Отопление тепловыми насосами.

Воздушный тепловой насос качает деньги из воздуха! Это не реклама хитрой финансовой схемы, по отношению к тепловым насосам это действительно так. Газовые отопительные котлы, за исключением конденсационных, преобразует энергию сгорания природного газа в тепловую с КПД около 93%, у дизельных и твердотопливных он меньше. Самым высоким коэффициентом полезного действия, близким к 99%, обладают электрические котлы.  У воздушного теплового насоса в среднем 250%! Затратив 1 кВт электрической энергии, на выходе получим 3,5 кВт. Тепловые насосы можно без каких либо оговорок, назвать самыми экономичными с точки зрения эксплуатационных затрат, современными и перспективными отопительными установками. Тепловой насос качает энергию из неисчерпаемых бесплатных источников, таких как окружающий воздух и грунт, одинаково успешно решая задачи  по отоплению  зимой и кондиционированию в летнее время. 

 "Умножитель тепла"

История тепловых насосов началась  в 1824 году после публикации знаменитой диссертации С.Карно, в  которой был рассмотрен процесс, описывающий работу идеальной термодинамической машины, названный в честь ученого - "цикл Карно". Процесс, описанный в научном труде, обладает важным качеством - обратимостью, что позволяет ему протекать в прямом и обратном направлении. На теоретическом принципе Карно основана работа всех современных холодильных машин, кондиционеров и тепловых насосов. Сейчас никого не удивит обычный холодильник, он есть в каждом доме и мало кто задумывается над тем, как он устроен. А работа теплового насоса основана на том же принципе, только обратном. Холодильник откачивает тепло наружу, а тепловой насос, наоборот, внутрь.  Тепловой насос некоторое время являлся загадкой термодинамики, интересовавшей только исследователей, пока Уильям Томпсон (в дальнейшем лорд Кельвин) в 1852 году не предложил систему, которую он назвал "умножитель тепла" и доказал, что холодильную машину можно применять и для отопления. В предложенной схеме тепловой насос в качестве рабочего тела использовал воздух. Уверенность Кельвина в том, что природные ресурсы планеты ограничены, и человек не сможем сжигать углеводородное топливо непрерывно, стала одним из аргументов обоснования перспективности применения теплонасосных установок в будущем. Тепловой насос же позволит экономить,  выдавая в несколько раз больше тепла, чем потребляет энергии для работы, в этом и заключается основная "изюминка" принципа теплового насоса, умножающего энергию в среднем на три.

Принцип работы воздушного теплового насоса.

Принцип отбора тепла из окружающего воздуха поясняет принципиальная схема работы воздушного теплового насоса. В ее основе способность фреона поглощать и накапливать энергию в процессе испарения, а испаряется  данный хладагент даже при отрицательных температурах. В испарителе теплового насоса происходит отбор энергии из окружающего воздуха.  Перешедший в парообразное состояние хладагент  сжимается в компрессоре, при этом давление и температура фреона резко растет. В теплообменнике (конденсаторе) тепло окружающей среды передается системе отопления, при этом хладагент остывает и переходит в жидкую форму, т.е конденсируется. В расширительном (дроссельном) клапане давление и температура фреона снижаются, и цикл заходит на новый круг. Тепловому насосу для функционирования необходима электрическая энергия. Отношение потребляемой энергии к произведенной тепловой называется коэффициентом эффективности СОР (англ. Coefficient of performance),  СОР =Qn/W, где Qn тепловая энергия на выходе, W – потребляемая мощность Вт.  Тепловые насосы "воздух-вода" способны надежно функционировать вплоть до температуры - 25°C наружного воздуха,  извлекая достаточное количество тепла даже из холодного воздуха.  А как будет обогреваться дом, если наружная температура понизится за -25°C? На этот случай в конструкции теплового насоса предусмотрены электронагреватели (ТЭНы), в сильный мороз воздушный тепловой насос перейдет на нагрев в режим обычного электрического котла.  Обратите внимание на статистику продолжительности различных температур на примере Ленинградской области за прошедшие пять лет. Мы видим, что в основном, диапазон температур находился в пределах от-10°C до +10°C  4987 часов, а морозы  ниже -25°C лишь малую часть. Средняя температура в период отопления (октябрь-апрель) -1,8 °C, при такой температуре эффективность теплового насоса 3,5 . (На 1 кВт затраченной получим 3,5 кВт. тепла)

