Альтернативні джерела енергії. Теплові насоси

Перспективи розвитку технології

Ви запитаєте, а навіщо компанії, що займається газопостачанням, висвітлювати тему, що у майбутньому припинить існування газової галузі. Все вірно, але закривати очі на реальність не можна. Тому що ціни на газ уже зараз ростуть надшвидкими темпами в порівнянні з цінами на електроенергію. Все більш очевидним стає той факт, що в найближчому майбутньому переваги використання теплових насосів будуть тільки зростати. Крім того ресурси блакитного палива не безмежні і зменшуються. Одже, постійні запевнення вчених про обмеженість запасів корисних копалин зовсім не безпідставні. Для виробництва ж електричної енергії застосовуються більш доступні і дешеві енергоресурси (вугілля, гідроенергія, атомна енергія, енергія вітру). Так чи інакше, в людства не буде іншого виходу, як застосовувати нові, природні джерела тепла й енергії, що відновлюються. Співробітники нашої компанії вже зараз розвивають і застосовують на практиці енергозберігаючі технології, до яких відноситься використання теплових насосів та встановлення геліосистем, тобто сонячних батарей. Саме про теплові насоси піде мова в цій статті.

Ще в позаминулому столітті британський фізик Вільям Томпсон придумав пристрій, що назвав “помножувачем тепла”, що і заклало фундамент для розвитку даної технології.

Тепловий насос - це багатофункціональний прилад, що сполучає у собі функції опалювального котла, джерела гарячого водопостачання і кондиціонера. Основна відмінність від всіх інших джерел тепла полягає у винятковій можливості використовувати поновлювану низькотемпературну енергію навколишнього середовища на потребу опалення і нагрівання води. Ці пристрої інколи називають “тепловими насосами”, завдяки здатності, так сказати, “перекачувати” тепло з низькотемпературного джерела до високотемпературного. Такі системи працюють без використання палива і практично не роблять шкідливих викидів в атмосферу. Крім того, вони заощаджують до 80% енергії, що іде на опалення. Цю енергію прилад отримує з навколишнього середовища, тобто платити потрібно тільки за ті 20% енергії, що витрачаються на роботу циркуляційних насосів і компресора.

Принцип роботи теплового насоса

Принцип роботи теплового насоса

Нам знайома ця технологія на прикладі звичайного побутового холодильника. Цей прилад складається з двох теплообмінників (конденсатора і випаровувача) і компресора. Ці агрегати об'єднано в загальний контур. Контур заповнюється хладагентом (фреоном), що має дуже низьку температуру кипіння (порядку -20°С). Проходячи через випаровувач, перетворюється з рідкого стану в газ при низькому тиску і низкій температурі.

У такий спосіб тепловий насос - являє собою машину Карно (курс шкільної фізики), що працює в зворотному напрямку. Такий холодильник перекачує тепло з охолоджуваного об’єму до навколишнього повітря. Якщо розмістити холодильник на вулиці, то, витягаючи тепло з зовнішнього повітря і передаючи його всередину будинку, можна таким простим способом обігрівати приміщення.

Розглянемо процес роботи теплового насоса крок за кроком

  1. Проходячи по трубопроводу, покладеному, наприклад, у землю, теплоносій нагрівається на кілька градусів. Теплоносій, проходячи через теплообмінник, що називається випаровувачем, всередині теплового насоса віддає взяте з навколишнього середовища тепло у внутрішній контур теплового насоса.
  2. Внутрішній контур теплового насоса заповнений хладагентом. Хладагент перетворюється з рідкого стану в газ.
  3. Потрапивши з випаровувача до компресора хладагент стискується і при цьому його температура підвищується.
  4. Після цього нагрітий газ надходить у другий теплообмінник (конденсатор). Там здійснюється теплообмін між гарячим газом і теплоносієм зі зворотного трубопроводу системи опалення будинку. У такий спосіб хладагент передає своє тепло до системи опалення, прохолоджується і знову повертається в рідкий стан, а нагрітий теплоносій системи опалення надходить до опалювальних приладів.
  5. Пройшовши через редукційний клапан хладагент надходить у випаровувач. При цьому тиск знижується, і цикл повторюється знову.

Теплові насоси є універсальними пристроями. У теплу пору року їх використовують для охолодження повітря в приміщеннях, а в холодну пору за їх допомогою приміщення опалюють. Принцип роботи теплового насоса при охолодженні приміщення такий самий, як і при опаленні. Тепло при цьому виходить з повітря в приміщенні і віддається водоймі або землі.

Основні типи теплових насосів:

В залежності від найбільш прийнятного джерела низкопотенційного тепла в данній місцевості застосовується кілька типів теплових насосів.

НасосиВода-вода” і “Повітря-вода”.

