Эффективность теплового насоса для отопления дома

В данной статье представлена общая информация по эффективности теплового насоса как альтернативного, экологически чистого решения  для отопления частного дома или коттеджа. Компания dimplex.org.ua специализируется на системах генерации и распределения тепловой энергии, а также внедрении систем отопления, охлаждения и горячего водоснабжения с использованием возобновляемых источников энергии.

Когда нам приходится выбирать между различными источниками отопления, мы учитываем все затраты в течение срока службы конкретной системы отопления:

инвестиционные, эксплуатационные  и расходы на техническое обслуживание.

Оценочная характеристика

Инвестиции в тепловой насос для дома намного выше, чем для оборудования на ископаемом топливе:

  • более чем в четыре раза больше, чем для природного газа;
  • более чем в три раза больше, чем для угля, торфа и древесины;
  • эксплуатационные расходы очень низкие, в пять раз ниже, чем для твердого топлива.

Самым дорогим компонентом в геотермальном тепловом насосе является компрессор,  и он подвержен наибольшему износу. Его срок службы составляет около 40000 рабочих часов, что для обычных  1400 часов работы в год – это 30 лет. Монтаж системы трудоемок, но срок службы не менее 50 лет.

Однако, с учетом подорожания традиционных источников энергии и  быстрой окупаемости инвестиций, общая цена с затратами на техническое обслуживание и эксплуатацию за выработку тепловой  эффективность теплового насоса не сопоставима с ценами на большинство обычных источников тепла.

Большинство стран, которые в силу своих климатических условий используют существенную долю энергии для отопления зданий, сильно зависят от импортируемого ископаемого топлива, но имеют хороший потенциал для использования возобновляемых источников энергии. Хотя ни один источник не является неограниченным, поскольку потенциал ветра и гидроэнергии ограничен, а геотермальные поля существуют не везде.  Даже солнечная энергия доступна только в солнечные дни. Частичная зависимость от собственных источников в сочетании с соответствующими системами хранения энергии будет способствовать не только защите окружающей среды, но и безопасности энергоснабжения.

Поэтому есть несколько причин ожидать, что возобновляемые источники с использованием энергии окружающей среды будут играть важную роль в 21 веке.

Использование энергии окружающей среды

Энергия окружающей среды может быть использована для отопления и кондиционирования зданий тепловыми насосами.эффективность теплового насоса

Геотермальный тепловой насос передает тепло от земли, земной воды или окружающего воздуха в отопительную установку дома или коттеджа.  Поскольку температура источника тепла ниже температуры отопительной установки, часть электрической энергии потребляется насосом, точнее, компрессором.

Коэффициент нагрева, определяемый как соотношение отданной тепловой энергии и потребляемой электрической энергии, сильно зависит от характеристик источников энергии и достигает наилучших значений при низких температурах отопительных установок (от 35 до 45°C). Именно эта температура эффективна для полов с подогревом.

Эксплуатация воздушного тепла требует больших инвестиций, но в этом случае коэффициент нагрева сильно варьируется в зависимости от погоды.

Такие тепловые насосы эффективно работают при температуре около 0°C,  что соответствует средней температуре в европейской части за время отопительного периода.

В климате Европы установка  тепловых насосов подходит для пополнения уже существующей отопительной станции с печью или в южных  районах в качестве одиночной системы отопления. Хотя температура источника снижается по мере необходимости в отоплении, тепловой насос наиболее эффективно работает около двух с половиной месяцев в начале и двух с половиной месяцев в конце семимесячного отопительного сезона для хорошо изолированных домов в восточной части Европы.

Эффективность геотермальной энергии

Эффективность теплового насоса с использованием геотермальной энергии является привлекательной характеристикой отопления зданий по нескольким причинам. Это тепло постоянно доступно и дешево по истечении срока окупаемости, и оно гораздо менее загрязняет окружающую среду.

Теоретически земная кора является неограниченным источником энергии: верхний континентальный слой толщиной 10 км содержит более 5·1027 Дж тепла, доступного для использования. Температура в тонком слое в несколько метров под поверхностью меняется в зависимости от климатических условий,  в то время как в нижних слоях она постоянна и увеличивается с глубиной примерно на 1 градус  на 33 метра.

Коэффициент нагрева зависит от конструкционных и геологических характеристик: локального геотермального градиента, типа и пористости горных пород, а также от наличия грунтовой воды (теплоемкости и проводимости).

Использование грунтовых вод или геотермальной энергии имеет преимущества и  остается неизменным весь отопительный сезон, обеспечивая более высокий коэффициент нагрева. Это позволяет  использовать систему одиночного теплового насоса с постоянным тепловым потоком, доступным в течение всего года.

Грунтовые воды имеют температуру от 8 до 10°C на глубине около 10 м, что можно использовать для монтажа систем обогрева зимой и кондиционирования летом.

Монтаж  геотермальных тепловых насосов

Монтаж  системы трудоемок и производится после количественных расчетов.

Геотермальные тепловые насосы с горизонтально установленными трубами на глубине 1,5 м под поверхностью и на расстоянии 0,5 м друг от друга дают от 10 до 30 Вт на м2 поверхности, в зависимости от типа грунта. Лучший тип – влажный суглинок.

Монтаж горизонтальной трубопроводной сети не так дорог, как вертикальные скважины, но горизонтальная система обеспечивает более низкий коэффициент нагрева и требует большой площади, от 200 до 300 м2 для изолированного дома.

Тепловые насосы с U-образными трубами, вертикально вставленными в скважины (скважинный теплообменник, глубина 40-150 м, диаметр 0,15 м) на расстоянии не менее 0,1 м друг от друга дают около 50 Вт на метр скважины.

 

Более 20 лет исследований и разработок, посвященных системам геотермальных тепловых насосов, позволили создать хорошо зарекомендовавшую себя технологию с надлежащими критериями  дизайна и монтажа.

Тепловые насосы являются достаточно эффективными системами отопления и охлаждения и могут значительно снизить ваши затраты на электроэнергию. Однако, нет особого смысла инвестировать в эффективную систему отопления, если ваш дом теряет тепло из-за плохо изолированных стен, потолков, окон и дверей, а также из-за утечки воздуха через трещины и отверстия. Во многих случаях имеет смысл уменьшить утечку воздуха и повысить уровень теплоизоляции перед покупкой или модернизацией вашей системы отопления.

Практическая реализация и эффективность тепловых насосов в настоящее время является вопросом экономического, социального и экологического аспекта.