Тепловые насосы перестали быть диковинкой

Тепловые насосы не являются какими-то чудесными устройствами, действие которых понимают только продавцы и установщики. Тепловой насос — это просто отопительное устройство для производства тепла, в отношении которого действуют все законы, касающиеся энергии.

Отопление дома геотермальными тепловыми насосами предполагает использование тепловой энергии, накопленной в грунте или в воде и небольшого количества электрической энергии. Так как температура, например, грунта фактически постоянна круглый год, то и коэффициент тепловой эффективности (COP) в течение всего года, также будет постоянной величиной в пределах от 3 до 4.5. То есть, потребляя 1 кВт электроэнергии, такой насос будет вырабатывать от 3 до 4.5 кВт тепловой энергии.
Тепловой насос — это отопительное устройство, в котором для отопления зданий и нагрева бытовой воды используется тепловая энергия, аккумулированная в окружающей нас среде: в грунте, водоемах, грунтовых водах и воздухе. Сам тепловой насос устанавливается в доме, а его внешний контур помещается в источник тепла, например, в почву на глубину промерзания, водоем или просто на улицу. В общем виде принцип работы агрегата можно описать так: внешний контур теплового насоса «снимает» из окружающей среды несколько градусов тепла и за счет давления внутри своей системы преобразует его до 70–80 градусов.

Теплонасосная установка состоит из теплового насоса, предназначенного для нагрева отопительной и бытовой воды, внешнего контура, заправленного хладагентом, предназначенным для транспортировки тепла из окружающей среды в дом, и системы водяного отопления для доставки тепла в отапливаемые помещения. Внешний контур — это часть системы для получения тепла из окружающей среды. Он устанавливается в источник тепла, например, в почву на глубину промерзания, водоем или просто на улицу. В случаях с почвой и водоемом источником тепла считается температура от +1°C, которая гарантированно имеется на глубине промерзания даже зимой, а также на дне водоемов, которые не промерзают полностью. В случаях с уличным внешним контуром такие насосы называются воздух-вода, а минимальная температура воздуха, при которой тепловой насос будет работать, –25°C. Однако это не означает, что ниже этой температуры вы замерзнете, просто КПД теплового насоса будет стремиться к единице, т. е. фактически при таких низких температурах вы будете отапливаться электричеством.

Тепло окружающей среды вместе с циркулирующим во внешнем контуре хладагентом в газообразном состоянии доставляется в тепловой насос, где с помощью компрессора под давлением превращается опять в жидкость. В момент перехода хладагента в жидкое состояние он сильно греется, это тепло «снимается» и передается отопительной и бытовой воде. Температура кипения хладагентов начинается с –45 градусов. Жидкий хладагент уходит опять во внешний контур, и цикл повторяется снова и снова.

Для работы компрессора и циркуляционных насосов тепловой насос использует электроэнергию. Но, в зависимости от используемого источника тепла и типа отопительной системы, тепловой насос производит тепловой энергии в три–пять раз больше, чем сам потребляет электроэнергии. В этом — один из самых приятных «бонусов» теплового насоса. При выходной мощности в 16 кВт он будет потреблять всего 4,5–5 кВт электроэнергии. То есть при вечной нехватке мощностей, выделяемых на отдельно взятый коттедж, вам не придется «докупать киловатты» у энергоснабжающей организации. С помощью теплового насоса эта проблема вполне решается.

Тепловому насосу не требуется отдельного помещения, его можно установить даже в хозяйственном помещении, в прачечной или в гараже. Для тепловых насосов некоторых производителей требуется всего 60?70 см площади пола и некоторое пространство для того, чтобы можно было стоять перед устройством. При производстве тепла отсутствует процесс горения, сведена на нет и опасность пожара, также нет необходимости в установке огнеупорных дверей. В помещении не требуется устройство вентиляции, так как в процессе работы теплового насоса не образуются сажа, дым и вредный для окружающей среды углекислый газ СО2. Системы тепловых насосов совместимы с разными видами отопления: твердо/ жидкостнотопливными котлами, газовыми котлами, центральным отоплением и солнечными панелями.

