Насколько эффективно отопление с помощью тепловых насосов? Какими они бывают? Есть ли у этих устройств существенные недостатки? Насколько дорого обходится этот вид топлива в сравнении с альтернативными источниками тепла? Давайте попробуем разобраться.
ЧТО ЭТО ТАКОЕ
Вы в общих чертах представляете себе, как работает холодильник? Именно на уровне принципа работы? В двух словах — его компрессор перекачивает тепло из того места, где его и так мало (морозильной камеры) в место, где его много (в комнату, в которой установлен агрегат).
Отопление тепловым насосом использует похожий принцип: тепло отнимается у низко потенциального источника и переносится с помощью хладагента туда, где оно необходимо. Основа устройства — старший брат компрессора, находящегося у вас на кухне.
Главное же его достоинство — в том, что тепловой насос не вырабатывает тепло, тратя электроэнергию лишь на его перемещение. В результате он способен обеспечивать до 5, а то и 6 киловатт эффективной тепловой мощности на один киловатт потребляемой электрической.
В зависимости от того, что является тем самым низко потенциальным источником тепла, тепловые насосы делятся на несколько разных типов. Каждый из них обладает своим неповторимым набором достоинств и недостатков.
ГЕОТЕРМАЛЬНОЕ ТЕПЛО
Наша планета, если задуматься, представляет собой неправильной формы сгусток кипящей лавы, покрытой сверху тонкой корочкой застывшего вещества — корой. Если сравнить земной шар с яблоком, твердая кора по толщине будет сопоставима с его кожурой.
Разумеется, когда-нибудь она остынет: в отличие от звезд с их собственными термоядерными топками, своего источника тепла у планеты нет. Однако сравнение того периода, за который температура ядра планеты заметно изменится, со сроком средней человеческой жизни или даже с возрастом нашей цивилизации позволяет считать этот источник тепла неиссякаемым.
Именно потому, что Земля внутри все еще кипит, температура грунта на сравнительно небольшой глубине постоянно заметно выше точки замерзания воды: она составляет 8-12 градусов уже на глубине 10-50 метров (глубина определяется климатом).
Полезно: так называемые зоны вечной мерзлоты — это всего лишь области, в которых земля не успевает оттаять до точки промерзания за короткое лето. Геотермальное тепло не проблема использовать и в Якутии, и на Дальнем Востоке; однако искать его источник придется на несколько большей глубине.
Геотермальный тепловой насос (грунт-вода или грунт-воздух) заглубленными на 50-70 метров вертикальными зондами или мелко заглубленным горизонтальным коллектором отбирает тепло у грунта и использует его для отопления дома.
Отопление дома тепловым насосом этого типа очень выгодно с точки зрения эксплуатационных расходов:
–Геотермальные насосы имеют максимальную среди всех устройств этого типа эффективность. Почему? Потому, что температура низко потенциального источника тепла довольно высока. Чем она ниже, тем больше затраты электричества на транспортировку. –Мало того: эта температура постоянна круглый год. Даже в самый лютый мороз на глубине нескольких метров температура постоянна.
Основной недостаток насосов, извлекающих тепло из грунта — размер первоначальных затрат на установку устройств. Велика не только собственно цена насоса: пробурить несколько скважин глубиной в десятки метров тоже обходится очень недешево.
Резко уменьшает затраты использование горизонтального коллектора. Траншею под него несложно выкопать за несколько дней самостоятельно. Кроме того, если вы не понаслышке знакомы с установкой сплит-систем — тепловые насосы для отопления своими руками монтировать вы тоже сможете.
Как принято в таких случаях, есть пара нюансов, которые портят нам радужные перспективы:
–Отведенная под коллектор площадь должна в несколько раз превышать площадь отапливаемого дома.
–Использовать под сад или грядки эту площадь не получится: немногие растения переживут сильное охлаждение корней.
У воды можно отбирать достаточное количество тепла в том случае, если мы располагаем большим ее объемом со стабильной температурой. Конкретнее?
–Если около вашего коттеджа есть незамерзающий водоем глубиной, хотя бы в три-четыре метра. Желательно — проточный.
–Если высок уровень грунтовых вод.
Как выглядит практическая реализация в обоих случаях?
–В водоем на дно укладывается труба теплообменника. Для того чтобы она не всплыла или не перемещалась течением, труба отягощается грузом из расчета примерно 5 кг на погонный метр. Для эффективной работы теплообменника шаг укладки витков трубы должен составлять не меньше полутора метров.
Каким должен быть размер водоема? Скажем так: чтобы снять 10 киловатт тепловой мощности, достаточных для обогрева 100-метрового дома в сравнительно теплом климате, нужна труба — теплообменник протяженностью около 300 метров.
–Тепловой насос для отопления дома теплотой грунтовых вод чаще всего использует так называемую открытую схему сбора тепла: по направлению тока грунтовых вод одна за другой бурятся две скважины, в первую из которых погружается обыкновенный скважинный насос. Его функция — подать воду на теплообменник.
Охлажденная вода сбрасывается во вторую скважину. Грунтовые воды найти куда легче, чем открытый незамерзающий водоем; однако здесь мы привязаны к необходимому минимальному дебету скважины. Он должен обеспечить эффективный теплообмен без охлаждения воды до точки замерзания.
Дополнительный риск такой схемы — в том, что уровень грунтовых вод может заметно меняться при подвижках пластов грунта. Между тем бурение скважин в непосредственной близости от частного дома недешево, да и оборудование в случае, если дебет скважины резко упадет, окажется просто бесполезным.