Теловий насос Повітря-вода

Загальним для них є використання води як джерела низкопотенційного тепла. Якщо на необхідній глибині доступні ґрунтові води, то застосовується тепловий насос типу “вода-вода” або “вода-повітря”. Оскільки вода має високу теплоємність, то ефективність системи буде досить висока. А постійна температура ґрунтових вод біля +8°C -+12°C гарантує оптимальне джерело низкопотенційного тепла. При цьому ґрунтові води направляються з однієї свердловини в тепловий насос, віддають там теплову енергію, а потім перекачуються в іншу свердловину, що розміщена на деякій відстані від першої.

Також застосовується насос із закритим циклом і водорозміщеним теплообмінником - спеціальна рідина (теплоносій) Тепловий насос із закритим циклом і водорозміщеним теплообмінником прокачується по колекторах (трубках), що знаходяться у водоймі, і віддає або забирає тепло у води. Будинок має сенс опалювати тепловою енергією відкритої водойми в тому випадку, якщо будинок знаходиться від водойми ближче 100 метрів, і глибина водойми, а також берегова лінія відповідають умовам, необхідним для прокладки колектора. Таким чином, для встановлення теплового насоса продуктивністю 10 кВт необхідно укласти в озеро контур довжиною 300 метрів.

Перевагою такого способу є його відносна дешевизна.

Системи для ґрунту поділяються на вертикальні і горизонтальні.

Горизонтальні земляні теплообмінники використовують сонячну енергію, що накопичується у верхніх шарах ґрунту. Температура ґрунту залишається на досить високому рівні навіть у холодну пору року. По трубах колектора, зануреного на визначену глибину, тече незамерзаюча рідина, що переносить отримане тепло до випаровувача теплового насоса.

Існують різні способи використання енергії ґрунту:

Схема розташування горизонтального колектора
  1. Горизонтальний колектор розташовується на глибині близько 1,2-1,3м. Горизонтальний колектор застосовується, якщо є достатньо площі для його вкладання.
  2. Для застосування траншейного колектора необхідно трохи менше простору. Буде потрібно приблизно в 1-1,5 рази більше площі, ніж опалювальний простір.
  3. Набагато менше місця вимагають вертикальні геотермальні теплообмінники, що складаються з трубок, через які прокачується теплоносій.Схема вертикального геотермального теплообмінника Вони розміщуються вертикально в землі й ідуть в глибину до 200 метрів (найчастіше 50 - 100 метрів). Такі зонди вводяться буровим інструментом. Геотермальні зонди складаються з замкнених труб, що відбирають тепло так само, як ґрунтовий колектор. Кількість тепла, що відбирає зонд, складає від 30 до 100 Вт на метр зонда, що значною мірою залежить від особливостей ґрунту.

Даний метод має саму високу ефективність роботи теплонасоса, мала витрата електроенергії і відносно дешеве тепло - на 1 кВт електроенергії одержують до 5 кВт теплової енергії, але вимагає великих попередніх капіталовкладень.

Повітряні системи

Також застосовують на практиці теплонасоси, в яких джерелом низкопотенційної енергії є повітря зовні приміщення. Саме з нього відбирається тепло для опалення. Такі системи ще називають “повітряними теплонасосами”. Вони розроблені й успішно використовуються в більш теплих, ніж Україна, державах, де не буває значних морозів - південних штатах США, Греції, Японії і т.д. Такі насоси не вимагають ґрунтових і бурильних робіт. Але їх не рекомендується використовувати в Україні. Чому? Повітря як джерело тепла має недолік: при низьких температурах від -10°C продуктивність і коефіцієнт трансформації теплового насоса значно падає.

Застосування теплових насосів в інших країнах

У країнах Європейського союзу, Китаю і Японії заохочують застосування теплових насосів. У Швеції, Іспанії, Великобританії і Китаї ефективно працює програма отримання субсидій за установку цього обладнання. У Франції в населення є можливість оформити податковий кредит за енергозбереження і використання поновлюваних джерел енергії. Національні норми споживання енергії Німеччини висувають строгі вимоги до енергоефективності будинків, і це фактично мотивує використання низькотемпературних систем опалення. Європейський союз також ввів Директиву по Енергетичних Показниках Будинків для поліпшення показників енергоефективности будівель, і, як результат, теплові насоси складають біля чверті всього Європейського ринку всіх пристроїв, призначених для обігріву приміщень. А уряд Швеції до 2020 року планує її зробити першою країною у світі, що буде користуватися для енергопостачання винятково поновлюваними джерелами енергії.

Висновок: на сьогодні дана технологія є не дешевою, але при одноразовому значному капіталовкладенні дозволяє далі істотно заощаджувати на обігріві приміщень. Тобто, при розумному використанні цієї технологіі Ви маєте можливість економити кошти на опалення майже вдвічі.

Отже, якщо для Вас важливими є комфорт, екологічність і економічність опалення - звертайтеся до компанії “ГАЗТЕПЛОБУД”. Ми підберемо найбільш ефективний для Вашої місцевості метод обігріву за допомогою теплового насоса.