Следует заметить, что тепловой насос настроен на дома «с нормальными теплопотерями», т. е. если есть существенные отклонения от нормы, говорить об эффективности не придется. Но зато оборудование настроено довольно точно и не вырабатывает энергии «про запас», как привыкли делать в прежние времена. Его эффективность достигается в том числе за счет точных расчетов требуемой температуры в нормальных с точки зрения теплопотерь домах.

Определение отопительной нагрузки жилого дома имеет решающее значение при планировании сооружаемой системы теплового насоса. Мощность отопительного оборудования показывает необходимую отопительную нагрузку для компенсации тепловых потерь через наружные ограждения, т. е. стены, потолки, полы, окна, двери и вентиляционную систему, а также тепловых потерь в конкретном месте и при заданных условиях проектирования. Отопительная нагрузка должна быть рассчитана и для количества тепла, необходимого для подогрева бытовой воды. Расстояние, например, километров в 200 между жилыми домами может принести разницу в необходимой годовой энергии на 10–12%.

Как самому определить ориентировочную тепловую нагрузку, планируемую для имеющегося дома? Для расчета количества тепла, необходимого для отопления зданий, за основу берутся количество потребления тепла зданием (тепловые потери здания) и средняя наружная температура в данной местности. Среднегодовая уличная температура в Пермском крае +5°С. Тепловые потери здания определяются размером ограждающих конструкций. Рассчитываются тепловые потери в соответствии с предусмотренными нормативами. Можно упрощенно определить потребность в мощности тепла в традиционных жилых коттеджах. Потребная мощность на один квадратный метр жилого дома в случае потолков с нормальной высотой будет составлять 45 Вт/м? на первом этаже и 35 Вт/м? на втором. Определение потребной мощности на квадратный метр рассчитано по тепловым потерям ограждений обычного жилого дома. В случае, если мы имеем дело с жилым домом особой архитектуры, для правильного определения отопительной нагрузки следует обязательно сделать индивидуальные расчеты тепловых потерь через ограждения. Так, если в архитектуре здания используется значительные стеклянные площади от пола до потолка, тепловые потери будут значительно больше. Теплопотери стеклянных поверхностей необходимо рассчитывать исходя из данных, полученных от изготовителя стекла. Их величину необходимо добавить к теплопотерям, рассчитанным по остальным ограждениям.

При расчете теплопотерь для помещений с напольным отоплением, в которых в качестве напольного покрытия используются ламинат или паркет, нужно учитывать, что для предупреждения повреждения покрытия температура пола не должна превышать +25°C. В таких помещениях для регулирования отопительного режима необходимо использовать половые датчики или, если это позволяет термостат, то и воздушные датчики. Обычно их устанавливают в жилых помещениях с большими оконными площадями, а также там, где воздушное пространство проходит через два этажа. В таких помещениях, конечно, невозможно получить все необходимое количество тепла от полового отопления, и поэтому дополнительно необходимо использовать или активные конвекторы, радиаторы, или конвекторы, расположенные в полу.

Обычно расчеты по тепловой нагрузке выполняются исходя из нормативных температур для помещений. Однако реальные привычки и пожелания людей могут от них отличаться. При выборе мощности теплового насоса это обстоятельство необходимо учитывать, ведь повышение комнатной температуры на один градус увеличивает соответственно расход энергии на 5–6% в год. Для того, чтобы максимально использовать ресурс отопительного оборудования, необходимо выбрать тепловой насос с оптимальной мощностью и избегать выбора агрегата со слишком малой мощностью. Выбранный таким образом тепловой насос всегда обеспечит ваш дом теплом, даже тогда, когда вы захотите поддерживать в помещениях комнатную температуру выше установленной нормы.

Следует рассказать о возможных ошибках при строительстве системы теплового насоса, которых можно избежать. При планировании строительства жилого дома его владелец, принявший решение в пользу установки теплового насоса, должен доверить составление проекта по отоплению проектировщикам отопительных систем. Особенно это актуально в том случае, если дом по своей архитектуре и конструкции отличается от типовых строений. При строительстве «своими силами» отсутствие необходимых знаний может впоследствии очень дорого обойтись