Наконец, самый доступный источник тепла — атмосферный воздух. Теплообменник в этом случае представляет собой большой радиатор с развитым оребрением и вентилятором для его принудительного обдува. Как может использоваться полученная тепловая энергия?
Зачастую отопление загородного дома тепловым насосом организовывается по классической схеме — с использованием теплоносителя и его разводкой по отопительным приборам. Насос, работающий по схеме «воздух-вода», может не только обогреть дом: –Дополнительный теплообменник с тепло изолированной накопительной емкостью обеспечит владельцев дома горячей водой. Заметьте — с минимальными затратами электричества.
–Аналогичные насосы часто используются для нагрева воды в бассейне.
Наружный теплообменник может быть навесным и монтироваться на внешнюю стену дома; однако при большой производительности устройства он требует собственного фундамента. Среди прочего, мощный компрессор передает стенам вибрации, которые слышны в доме.
Еще один популярный вариант — схема «воздух-воздух». Полученная тепловая энергия используется для нагрева воздуха в помещении без посредничества теплоносителя. Простейшую и наиболее дешевую реализацию схемы представляет собой любой бытовой кондиционер в режиме обогрева.
Младшие модели способны обогреть одно помещение (впрочем, благодаря увеличенному размеру теплообменников и мощности компрессора речь может идти о нескольких десятках квадратных метров). Кроме того, существуют мультисплитсистемы: один внешний блок обеспечивает тепловой энергией несколько внутренних.
Что еще полезно знать о том, как работает отопление тепловыми насосами, извлекающими тепло из воздуха?
–Все современные устройства этого класса — инверторные. Переменный ток преобразуется в них в постоянный, что позволяет более гибко управлять мощностью компрессора. Нагрев воздух в помещении до необходимой температуры, компрессор не останавливается, а снижает мощность в несколько раз.
Этим достигается больший ресурс устройства (запуски и остановки губительны для любой механики) и большая экономичность.
Впрочем: в продаже несложно найти обычные сплит-системы, работающие по схеме старт-стоп, теплоотдача которых на киловатт электрической мощности приближается к инверторным. Так, кондиционер Midea 09 HR имеет тепловую эффективность 3,61: на каждый киловатт-час потраченной электроэнергии в помещение перекачивается 3610 ватт-час тепла.
–Все тепловые насосы с воздушным наружным теплообменником неизбежно снижают свою эффективность по мере снижения уличной температуры.
–Нижняя граница работы этих устройств — около -30С. В частности, при такой температуре готовы работать насосы линейки Zubadan от Mitsubishi. Тепловые насосы японского производства на фоне классических сплит-систем недешевы; однако в последнюю пару лет у них появилась бюджетная альтернатива.
Инверторные кондиционеры Cooper&Hunter серии Nordic работают в режиме нагрева при температурах окружающего воздуха до -25С, отдавая 4,2 КВт тепловой мощности на 1 КВт электрической.
Любопытно: часть потребляемой энергии при отрицательной температуре идет на непрерывный подогрев греющим кабелем обмерзающего теплообменника наружного блока. Полностью идентичный этой линейке во всем остальном кондиционер серии Deluxe Inverter отдает 4,95 КВт тепла на киловатт электрической мощности, однако его нижняя граница — всего -15С.
ПЛЮСЫ И МИНУСЫ
Так что же такое тепловой насос — отопление будущего или очередная попытка производителей навязать нам не очень-то нужное и дорогое устройство?
НАСТОЯЩИЙ МОМЕНТ
При текущих ценах на природный газ и электричество отопление газом обходится дешевле примерно в полтора раза. При этом первоначальные вложения в том случае, если газ уже подведен к дому, несопоставимы: цены на газовые котлы начинаются от 8 тысяч рублей. Никакой тепловой насос на эти деньги не купить.
ПЕРСПЕКТИВЫ
И электроэнергия, и газ постоянно дорожают. Однако запасы газа невосполнимы, и его стоимость будет расти стабильно; с электричеством картина сложнее. Переход на возобновляемые источники энергии неизбежно снизит темпы роста расценок.
Чтобы оценить ближайшие перспективы — достаточно сказать, что кубометр природного газа жителю Норвегии обходится примерно в 10 раз дороже, чем жителю России. А мы изо всех сил стремимся к европейскому рынку и, увы, его ценам.
УДОБСТВО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ
Оно во всех отношениях выше всяких похвал, независимо от схемы работы устройства. Температура регулируется термостатами и может программироваться даже в случае отопления инверторными кондиционерами; обслуживание не требуется, отвод продуктов сгорания не нужен.
ВЫВОДЫ
Точка зрения автора — далеко не единственная; к примеру, видео в конце статьи осветит проблему выбора источника тепла несколько иначе. Однако автор рискнет сформулировать рекомендации таким образом:
–Если вы живете в холодном регионе и готовы вложить в проект с окупаемостью в десятилетия 15-20 тысяч долларов, ваш выбор — геотермальный тепловой насос. –Независимо от региона, расположенный рядом незамерзающий водоем грех не использовать для обогрева. Расходы уменьшатся относительно предыдущего варианта как минимум вдвое.
–В теплой климатической зоне наш выбор — тепловой насос, извлекающий энергию из воздуха, или его младший брат — инверторный кондиционер. При положительной среднемесячной температуре в течение всего года вы обеспечите себя теплом с минимальными затратами.
