Использование подземного тепла для обогрева жилья на сегодняшний день является самым экономичным видом отопления. Кроме того, такие системы никак не влияют на экологию, так как в процессе их работы не формируются вредные выбросы.
Тепловые насосы в пять раз снижают фактические затраты на отопление.
В ближайшем будущем тепловые насосы полностью вытеснят системы отопления с традиционными источниками энергии.
Историческая справка
Научно-технический прогресс изменил ситуацию.
Геотермальные станции успешно эксплуатировались ещё в Советском Союзе. Сегодня такие установки можно смонтировать в каждом доме.
Принцип действия
Описание законов термодинамики – дело неблагодарное. Поясним принцип работы насосов, использующих подземное тепло, на всем известных примерах.
Как бы странно это ни звучало, работа обычного бытового холодильника, имеющегося на каждой кухне, основана на тех же принципах, что и самые современные тепловые насосы.
Положив в камеру холодильника продукты, человек не задумывается о том, что тепло должно куда-то деваться. Между тем цикл охлаждения в каждом холодильнике завершается выбросом тепла в атмосферу.
В этом можно убедиться, приложив руку к задней стенке этого бытового устройства. Задняя решётка всех холодильников всегда горячая.
По сути, холодильник – это тоже тепловой насос. Отбирая тепло от продуктов, он обогревает кухню.
В тепловом насосе также используется хладагент – вещество, имеющее низкую температуру кипения. Такие вещества имеют очень маленькую разницу температур (несколько градусов), при которых переходят из газообразного состояния в жидкое и обратно.
Поэтому энергию, используемую в работе теплового насоса, называют низкопотенциальной.
Из школьного курса физики всем известно, что при сжатии газы нагреваются. Это их свойство также используются в тепловых насосах.
Устройство теплового насоса
Условно тепловой насос можно представить в виде трёх теплообменных контуров.
В первом контуре происходит энергообмен от источника низкопотенциального тепла – окружающего грунта.
Во втором контуре хладагент периодически переходит из газообразного в жидкое состояние.
Выделяемое при этом тепло передаётся третьему контуру, в котором циркулирует теплоноситель, обогревающий помещения.
Типы тепловых насосов
Разработано несколько типов тепловых насосов. Различают насосы открытого и закрытого типа. Первые работают с использованием открытых водоёмов. Насосы закрытого типа функционируют в замкнутом цикле и применяются чаще всего.
Основным элементом тепловых насосов закрытого типа является подземный контур теплообмена. Горизонтальные теплообменники устраивают под землёй на глубине до 3,5 метров. Такой теплообменник обычно располагается на трех сотках и может обогреть дом средних размеров.
Использование земли над горизонтальным теплообменником несколько ограничено. На ней нельзя сажать растительность с разветвлённой корневой системой. И также на этой территории запрещено любое строительство.
Вертикальные теплообменники или зонды располагают в вертикальных скважинах глубиной до 90 метров. Для устройства зондов требуется привлечение специальной буровой техники. Зонды занимают гораздо меньше места, но стоимость их строительства значительно превышает смету устройства горизонтального контура теплообмена.
Существуют также и другие, менее распространённые типы тепловых насосов.
Кроме грунтовых теплообменников в состав теплового насоса входят:
- Компрессоры, сжимающие газ.
- Насосы, обеспечивающие циркуляцию.
- Системы автоматики.
- Приборы КИП и А.
- Запорная арматура.
Всё перечисленное оборудование располагается в одном помещении.
Эффективность тепловых насосов
Количество электроэнергии, которое расходует тепловой насос, сравнимо с потреблением обычного бытового холодильника. Установлено, что соотношение потребляемой энергии к выделяемому отопительной системой теплу составляет около 5. Этот показатель называют коэффициентов трансформации. Не следует его путать с КПД насоса.
Заключение
Впервые тепловые насосы начали производить в Европе. Сегодня на рынке уже можно найти подобное оборудование, изготовленное в России. Появились также обогревающие установки от китайских производителей.
Стоимость тепловых насосов в значительной степени зависит от страны-производителя:
- самые дорогие – европейские
- российские насосы стоят намного дешевле
- китайцы производят подобное оборудование наименьшей стоимости.