Тепловий насос — це пристрій, який не виробляє тепло, а переносить його ззовні в будинок: із вуличного повітря, ґрунту або води. Усередині циркулює холодоагент, який випаровується й забирає тепло на вулиці, а після стискання компресором віддає його всередині. Тому на 1 кВт витраченої електрики припадає 3–5 кВт тепла. Нижче — з яких компонентів складається система і як саме вона працює; історію винаходу лишили в першому розділі.
Переваги та недоліки теплових насосів
Перед тим, як прийняти рішення про покупку системи з тепловим насосом, необхідно ознайомитися з усіма її перевагами і недоліками
Теплові насоси мають безліч переваг, які допомагають суттєво зменшити грошові витрати для домовласників. Але в той же час є деякі проблеми, які необхідно враховувати
-
Зниження експлуатаційних витрат. Теплові насоси дешевші в експлуатації, ніж системи, засновані на спалюванні. Чим більш енергоефективні системи, тим більша економія енергії в довгостроковій перспективі.
-
Зменшення технічного обслуговування. Регулярно, раз на рік, певні деталі системи повинні перевірятися, що може бути легко виконано власне споживачем. Спеціаліст повинен перевіряти обладнання щороку.
-
Безпека. Теплові насоси мають надійну конструкцію і герметичний корпус, що забезпечує їх повну безпеку для користувачів, на відміну від котлів зі спалюванням газу, вугілля, дров.
-
Скорочення викидів. Система теплового насоса знижує викиди вуглекислого газу і забезпечує високий рівень ефективного коефіцієнта перетворення енергії в тепло.
-
Можливість охолодження. У жарку пору року теплові насоси здатні звернути процес назад і, таким чином, діяти як кондиціонер на охолодження приміщень.
-
Довгий термін служби. Термін служби теплових насосів відносно великий, до 50 років, проте в середньому вони розраховані на 15-20 років. Незважаючи на ці цифри, вони є виключно надійним і стійким джерелом тепла.
-
Висока початкова вартість. Теплові насоси мають великі початкові витрати тільки в проектах з модернізації. Але в більшості випадків при новому будівництві котельна система опалення і вартість кондиціонерів на об’єкті дорівнюють вартості теплового насоса, який виконує обидві функції – опалення та охолодження. Правда, навіть при модернізації, якщо розглядати питання в довгостроковій перспективі, то картина не така плачевна. Експлуатаційні витрати в результаті призводять до стійкої економії на рахунках за електроенергію.
-
Складність монтажу. Теплові насоси досить складно встановити, враховуючи, що необхідно провести дослідження, щоб зрозуміти рух тепла, місцеву геологію, а також вимоги до опалення і охолодження для користувача. Також процес установки тягне за собою значне порушення роботи і цілісності самого будинку і прилеглої території. Тому над питанням установки геотермальної системи рекомендується замислюватися ще на початковому етапі будівництва будинку. Але при установці теплового насоса типу повітря-вода або повітря-повітря ніяких обмежень немає. Такі теплові насоси легко інтегруються в будь-які приміщення і будинки. Установка сучасного теплового насоса не багатьом складніше установки спліт-кондиціонера.
-
Залежність від погодних умов. Деякі теплові насоси мають проблеми при роботі в холодних районах, що часто призводить до пошкодження системи. Саме тому немає можливості досягти повної ефективності подібних агрегатів в холодну погоду. Така проблема може вирішитися шляхом модернізації установки. Але в кліматичних умовах України такими обмеження можна нівелювати, встановивши сучасний тепловий насос. Існують моделі обладнання, які втрачають свою номінальну теплову потужність тільки при температурі зовнішнього середовища -15 °C. Є моделі, які зберігають свою номінальну теплову потужність навіть при -20 °C.
Купувати чи ні?
Переваги теплових насосів вказують на те, що вони є розумною інвестицією в довгостроковій перспективі. Значна економія на електроенергії, використання альтернативних джерел енергії, безпека і довгостроковість системи вказують на те, що первісна вартість в майбутньому повністю окупиться.
Зручність використання, повна автоматизація та управління віддалено, робота в режимі охолодження, забезпечення ГВП та дуже економний нагрів басейну – це те, чому більше половини нових будівельних проектів вибирають теплові насоси як «інженерне серце» нового об’єкта.
Компоненти теплового насоса
- Холодоагент. Рідина (або газ), яка циркулює по системі, поперемінно поглинаючи, транспортуючи і виділяючи тепло.
- Реверсивний клапан. Регулює напрямок потоку холодоагенту в тепловому насосі, змінює режим з нагріву на охолодження і навпаки.
- Теплообмінник. Являє собою петлю (або кілька петель) трубки, де відбувається теплопередача. Трубка може мати ребра, які встановлюють для збільшення площі поверхні, доступної для теплообміну.
