Возобновляемая энергия и роль тепловых насосов

Восполняемые источники энергии становятся эффективной альтернативой привычным — газу, нефти и традиционной генерации электричества. Сегодня солнечная энергия, тепло воды и грунта помогают получать практически бесплатную энергию, которая не загрязняет окружающую среду, безопасна для человека и не иссякает со временем.

Принцип работы теплового насоса

Тепловой насос — ключевой элемент систем геотермального отопления и кондиционирования. По сути, это «холодильник наоборот»: если у бытового холодильника задняя стенка тёплая, потому что фреон отводит тепло из камеры наружу, то в тепловом насосе низкопотенциальное тепло извлекается из природного источника (воздуха, воды или грунта) и передаётся в систему отопления дома.

Устройство и цикл: испаритель, компрессор, конденсатор

Активное вещество — хладагент — обладает способностью отнимать тепло. Он подаётся в испаритель, где при низком давлении переходит в газообразное состояние и забирает тепло от воздушного, грунтового или водного контура (в зависимости от типа теплового насоса).

• Испаритель (теплообменник): хладагент кипит, забирая тепло из источника.
• Компрессор: сжимает пар, повышая его температуру и давление.
• Конденсатор: горячий хладагент конденсируется и отдаёт тепло системе отопления/ГВС, возвращаясь в жидкость.
• Дросселирующее устройство (ТРВ/ЭРВ): снижает давление перед испарителем, цикл повторяется.

После завершения цикла процесс начинается снова. Таким образом тепловой насос переносит тепло от природы в дом, обеспечивая отопление и/или охлаждение.

Типы тепловых насосов

• Вода – вода;
• Вода – воздух;
• Воздух – вода;
• Воздух – воздух;
• Земля – вода;
• Земля – воздух.

Например, если насос отбирает тепло из воздуха, а в качестве теплоносителя используется вода, то тепло передаётся в водяной контур отопления здания.

Да, тепловой насос потребляет электроэнергию, но расходы на оплату счетов несопоставимы с выигрышем в тепловой энергии: при корректном проектировании коэффициент преобразования (COP) достигает 3–5 и выше.

Достоинства тепловых насосов

• Экономичность: высокий COP для разных схем (воздух–воздух, воздух–вода, вода–вода и т.д.). Сравнивается потребление электроэнергии и получаемое тепло.
• Доступность монтажа: установка возможна практически везде. При отсутствии электросети можно добавить автономный генератор — рост затрат умеренный.
• Универсальность: отопление зимой и охлаждение летом в одной системе.
• Безопасность: отсутствие горючего в контуре отопления снижает риски пожара.
• Экологичность: при эксплуатации не выделяются вредные вещества.

Недостатки и условия применения

Корректнее говорить об особенностях: чтобы повысить сбережение тепла, нужна качественная теплоизоляция — но это актуально для любой системы отопления. Также при использовании воздушных и водяных ТН рекомендуется применять низкотемпературные контуры — тёплый пол или фанкойлы.

• В регионах с сильными морозами необходимы точные расчёты и/или резервный источник тепла (догреватель, котёл).
• Правильный гидравлический баланс и погодозависимое управление повышают эффективность.

Выбор теплообменника: водоразмещённый, вертикальный, горизонтальный

Водоразмещённый теплообменник

Энергия берётся из водоёма, расположенного недалеко от дома (рекомендуемо — не далее 100 м). В этом случае отпадает необходимость в масштабных земляных работах. Если водоём находится на вашем участке и создан вами, дополнительные разрешения, как правило, не требуются.

Вертикальный теплообменник

Требует бурения скважин. Позволяет избежать обширных земляных работ и сохранить ландшафтный дизайн. Система более компактна по сравнению с горизонтальной.

Горизонтальный теплообменник

Занимает значительную площадь участка и подходит не всегда — при малой площади применить такой тип геотермального отопления может быть невозможно.

Рекомендации специалистов

• Проведите энергоаудит и утепление ограждающих конструкций до расчёта мощности ТН.
• Проектируйте систему с низкой температурой подачи (например, 30–45 °C) — это повышает COP.
• Подбирайте тип теплообменника с инженером, учитывая геологию, наличие водоёмов и площадь участка.
• При автономной работе предусмотрите генератор и защиту электрики.