Воздушные тепловые насосы получили наибольшее распространение, так как  воздух является самым  доступным источником энергии. У теплового насоса воздух/вода есть преимущества не только перед котлами, использующими для нагрева теплоносителя различное топливо, но и перед своими братьями - геотермальными тепловыми насосами. Установка теплового насоса воздушного очень простая, а затраты на монтаж минимальны, так как не требуется производить земляные разработки и бурение грунта. Финансы, вложенные в покупку воздушного теплового насоса, окупятся уже через несколько лет, а затем будут ежегодно приносить Вам доход, в виде сэкономленных средств.

Экономия при отопление дома тепловыми насосами.

С каждым годом тепловая энергия не становится дешевле, наоборот топливо постоянно дорожает, этот очевидный факт мы ощущаем на себе. Цифры - вещь упрямая, статистика периода с 1996 г. по 2004 г., показывает, что цены на электроэнергию увеличились примерно в 3 раза, стоимость дизельного топлива - в 6 раз, газ - более, чем в 25 раз! Страна, занимающая лидирующее место в мире по запасам и добыче газа уверенно стремилась в мировое демократическое сообщество,  чего и добилась в 2012 году. Наконец Россия вступила в ВТО. Динамика роста цен на энергоносители, прогнозируемая аналитиками в связи со вступлением в эту ассоциацию, сохранится. Цены на углеводородное топливо (газ, дизельное топливо) приближаются к европейскому уровню. На примере той же Ленинградской области составлен прогноз на ближайшие 5-7 лет, из него следует, что стоимость электроэнергии составит порядка 10 долларов за 100 кВт., а  тонны солярки - около 950 USD, и  до 150 долларов США  за 1000 куб. метров сжиженного газа.            

Стоимость воздуха, надеемся, в ближайшей перспективе не изменится. Он останется для нас  все так же бесплатным, а значит и стоимость эксплуатационных расходов, связанных с  тепловыми насосами будет меняться незначительно, только за счет потребляемой э/энергии. На данный момент затраты по эксплуатации тепловых насосов "воздух-вода" сравнимы лишь котлами, работающими на природном магистральном газе. А в перспективе конкурентов тепловых насосов в номинации "самые низкие расходы на эксплуатацию" придется поискать.

На примере отопления дома площадью 150 и 250 кв. метров показаны затраты в сравнение различных генераторов тепла. 

ВТН - воздушный тепловой насос Dimplex,  ГТН - геотермальный тепловой насос.

ВТН - воздушный тепловой насос Dimplex,  ГТН - геотермальный тепловой насос.

Резюмируем данные, приведенные в таблицах и графиках. Они демонстрируют очевидную выгодность применения воздушных тепловых насосов в загородных домах малой и средней площади. Примеры отопления дома тепловыми насосами "воздух-вода" можно приводить еще достаточно, но на площади дома 250 кв.м. мы остановились умышленно, так как дальнейшее ее увеличение приведет к снижению эффективности применения воздушных тепловых насосов. Но эффективность геотермальных тепловых насосов, наоборот, растет. Про них мы расскажем в отдельной статье. Отопление дома тепловым насосом воздушным сравнимо с затратами по  обогреву природным газом. Пока сравнимо. О прогнозах роста тарифов на энергоносители был сказано выше. Важным моментом является и то, что газопровод должен быть еще подведен к дому. А для работы воздушного теплового насоса кроме электроэнергии ничего не требуется. Как автономный источник тепла воздушный тепловой насос вне конкуренции. (сравнивая с дизельным, пеллетным или электрическим котлом),  для него не потребуется дополнительного помещения котельной. Окупаемость по сравнению с котлом на жидком топливе до 3 лет, а срок окупаемости по отношении к котлу электрическому (не учитывая рост тарифов) от 4 до 7 лет. Инвестиции в установку теплового насоса в среднесрочной перспективе принесут существенный доход.

Ведущий специалист компании ББК Импульс

Андреев М.Е.

Статья изменена: 2013-03-13 09:59:42