Геотермальный тепловой насос: экономия плюс автономия

В связи с постоянным подъемом цен на энергоносители, все больше людей задумываются об энергетической автономии и естественным образом обращают свое внимание на разнообразные альтернативные источники энергии. Одним из наиболее перспективных источников тепловой энергии для отопления дома или коттеджа является тепловой насос – оборудование, способное работать за счет относительно незначительного перепада температур в глубине грунта и на его поверхности.

Как работает тепловой насос

Принцип работы теплового насоса такой же, как у обычного холодильника или кондиционера. Только вместо того, чтобы отбирать тепло у внутреннего помещения и сбрасывать его во внешнюю среду, тепловой насос берет тепло во внешней среде и передает его в отапливаемое помещение.

Принципиальная схема теплового насосаДля отбора тепла у окружающей среды служит внешний контур теплового насоса. Он размещается либо в грунте ниже глубины промерзания почвы, либо под водой, либо просто на открытом воздухе. В качестве теплоносителя в этом контуре используется чаще всего фреон, но может быть использован рассол или даже вода. Теплоноситель нагревается под воздействием окружающей среды, а затем поступает в теплообменник (испаритель).

В испарителе циркулирует хладагент с низкой температурой кипения. Закипевший хладагент испаряется, и газ поступает в компрессионную установку. В результате резкого сжатия его температура повышается, и в максимально разогретом состоянии газ поступает в конденсатор, с которым соединен внутренний теплообменный контур установки. Теплоноситель, циркулирующий во внутреннем контуре, нагревается под воздействием горячего газа, и поступает в отопительную систему дома, а газ, охлаждаясь, конденсируется, и эта жидкость вновь возвращается в испаритель.

Лучше всего, если тепловой насос сочетается с такими отопительными системами как теплые полы или теплый экран, которые в состоянии обеспечить тепло в доме уже при температурах теплоносителя 35-40ºС, в то время как отопительные радиаторы требуют более высоких температур.

Большинство тепловых насосов оснащается оборудованием для перекачки рабочих жидкостей, которое требует электроэнергии. Однако, рынок предлагает и такие модели, которые могут преобразовывать часть получаемой тепловой энергии в электрическую, и таким образом обеспечить полную энергетическую автономию от внешних источников. А использование тепловых насосов-рекуператоров в сочетании с хорошей теплоизоляцией помещения позволяет реализовать оптимальную схему теплоснабжения дома.

Виды тепловых насосов

В основном тепловые насосы подразделяются по типу источника, из которого берется тепловая энергия (внешний контур теплового насоса). Это может быть как грунт, так и вода, и воздух. Также различаются системы отопления, к которым подключен тепловой насос (внутренний контур теплового насоса). Это может быть водяная или воздушная система отопления. Таким образом выделяют несколько основных типов тепловых насосов:

  • тепловой насос грунт-вода (водяная система отопления в сочетании с внешним контуром, погруженным в грунт);
  • тепловой насос вода-вода (водяная система отопления в сочетании с внешним контуром, находящимся на дне водоема или использующим водяную скважину);
  • тепловой насос вода-воздух (воздушная система отопления в сочетании с внешним контуром, находящимся на дне водоема или использующим водяную скважину);
  • тепловой насос воздух-вода (водяная система отопления в сочетании с внешним контуром, использующим тепло окружающего воздуха);
  • тепловой насос воздух-воздух (воздушная система отопления в сочетании с внешним контуром, использующим тепло окружающего воздуха).

Наименее эффективными являются воздушные тепловые насосы, то есть, те, которые используют тепло, отбираемое у окружающего воздуха. Такие насосы могут работать только в теплых регионах, где отрицательные температуры редкость. Правда, считается, что они работают и при температурах до -25ºС, но обеспечить полноценное отопление дома уже не в состоянии.

Наиболее долговечными и простыми в обслуживании считаются тепловые насосы грунт-вода. Они не зависят от температуры окружающей среды, так как низкотемпературное тепло берут непосредственно из глубины почвы, и могут обеспечить полноценное отопление дома при любых температурах.

Плюсы и минусы тепловых насосов

Несомненным плюсом теплового насоса является то, что он предоставляет требуемую автономию жилища от внешних поставщиков тепловой энергии: оборудование соответствующей мощности (для каждого дома подбирается индивидуально в зависимости от площади, толщины стен и так далее) обеспечивает как отопление, так и подогрев воды в системе водоснабжения. При этом система абсолютно экологична и практически не требует обслуживания.

Если сравнивать тепловые насосы с другими альтернативными источниками энергии, такими, как гелиопанели или ветрогенераторы, то оказывается, что солнечная и ветроэнергетика проигрывают по сравнению с геотермальной. Дело в том, что эффективность работы гелиопанелей зависит от уровня инсоляции данной местности, а также от времени года и времени суток. В темное время суток, туманную и дождливую погоду солнечные элементы не работают. Эффективность работы ветрогенераторов зависит от силы ветра в данной местности, времени года и времени суток (в различное время скорость ветра изменяется), высоты установки прибора и так далее.

В результате, при использовании ветрогенераторов и солнечных элементов для снабжения дома энергией, приходится устанавливать аккумуляторные батареи (дополнительные расходы), а на большей части территории России для получения полной энергетической автономии следует дополнять такие источники энергии более традиционными, начиная от мини-гидроэлектростанций и заканчивая различными генераторами. Также следует учитывать, что ветрогенераторы и солнечные батареи требуют регулярного обслуживания, а срок эксплуатации такого оборудования составляет двадцать-двадцать пять лет.

Геотермальный тепловой насосЭффективность работы тепловых насосов не зависит ни от времени года, ни от времени суток. Фактически она определяется лишь разностью температур на поверхности и в глубине грунта. При достаточном заглублении внешний контур теплового насоса оказывается в области постоянных температур – там, где температура грунта неизменна, и эффективность работы оборудования всегда высока. При наличии теплового насоса не требуется дополнительного оборудования для выработки тепловой энергии, а, следовательно, дополнительных затрат. Все начинается и заканчивается приобретением и установкой самого теплового насоса.

Минусом тепловых насосов является высокая стоимость оборудования и значительные затраты на его установку. К тому же, если устанавливать тепловой насос, имеющий горизонтальную конфигурацию внешнего контура, то это означает и занятие значительных площадей участка. Однако, имеются тепловые насосы с вертикальной конфигурацией, и они занимают минимальную площадь, сохраняя ландшафт в целости. Правда, установка таких насосов обходится дороже, зато они вполне пригодны для эксплуатации на небольших земельных участках. Особенно актуален такой вариант, когда речь идет о частном доме или коттедже с относительно небольшой придомовой территорией.

В результате самым значительным недостатком теплового насоса является его высокая стоимость на первоначальном этапе (закупка оборудования, бурение скважин, монтажные работы). Но уже через три-четыре года все затраты окупаются за счет экономии на оплате энергоносителей, а дальше оборудование начинает приносить чистую прибыль – ведь вырабатываемая им тепловая энергия практически бесплатна. С учетом того, что срок эксплуатации тепловых насосов составляет до ста лет (за исключением компонентов, имеющих механические двигающиеся детали, как, например, перекачивающий насос в системе вода-вода – хорошие производители дают на такое оборудование гарантийный срок двадцать пять-тридцать лет), это – чрезвычайно выгодное приобретение.

С.Варган

Наверх