Альтернативные источники энергии. Тепловые насосы

Перспективы развития технологии

Вы спросите, а зачем компании занимающейся газоснабжением освещать тему, которая в будущем прекратит существование газовой отрасли. Все верно, но закрывать глаза на реальность нельзя. Так как цены на газ уже сейчас растут опережающими темпами по сравнению с ценами на электроэнергию, то все более очевидным становится тот факт, что в ближайшем будущем преимущества использования тепловых насосов будут только возрастать. Кроме того ресурсы голубого топлива не безграничны и уменьшаются и постоянные уверения ученых о конечности запасов полезных ископаемых совсем не безосновательны. Для производства же электрической энергии применяются более доступные и дешевые энергоресурсы (уголь, гидроэнергия, атомная энергия, энергия ветра). Так или иначе у человечества не будет другого выхода, как освоить новые, восполняемые, природные источники тепла и энергии. Сотрудники нашей компании идут в ногу со временем, и уже сейчас развивают и применяют на практике энергосберегающие технологии, к которым относится установка гелиосистем, а по-просту, говоря солнечных батарей и использование тепловых насосов. Именно о тепловых насосах пойдет речь в этой статье.

Еще в позапрошлом веке британский физик Уильям Томпсон придумал устройство, которое назвал “умножителем тепла”, что и заложило фундамент для развития данной технологии.

Тепловой насос - это многофункциональный прибор, сочетающий в себе функции отопительного котла, источника горячего водоснабжения и кондиционера. Основное отличие от всех остальных источников тепла заключается в исключительной возможности использовать возобновляемую низкотемпературную энергию окружающей среды на нужды отопления и нагрева воды. Эти устройства именуют "тепловыми насосами", благодаря способности, так сказать, "перекачивать" тепло из низкотемпературного источника в высокотемпературный. Такие системы работают без использования топлива и практически не производят вредных выбросов в атмосферу, кроме всего прочего, они экономят до 80% энергии направляемой на отопление. Эту энергию устройство получает из окружающей среды, а значит платить нужно только за те 20% энергии, которые расхдуются на работу циркуляционных насосов и компрессора.

 Принцип работы теплового насоса

Принцип работы теплового насоса

Нам знакома эта технология на примере обычного бытового холодильника. Это устройство состоит из двух теплообменников (конденсатора и испарителя) и компрессора. Эти агрегаты объедены в общий контур. Контур заполняется хладагентом (фреоном), который обладает очень низкой температурой кипения (порядка -20°С). Проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газ при низком давлении и низкой температуре.

Таким образом тепловой насос - представляет собой машину Карно (курс школьной физики), работающую в обратном направлении. Такой холодильник перекачивает тепло из охлаждаемого объема в окружающий воздух. Если разместить холодильник на улице, то, извлекая тепло из наружного воздуха и передавая его внутрь дома, можно таким простым способом обогревать помещение.

Рассмотрим процесс работы теплового насоса шаг за шагом

  1. Проходя по трубопроводу, уложенному, например, в землю, теплоноситель нагревается на несколько градусов. Теплоноситель, проходя через теплообменник, называемый испарителем, внутри теплового насоса отдает взятое из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.
  2. Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом. Хладагент превращается из жидкого состояния в газ.
  3. Попав из испарителя в компрессор хладогент сжимается и при этом его температура повышается.
  4. После этого нагретый газ поступает во второй теплообменник (конденсатор). Там осуществляется теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Таким образом хладагент передает свое тепло в системе отопления, охлаждается и снова возвращается в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.
  5. Пройдя через редукционный клапан хладагент поступает в испаритель, при этом давление понижается, и цикл повторяется снова.

Тепловые насосы являются универсальными устройствами. В теплое время года их используют для охлаждения воздуха в помещениях, а в холодное время года при их помощи помещения отапливают. Принцип работы теплового насоса при охлаждении помещения такой же, как и при отоплении. Тепло при этом получается из воздуха, который находится в помещении и отдается водоему или земле.

Основные типы тепловых насосов:

В зависимости от наиболее приемлемого источника низкопотенциального тепла в данной местности применяется несколько типов тепловых насосов.

НасосыВода-вода” и “Воздух-вода”.

Тепловой насос Вода-вода

Общим для них является использование воды в качестве источника низкопотенциального тепла. Если на необходимой глубине доступны грунтовые воды, то применяется тепловой насос типа “вода-вода” или “вода-воздух”.

