Для начала немного теории (здесь мы не будем рассматривать принцип работы теплового насоса, а детально рассмотрим важные факторы в работе теплового насоса влияющие на его производительность). Посмотреть принцип работы геотермального теплового насоса можно на просторах всемирной паутины.Тем, кто желает ознакомиться с темой тепловых насосов более глубоко, советую посетить сайт osipovs.ru.
Итак, исходя из того, что принцип устройства и работы тепловой машины ясен, констатируем факт: тепловой насос затрачивает некоторую электрическую энергию и при этом производит гораздо большую тепловую энергию, чем собственно говоря и интересен с экономической точки зрения. Отношение тепловой энергии к затраченной электрической называют множительным коэффициентом теплового насоса или иногда не совсем верно КПД (в случае с тепловым насосом КПД получается больше 100%, что многих настораживает и приходиться вдаваться в теорию с объяснением открытых и закрытых систем). Сейчас мы детально рассмотрим от чего зависит множительный коэффициент теплового насоса, дабы заявленные цифры продавцов и установщиков тепловых насосов не вводили бы в заблуждение несведущего покупателя. Любой тепловой насос состоит из трех основных элементов (не считая медных труб различного сечения, различных датчиков, проводов и автоматики, которые обеспечивают правильность работы теплового насоса, ни как не меняя множительный коэффициент самого устройства): испаритель — теплообменник низкопотенциального контура, конденсатор — теплообменник системы отопления и компрессора — двигателя с поршнем или винтами (лопастями) передвигающего фреон (хладагент) по кругу. Очевидно , что все эти три элемента подобраны друг к другу ( по крайней мере так можно считать для тепловых насосов известных и уважающих свою репутацию брендов) и обеспечивают при определенных условиях заявленный множительный коэффициент. Именно эти определенные и необходимые условия мы рассмотрим, дабы понимать на что способен и не способен «девайс» под названием тепловой насос. Из принципа работы теплового насоса мы знаем, что компрессор, при перемещении фреона встречает сопротивление в виде давления в конденсаторе, где и происходит переход фреона в жидкую фазу с выделением тепла. Причем, чем выше давление конденсации фреона тем выше температура (может быть разное для разных фреонов). Отсюда, чем ниже температура в конденсаторе тем меньше давление, тем меньшую работу производит компрессор для перемещения заданного количества тепла (фреона). Таким образом, множительный коэффициент зависит от необходимой температуры теплоносителя. Далее, хладагент сквозь ТРВ (терморегулирующий вентиль) или, как его еще называют дроссель или дюза ( в серийных моделях данный элемент представляет собой тонкую медную трубку задающую необходимый термодинамический режим работы насоса) и попадает в испаритель где вскипая переходит в газообразную фазу забирая отданное во время конденсации тепло. Естественно, отталкиваясь от замкнутости контура хладагента испарение фреона происходит при некотором заданном давлении, причем чем выше давление испарения ,тем выше температура в испарителе. Причем учитывая что данная часть контура является всасывающей для компрессора, очевидно, что чем выше давление тем меньшую работу будет производить компрессор для воспроизводства непрерывного цикла. Отсюда, чем выше температура низкопотенциального контура, тем выше множительный коэффициент теплового насоса. Итак, имеем два основных параметра которые влияют на производительность системы — это температура в конденсаторе и температура в испарителе, причем чем ниже температура в конденсаторе и чем выше температура в испарителе тем эффективнее работает тепловой насос. Как уже было сказано мы предполагаем добросовестность производителя и соответственно исключаем существенные (большие чем возможно) потери вследствие неверно подобранных теплообменников и/или дросселя, а так же количества и качества хладагента и прочих мелочей способных снизить производительность системы, а следовательно можно утверждать следующее: чем ниже температура необходима системе отопления и чем выше температура среды изъятия энергии (низкопотенциальный контур) тем выше производительность системы.
Насколько низкая может быть температура теплоносителя и насколько высокая может быть температура в контуре испарителя в российской действительности, а так же какой способ съема тепла в низкопотенциальном контуре и какая система отопления предпочтительней для теплового насоса мы рассмотрим ниже.
Начнем с низкопотенциального контура. Самый оптимальный и универсальный (не рассматриваем индивидуальные случаи такие как наличие по соседству сточных вод промышленного характера, а так же различные теплые водные источники) способ изъятия низкопотенциального тепла — это обустройство геотермальных зондов, а при условии наличия необходимого количества грунтовых вод — ее циркуляцию чаще всего из скважины в скважину. Обусловленно это простыми причинами. Суровый климат оставляет единственное место с большим энергетическим запасом — грунт — температура около +5С. Ни воздух, ни поверхностный грунт, ни мелкие водоемы и реки не дают такую стабильно высокую температуру в достаточном количестве в течении всего отопительного сезона , какую в состоянии дать толща земли под ногами. К тому же стоимость обустройства поверхностного грунтового теплообменника соизмерима со стоимостью бурения скважин под геозонды низкопотенциального контура, при этом требуется значительно меньшая площадь, на которую накладываются ограничения по посадкам,строительству и затенению. В отличии от средней и даже северной части Европы омываемой теплым Гольфстримом в центральной части России температура грунта не более +5С, в то время как средняя температура грунта в странах Европы +10 — 15С, причем в первой половине отопительного периода, который итак существенно меньше чем в России, температура грунта у поверхности еще выше — +13-18С, что обусловленно летним накоплением энергии Таким образом, для центральной части России оптимальным решением (и практически всегда возможным — отсюда и универсальность) обустройства низкопотенциального контура является бурение скважин с дальнейшим размещением в них геозондов из полимерных труб , либо как уже отмечалось организация циркуляции грунтовых вод (из скважины в скважину) при наличии технической возможности, а так же экономической целесообразности.
Высокопотенциальный контур. Универсальным и вполне эффективным способом обустройства отопительного контура является — теплый пол. Такой способ обустройства высокопотенциального контура позволяет снизить температуру теплоносителя до 32-38С, что значительно ниже в сравнении с системой отопления на радиаторах. Менее универсальный и известный способ — обустройство «теплых стен». Такой способ более эффективен, чем «теплый пол» и позволяет снизить температуру теплоносителя до 26-30С, за счет большей площади поверхности. Так же возможно изготовление комбинированных систем: «теплый пол» + «радиаторы», что эффективнее просто «теплого пола» и самой эффективной «теплые стены» + «теплый пол», что позволяет снизить температуру теплоносителя до 23-26С. Однако, такие способы обустройства отопительного контура требуют хорошей изоляции дома. Теплоотдача дома не должна превышать 40Вт/м2, а желательно быть и ниже. Теплоотдача прямо пропорциональна разности температур внутри помещения (т. е. в доме) и снаружи (т. е. на улице) и обратно пропорциональна теплопроводности ограждающих конструкций (стены, кровля, пол). Таким образом, требования к теплоизоляции должны быть существенно выше, чем предъявляются к аналогичным проектам в Европе, поскольку средняя температура снаружи в отопительный период у нас существенно ниже, да и сам период значительно больше.
Итак, что можно получить на практике в случае правильно обустроенных контуров (высокопотенциального и низкопотенциального). Вполне реальным будет среднегодовой коэффициент трансформации COP 4 - 4,5. То есть на один затраченный киловатт электричества можно получить до 4 — 4,5 кВт тепла. В редких случаях можно получить до 5,2 кВт тепла ( соответственно COP будет 5,2), что требует высокого профессионализма как в расчетах, так и в исполнении.