборота. Монтаж вертикальных зондов дороже.
Неоднородность теплового потенциала – в южных регионах он намного выше, чем в северных, поэтому ТНУ эффективней в южной и средней полосе. В северных районах систему отопления загородного дома дополняют традиционными источниками.
Ограничения по температуре на выходе – ТНУ выдает воду температурой в +60–+65°С. Чтобы такой контур был эффективным, его площадь должна быть заметно больше, чем площадь отопителей, работающих с водой при температуре +70–+95°С.
К концу отопительного сезона выкачивание тепла из грунта приводит к понижению температуры почвы. В северных районах за лето ее тепловой потенциал восстановиться не успевает.

Плюсы и минусы теплового насоса

Бесплатный источник обогрева
Автономность
Минимальный уровень шума
Длительный срок службы
Высокая эффективность в связке с теплым полом

Большие начальные вложения
Нужно увеличить площадь радиаторов
Низкая эффективность в северных широтах

Экономические и экологические аспекты использования энергоустановок на базе тепловых насосов

Стоимость теплонасосной станции (ТНС) мощностью от 100 до 10000 кВт в странах Западной Европы составляет 600-700 долл./кВт, в то время как стоимость теплонасосов АО «Энергия» в том же диапазоне мощностей при приблизительно равной энергетической эффективности и сдаче объекта «под ключ» составляет 600-700 тыс. руб./кВт. Снижение себестоимости тепла, производимого на ТНС, по сравнению с традиционным теплоснабжением составило от 1,5 до 2,5 раз в зависимости от температуры низкопотенциального источника, а общая экономия топлива от всех запущенных в эксплуатацию ТНС составила около 32 тыс. т. у. т. Срок окупаемости у большинства ТНС не превышает двух лет. Опыт эксплуатации ТНС в России показал, что из-за большей продолжительности отопительного перио-да по сравнению, например, с Западной Европой, а также значительно более острой проблемы транспорта топлива экономическая эффективность применения ТНС в России больше, чем в других странах. Доказана возможность применения озонобезопасных фреонов, в частности фреона 142 (R-142 в). Так, в Каунасе работает ТНС с винтовым компрессором единичной мощностью 2 МВт с рабочим телом R-142, хотя термодинамические свойства этого фреона потребовали неординарных решений при создании ТНС с винтовым компрессором . Принимая удельный расход на выработку 1кВт.ч электроэнергии равным 300 г у.т., нетрудно, дать сравнительную оценку вредных выбросов за отопительный сезон (5448 ч) от различных теплоисточников тепло-вой мощностью 1,16 МВт (см. табл. 3).

Табл. 3. сравнительную оценку вредных выбросов за отопительный сезон (5448 ч) от различных теплоисточников

Вид вредного выброса, т/год	Котельная на угле	Электрообогрев	ТН, со средне-годовым КОП =3,6
SO_x	21,77	38,02	10,56
NO_x	7,62	13,31	3,70
Твёрдые частицы	5,8	8,89	2,46
Фтористые соединения	0,182	0,313	0,087
Всего	34,65	60,53	16,81

Вредные выбросы при использовании теплового насоса — это выбросы в месте производства электроэнергии (за источник электроэнергии принята ТЭС); непосредственно же на месте установки тепловых насосов вредных выбросов нет. Такая ситуация наиболее благоприятна для рекреационных зон. Так, котельная на угле тепловой мощностью 1,16 МВт (1 Гкал/ч), работающая в курортной зоне Алтая — Белокурихе, за отопительный сезон (4880 ч) выбрасывает не менее 31 т вредных веществ. Тепловые насосы общей тепловой мощностью 1,2 МВт, установленные в радонолечебнице на сбросном тепле использованных радоновых вод с температурой 32 ОС, имеют среднегодовой коэффициент преобразования 7,2 и в самой Белокурихе вредных выбросов не производят. На ТЭС, расположенной в 70 км от курорта, вредные выбросы при производстве необходимой для этой ТНС электроэнергии в пересчете на 4,18 ГДж (1 Гкал) вырабатываемого ею тепла составят за отопительный сезон всего 4,31 т. Ниже приведены среднегодовые коэффициенты преобразования теплонасосных установок для Западно-Сибирского региона (отопительный период 5448 ч.) в зависимости от температуры низкопотенциального источника. При одинаковой теплопроизводительности, например 1 Гкал/ч (1,16 МВт), удельная экономия топлива при использовании ТНС составит по сравнению: с электроотоплением 0,277-0,335 т у.т.; с котельной на каменном угле (КПД = 0.65) 0,113-0,121 т у.т.; с котельной на природном газе (КПД = 0,8) 0,072-0,130 т у.т., где первое значение относится к использованию в теплонасосе низкопотенциального источника тепла с температурой 5 °С, второе — с температурой 40 °С .