Тепловий насос на дачі вигоди та проблеми
Чи можна витратити 1 кВт·год електроенергії, а натомість отримати 3-4 кВт·год тепла для опалення та гарячого водопостачання заміського будинку? І платити по лічильнику лише за 1 кВт·год, безтурботно обігріваючи площу в 30-40 кв. м? Так! Сучасні технології творять дива. Саме про таку новаторську систему отримання теплої води ми сьогодні й поговоримо.
Витративши на вході 1 кВт·год, на виході вона дійсно дарує вам у 3-4 рази більше тепла. Причому дарує в прямому сенсі: здавалося б, нізвідки, «з повітря» з'являється додаткова енергія, яка матеріалізується в комфортному і теплому будинку, що окремо стоїть. У цьому і є головний плюс дива техніки під назвою «теплонасосні системи», а скорочено «теплові насоси».
Зрозуміло, за таким чотириразовим економічним ефектом стоять і найсучасніші технології, і серйозна наука. Тому не судіть строго за вимушену сухість та «технократичність» викладу.
Як це працює
Всезнаюча «Вікіпедія» визначає тепловий насос якпристрій для перенесення теплової енергії від джерела низькопотенційної теплової енергії (з низькою температурою) до споживача (теплоносія) з вищою температурою.
По суті,тепловий насос аналогічний побутовому холодильнику, про складну роботу якого ми просто не замислюємося. Тільки там основна мета - виробництво холоду: випарник забирає тепло з камери холодильника, а конденсатор "скидає" його в довкілля. У тепловому насосі картина суворо обернена.
Конструкція теплового насоса - це замкнута система, в яку входять:
- випарник,
- компресор,
- конденсатор,
- розширювальний клапан (дросель).
- Отримуючи теплову енергію ґрунту з першого контуру, холодоагент нагрівається, закипає і переходить із рідкого стану в газоподібний (випаровується).
- Компресор стискає нагрітий газоподібний холодоагент, при цьому його температура підвищується. До речі, саме на роботу компресора в основному і йде вся електроенергія, що споживається з мережі, — той самий умовний 1 кВт⋅год, про який йшлося на початку статті.
- З компресора підігрітий фреон потрапляє у конденсатор. Тут він охолоджується, віддаючи своє тепло контуру системи водяного опалення будинку (третій контур).
- Виходячи з дроселя, фреон розширюється, його температура падає, в результаті він переходить у рідку фазу та повертається у випарник.
- Після цього робочий цикл повторюється наново. Типовий побутовий холодильник, що тільки працює «у зворотний бік».
Типи теплових насосних систем
Дослідники та конструктори теплонасосних установок розробили кілька варіантів відбору тепла у природи: з ґрунту, з води і навіть з повітря. Практичний інтерес для українських дачників становить випадокзнімання тепла з ґрунту — прямо із землі садової ділянки.
При цьому теплова енергія ґрунту відбирається теплоносієм (зазвичай це незамерзаюча рідина на основі пропіленгліколю або етиленгліколю) першого контуру. Відомі два типи ґрунтових теплообмінників:горизонтальний колектор тагеотермальнийзонд.
Горизонтальний ґрунтовий колектор
Це система труб, укладених на глибині нижче за рівень промерзання (тобто близько 2 м) у спеціально вириті траншеї. Труби можуть з'єднуватись послідовно або паралельно, розташовуватися в одній площині або навіть утворювати просторову спіраль. Параметри такого теплообмінника залежать від довжини труб, яку розраховують виходячи з:
- необхідної потужності насоса,
- ґрунту даного місця (вологий - краще),
- рівня сонячної радіації та ін.
На майданчику, під яким розташовується колектор, можна садити кущі та дерева, встановлювати малі архітектурні форми (альтанки, перголи та арки, садові скульптури, стаціонарні садові світильники тощо). Але будь-якасерйозна забудова там заборонена. Така заборона дозволяє тепловим «запасам» ґрунту, що охолонув за зиму, відновлюватися природним шляхом. А це відбувається, зокрема, за рахунок літніх дощів. Тому ніщо не повинно перешкоджати проникненню вологи в ґрунт. Так що «енергетичне поле» вашої ділянки будетільки садово-городній ландшафт, навіть без теплиць.
Вертикальний колектор, або геотермальний зонд
Вертикальний колектор - інший тип ґрунтового теплообмінника. Він являє собою вертикальну свердловину глибиною 30-100 м (іноді і більше), в якій розміщується U-подібний або коаксіальний (труба в трубі)теплообмінник. У нього є й інша назва -геотермальний зонд.
Найважливіша перевага вертикальних ґрунтових теплообмінників — у тому, що для їх влаштування потрібнамінімальна площа.
Два приклади застосування теплових насосів
1. Один із кращих прикладів на території України — «Активний дім» під Москвою. Він споруджений у 2011 році і став справді символічним об'єктом у галузі енергоефективності дачного будівництва.
У ньому встановлений тепловий насос, що використовує 33% розчин етиленгліколю, який циркулює в колекторах охолодження скважного виконання. Для їхнього виробництва на прибудинковій ділянці у шаховому порядку пробурили 8 свердловин завглибшки до 30 м.
У цьому прикладі є один дуже важливий, можна сказати вирішальний параметр: тут чітко визначений радіус дії свердлового модуля у 6 м. Тобто одна свердловина повинна відстояти від іншої не менше, ніж на 12 м.