- Випарник. Змійовик, в якому холодоагент поглинає тепло з навколишнього середовища, закипає і перетворюється в газ з низькою температурою.
- Компресор. Нагнітає газоподібний холодоагент, збільшуючи при цьому його температуру.
- Конденсатор. Змійовик, в якому холодоагент віддає тепло зовнішнього повітря і конденсується.
- Розширювальний клапан. Пристрій знижує тиск, що створюється компресором. Це призводить до падіння температури і перетворення холодоагенту в низькотемпературну суміш пари з рідиною.
- Камера статичного тиску. Це повітряний відсік, який служить для розподілу холодного або теплого повітря по площі всього будинку. Зазвичай він знаходиться над або навколо теплообмінника.
Як працює тепловий насос
Тепловий насос – це універсальна, ефективна система охолодження та опалення. Завдяки реверсивному клапану тепловий насос може змінювати потік холодоагенту і нагрівати або охолоджувати будинок
Повітря продувається через змійовик випарника, передаючи теплову енергію холодоагенту. Ця теплова енергія циркулює в холодоагенті в змійовику конденсатора, де вона виділяється, коли вентилятор обдуває повітря через змійовик. Завдяки цьому процесу тепло перекачується з одного місця в інше.
Режим охолодження
Одна з найбільш важливих речей, які потрібно зрозуміти про роботу теплового насоса і процесі передачі тепла, полягає в наступному. Теплова енергія природним шляхом завжди переміщається в області з більш низькими температурою і тиском. Теплові насоси, покладаючись на це фізичне явище, дозволяють теплу контактувати з більш прохолодними середовищами і більш низьким тиском, щоб тепло могло передаватися природним чином. Послідовність роботи теплового насоса в режимі охолодження має таку схему.
- Крок 1
Рідкий холодильний агент перекачується через розширювальний пристрій на внутрішньому теплообміннику, який функціонує як випарник. Повітря зсередини будинку продувається через змійовики, де теплова енергія поглинається холодоагентом. Внаслідок поглинання він нагрівається і переходить в газоподібний стан. В результаті холодне повітря надходить в приміщення.
- Крок 2
Газоподібний теплоносій тепер проходить через компресор, який його нагнітає (стискає). Процес підвищення тиску газу викликає його нагрівання (фізична властивість стислих газів). Гарячий стиснений холодоагент проходить через систему до змійовика (теплообміннику) зовнішнього блоку.
- Крок 3
Вентилятор в зовнішньому блоці переміщує зовнішнє повітря через теплообмінник, який служать в якості конденсатора в режимі охолодження. Оскільки повітря зовні будинку холодніше, ніж холодоагент з гарячим стисненим газом в змійовику, тепло передається від холодоагенту до зовнішнього повітря. Під час цього процесу теплоносій конденсується назад в рідкий стан (охолоджується). У теплому рідкому стані він прокачується через систему до розширювального клапану на внутрішній блок.
- Крок 4
Розширювальний клапан знижує тиск теплоносія, що значно його охолоджує. Потім холодоагент назад перекачується в змійовик випарника у внутрішній блок, і цикл починається знову.
Режим опалення
Тепловий насос в режимі обігріву працює так само, як і в режимі охолодження, за винятком того, що потік холодоагенту реверсивно змінює напрямок. Це означає, що джерелом нагріву стає зовнішнє повітря (навіть при низькій температурі), а теплова енергія виділяється всередині будинку. Зовнішній теплообмінник тепер виконує функцію випарника, а внутрішній – конденсатора.
Фізика процесу однакова. Теплова енергія поглинається в зовнішньому блоці холодним холодоагентом в рідкому стані, перетворюючи його в холодний газ. Потім в компресорі він стискається і нагрівається. Гарячий газ охолоджується у внутрішньому блоці, нагріваючи повітря і конденсуючи газ до теплої рідини. Теплий холодоагент поступово охолоджується, надходить в зовнішній блок, і цикл відновлюється.
Типів теплових насосів три — повітря-повітря, повітря-вода і ґрунт-вода. Вони різняться джерелом тепла, ефективністю (SCOP) і тим, чи гріють воду. Порівняльна таблиця з потужностями й призначенням кожного типу — в окремому матеріалі який тепловий насос вибрати для будинку.
Підсумки
Тепловий насос створений для забезпечення цілорічного комфорту і постійної економії енергоресурсів. Саме з цієї причини сучасні надефективні теплові насоси будуть відмінним вибором для всіх, кому потрібне універсальне рішення для опалення та охолодження.
Наші фахівці готові запропонувати інженерне рішення по тепловим насосам, яке максимально підходить під ваші завдання і бюджет.