Поскольку вода обладает высокой теплоемкостью, то эффективность системы будет достаточно высока. А постоянная температура грунтовых вод около +8°C -+12°C гарантирует оптимальный источник низкопотенциального тепла. При этом грунтовые воды направляются из одной скважины в тепловой насос, отдают там тепловую энергию, а затем перекачиваются в другую скважину, которая удалена на некоторое расстояние.

Также применяется насос с закрытым циклом и водоразмещенным теплообменником - специальная жидкость (теплоноситель) Теловой насос с закрытым циклом и водоразмещенным теплообменником прокачивается по коллекторам (трубкам), находящимся в водоеме, и отдает или забирает тепло у воды. Дом имеет смысл отапливать тепловой энергией открытого водоёма в том случае, если здание находится от водоёма ближе 100 метров, и глубина водоёма, а также береговая линия соответствуют условиям, требуемым для прокладки коллектора. Таким образом, для установки теплового насоса производительностью 10 кВт необходимо уложить в озеро контур длинной 300 метров.

Преимуществом такого способа является его относительная дешевизна.

Системы для грунта разделяются на вертикальные и горизонтальные.

Горизонтальные земляные теплообменники используют солнечную энергию, которая накапливается в верхних слоях грунта. Температура почвы остается на довольно высоком уровне даже в холодное время года. По трубам коллектора, погруженного на определенную глубину, течет незамерзающая жидкость, которая переносит полученное тепло к испарителю теплового насоса.

Существуют различные способы использования энергии почвы:

Схема расположения горизонтального коллектора
  1. Горизонтальный коллектор располагается на глубине около 1,2-1,3м. Горизонтальный коллектор применяется, если есть достаточно площади для его укладки.
  2. Для применения траншейного коллектора необходимо немного меньше пространства. Потребуется приблизительно в 1-1,5 раза больше территории, чем отапливаемое пространство.
  3. Намного меньше места требуют вертикальные геотермальные теплообменники, состоящие из трубок, через которые прокачивается теплоноситель. Схема вертикального геотермального теплообменника Они размещаются вертикально в земле и уходят в глубину до 200 метров (чаще всего 50 - 100 метров). Такие зонды вводятся буровым инструментом. Геотермальные зонды состоят из замкнутых труб, которые отбирают тепло так же, как почвенный коллектор. Количество тепла, которое отбирает зонд, составляет от 30 до 100 Вт на метр зонда, что в значительной мере зависит от особенностей строения грунта.

Данный метод имеет самую высокую эффективность работы теплонасоса, малый расход электроэнергии и относительно дешевое тепло - на 1 кВт электроэнергии получают до 5 кВт тепловой энергии, но требует больших первоначальных капиталовложений.

Воздушные системы

Также применяют на практике теплонасосы в которых источником низкопотенциальной энергии используется воздух снаружи помещения. Именно из него отбирается тепло для отопления. Такие системы еще называют “воздушными теплонасосами”. Они разработаны и успешно используются в более теплых, чем Украина, странах, где не бывает значительных морозов - южных штатах США, Греции, Японии и т.д. Такие насосы не требуют грунтовых и бурильных работ. Но их не рекомендуется использовать в Украине. Почему? Воздух как источник тепла имеет недостаток: при низких температурах от -10°C производительность и коэффициент трансформации теплового насоса значительно падает.

Применение тепловых насосов в других странах

В странах Европейского союза, Китая и Японии поощряют применение тепловых насосов. В Швеции, Испании, Великобритании и Китае эффективно работает программа получения субсидий за установку этого оборудования. Во Франции у населения есть возможность оформить налоговый кредит за энергосбережение и использование возобновляемых источников энергии. Национальные нормы потребления энергии Германии предъявляют строгие требования к энергоэффективности зданий, и это фактически мотивирует использование низкотемпературных систем отопления. Европейский союз также ввел Директиву по Энергетическим Показателям Зданий для улучшения показателей энергоэффективности строений и, как результат, тепловые насосы составляют около четверти всего Европейского рынка всех устройств, предназначенных для обогрева помещений. А правительство Швеции к 2020 году планирует стать первой страной в мире, которая будет пользоваться для энергоснабжения исключительно возобновляемыми источниками энергии.

Вывод: на сегодня данная технология является не дешевой, но при одноразовом значительном капиталовложении позволяет далее существенно экономить на обогреве помещений. Простая истина “Скупой платит дважды” может для данной технологии звучать как: “Скупой платит в 2 раза больше”.

Итак, если для Вас важны комфорт, экологичность и экономичность отопления – обращайтесь в компанию “ГАЗТЕПЛОБУД”. Мы подберем наиболее эффективный для Вашей местности метод обогрева тепловым насосом.