Головна перевага установки - горезвісна витрата 1 кВт·год надходить ззовні потужності для отримання 3-4 кВт·год теплової енергії.
Серйозний недолік таких теплообмінників —немала вартість бурових робіт, що наближається до ціни імпортного обладнання.
Тим не менш, у Московській області більшість установок припадає на частку теплових насосних систем саме з вертикальними ґрунтовими теплообмінниками.
2.Ще один приклад, цього разуз Набережних Човнів. Компанія Rockwool збудувала там енергоефективний будинокNatural Balance загальною площею 186 кв. м.
Опалення та гаряче водопостачання у цьому будинку забезпечує тепловий насос. На присадибній ділянці пробурили десять свердловин завглибшки по 35 м, в які опустили теплообмінники.
Труби, що з'єднують зонди з тепловимнасосом, розташованіна глибинібільше 1 м, томумайданчик зі свердловинами використовується як звичайна садова ділянка з плодовими деревами, городом, квітниками, садовими лавками та іншими атрибутами сучасного заміського будинку.
Чи велика ефективність теплового насоса?
Рівень ефективності теплового насоса визначаєтьсякоефіцієнтом перетворення (коефіцієнтом потужності), який показує відношення отриманої теплової енергії до кількості електричної енергії, витраченої на роботу компресора. У будь-який час року для теплових насосів «грунт-вода» величина коефіцієнта становить близько 4. Це означає, щопри споживанні 2 кВт∙год електричної енергії установка виробляє 8 кВт∙год теплової енергії.
Я вибрав для прикладу скромні 2 кВт∙год, бо це той мінімум, який може отримати одне домогосподарство у звичайному садівничому товаристві у регіоні з обмеженим енергоспоживанням. А потужності 8 кВт∙год теплової енергії достатньо, щоб опалити грамотно утеплений будинок площею до 100 кв. м та більше.
Друге призначення
Теплові насоси можуть працювати не тільки в режимі опалення,але і в режимі кондиціювання всіх кімнат. Тобто, якщо зібрати гідравлічну розв'язку в котельні, звичайний тепловий насос можна використовувати і для охолодження. Передові котлові компанії вже мають моделі теплових насосів, які легко переходять з одного режиму на інший. Обидва ці варіанти не відрізняються складністю та не вимагають великих вкладень.
Читачам, яким загалом сподобалася ідея теплових насосів, треба пам'ятати, що традиційні опалювальні радіатори не придатні для охолодження повітря, а «теплі» підлоги перетворюються на «крижані». Тому ефективне суміщення функцій опалення таохолодження можливетільки при використанні повітряних систем опалення/кондиціювання. Цей варіант поширений у США, де тепловий насос більшу частину року працює саме в режимі охолодження.
Чи варто встановлювати тепловий насос у себе на дачі?
Витрати на експлуатацію теплонасосних та традиційних газових систем опаленняприблизно однакові. Томуза наявності магістрального газу розумніше використовувати звичне газове опалення, ніж платити сотні тисяч рублів за тепловий насос та його облаштування. Наприклад можна навести ціну теплового насоса потужністю 6 кВт виробництва компанії Viessmann - 756 тис. рублів.
Схожі за потужністю апарати вітчизняного виробництва з імпортними комплектуючими обійдуться вже на 200 тис. руб. дешевше. Хоча з огляду на легендарно захмарні ціни на підключення магістрального газу, теплонасосна система може стати економічно виправданою.
Якщо магістрального газопроводу немає, вибір типу опалення помітно спрощується. Застосовувати дизпаливо дорого, електрика ще дорожче. У разі нерідкі суворі ліміти на електроенергію.Саме в такій ситуації тепловий насос може бути найвигіднішим варіантом. Він:
- не вимагає пожежонебезпечних ємностей з паливом, які потребують періодичної заправки, не кажучи вже про відсутність неприємних запахів та природних викидів продуктів згоряння;
- окупається приблизно через 7-10 років. Хоча наразі цей термін став заручником курсу української валюти.
Європейські стандарти економії
Європейський лідер з використання теплових насосів - Швеція, де в нових будинках близько 95% систем опалення засновано на цій технології.
За шведами з деяким відставанням йдуть фіни та німці. Їхня енергетична політика спрямована на скорочення енергозалежності від країн з багатими ресурсами. І теплові насоси лише частина цієї великої програми. У її рамках у більшості країн ЄС успішно впроваджено системи підтримки виробників енергії із відновлюваних джерел. Так, сьогодні у користувачів теплових насосів єпривілей—пільговий тариф на енергію, яка витрачається на роботу таких апаратів.
У Фінляндії приватному забудовнику повертається 20% вартості обладнання та 40% (у формі податкових відрахувань) — від суми витрат на монтаж обладнання (до 2012 року було 60%).
В Україні доля теплових насосів не така безхмарна. Гуманні ціни на газ та відсутність реальної зацікавленості в енергозбереженні не дозволяють розраховувати на швидкий розвиток відновлюваних джерел енергії. Проте інтерес реальних споживачів до цієї теми зростає з кожним роком. І це легко можна пояснити, адже в багатьох випадках використання теплових насосів стає практично єдиною можливістю створити сучасну та економічну систему опалення в заміському будинку.