Статьи по тепловым насосам

Тепловые насосы: все, что нужно знать об этом оборудовании

Одним из самых популярных видов оборудования на рынке климатической техники России и СНГ являются тепловые насосы. Их предпочитают использовать многие покупатели, желающие создать эффективную систему охлаждения и обогрева своих домов и офисов, однако очень немногие хорошо себе представляют принципы работы этой техники и зачастую даже не осведомлены, в каких ситуациях ее лучше использовать. А тем временем основных вопросов, касающихся работы теплонасосных установок, несколько, и разобраться в них будет несложно даже новичкам.

Что такое тепловые насосы?

К этой категории оборудования относится техника, которая способна утилизировать тепло, получаемое из окружающей среды, при помощи компрессора увеличивать до заданного уровня температуру теплоносителя и затем передавать тепло в определенное помещение. При этом тепловые насосы могут извлекать тепло из любых носителей, буквально «выкачивая» его из окружающей среды. Таким образом насосы способны работать с:

Технические характеристики работы насоса

В целом, теплонасосная установка в отличие от других видов климатического оборудования затрачивает минимальное количество электроэнергии в процессе своей работы. В среднем ей нужно потратить только 1 кВт энергии, и этого будет достаточно для производства 3-6 кВт тепла. Другими словами, используя мощность 2-3 обычных лампочек, зимой можно эффективно обогреть жилое помещение средних размеров. Летом эта же мощность может расходоваться на то, чтобы помещение охладить: в этом случае тепловой насос будет поглощать теплоту из воздуха, находящегося в комнате, и выводить его в атмосферу, в землю или в воду, создавая прохладу в любой комнате.

Какими бывают тепловые насосы?

В продаже широко представлено оборудование, которое можно использовать в различных сферах, включая:


Разумеется, теплонасосные установки для разных помещений имеют разные характеристики и могут даже различаться габаритами. При этом насосы имеют различную тепловую мощность (от нескольких кВт и до сотен мегаВт), а также могут работать с разными источниками тепла,независимо от их агрегатных состояний (твердыми, жидкими или газообразными). Учитывая особенности работы такого оборудования, теплонасосные установки делятся на такие типы:


Также на рынке представлены тепловые насосы, которые специально разработаны для работы с низкопотенциальным теплом. Источники такого тепла могут иметь даже отрицательную температуру, а тепловой насос в этом случае служит приемником высокопотенциального тепла, принимающего даже очень высокую температуру (более 1 тыс. градусов). В целом, по тому, с какой температурой установка работает, она подразделяется на:


Еще один параметр, по которому различают теплонасосные установки, связан с их техническим устройством. По этому показателю оборудование делится на такие типы, как:


Как правило, все тепловые насосы, независимо от их разновидности, работают с электрической энергией, однако в определенных случаях их можно переключить и на другие виды энергии, используя разнообразное топливо. По специфике этого топлива и работы самого оборудования теплонасосные установки подразделяются на такие разновидности:


Также встречаются и другие виды такого оборудования. При этом, как правило, тепловые насосы любого типа выпускаются серийно, однако отдельные уникальные установки могут изготавливаться по эксклюзивным проектам. Также можно найти экспериментальные тепловые насосы, множество еще не претворенных в жизнь чертежей и опытно-промышленные образцы такой техники, которые тоже могут быть использованы в каком-либо специальном помещении.

Все теплонасосные установки можно объединять в единую систему. Это необходимо, если на одном объекте работает несколько единиц такого оборудования, производящих как тепло, так и холод. Объединение их воедино только увеличит их эффективность, и на средних или крупных объектах рекомендуют сразу планировать создание подобного комплексного оборудования.

 

Что такое кольцевые системы кондиционирования?

Такая система комплектуется на основе тепловых насосов разных типов, хотя обычно для этих целей используется установка типа воздух-воздух. Тепловой насос в этом случае служит, как кондиционер: он устанавливается непосредственно в охлаждаемом помещении, а мощность такой техники подбирается в соответствии с рядом параметров. Среди них:

 


Установки, предназначенные для кондиционирования воздуха, всегда являются реверсивными – они одновременно и охлаждают, и выделяют тепло. Связывает их общий водяной контур – трубопровод, по которому циркулирует вода, являясь как источником, так и приемником тепла. В итоге температура внутри контура может колебаться в пределах 18-32 градусов, и именно через него между тепловыми насосами, нагревающими воздух, и между оборудованием, охлаждающим его, происходит обмен теплом. Если в разных помещениях нужно создать климат с разными характеристиками, тепловые насосы просто переносят тепло из комнат, которые имеют его избыток, в помещения, где тепла не хватает. Это позволяет создать кольцевой обмен теплом между различными зонами, и такая система является очень эффективной и экономичной. 

При этом кольцевые системы могут иметь в своем составе не только кондиционирующее оборудование, но и другие установки. В частности, такие приборы могут утилизировать бросовое тепло. Это требуется там, где имеются довольно большие потребности в тепле, например:


В любой ситуации кольцевая система позволяет использовать тепло многократно и отправлять его на нужды абсолютно всех потребителей, находящих в здании, и именно в этом заключается ее уникальность, ведь традиционные рекуператоры и регенераторы на такое не способны
. Более того, такая система более эффективно утилизирует тепло, поскольку ее работа никак не зависит от температуры воздуха, который забирается приточной вентиляцией, и от заданной температуры воздуха, который поступает в помещения. 


Летом кольцевая система, работающая на основе теплонасосной установки типа вода-вода, способна эффективно удалять излишки тепла из водяного контура, утилизируя их через потребителей: избыточное тепло подается в систему горячего водоснабжения, и его обычно достаточно для того, чтобы удовлетворить все потребности обитателей любого помещения в горячей воде. Особенно эффективной такая система будет на объектах с несколькими плавательными бассейнами (дома отдыха, отели, оздоровительные центры) – с ее помощью нагревать воду в бассейнах можно будет очень быстро и без лишних затрат.

 

Сочетается ли кольцевая система с другими системами оборудования?

Безусловно, да, и прежде всего она должна быть согласована с системой вентиляции. Последнюю, в частности, нужно разрабатывать с учетом всех характеристик теплонасосного оборудования, которое будет кондиционировать воздух. В частности, вентиляционной системе необходимо обязательно обеспечить рециркуляцию воздуха в объемах, необходимых для стабильной работы насоса, эффективной утилизации тепла и поддержания в помещении заданной температуры. Этому правилу нужно следовать на всех объектах, за исключением некоторых, в которых рециркуляция нежелательна – например, в плавательных бассейнах или на кухнях. 

При этом плюсом согласования кольцевой системы с системой вентиляции является то, что последняя в этом случае может быть построена по более простой схеме, которая обойдется потребителю дешевле. При этом тепловой насос будет охлаждать воздух непосредственно там, где это понадобится. Это избавит потребителя от необходимости транспортировать его по длинным теплоизолированным воздуховодам и будет выгодно отличать такую систему от распространенного ныне централизованного кондиционирования.

Кроме того, кольцевые системы могут координироваться с отопительными, а иногда даже полностью брать на себя их функции. В таких ситуациях система отопления, построенная на базе теплового насоса, становится менее мощной и более простой с точки зрения своего оборудования. Это делает ее особенно эффективной в холодном климате, где для отопления требуется больше тепла, получаемого из высокопотенциальных источников. Более того, кольцевая система способна серьезно оптимизировать работу всего оборудования в помещении. Работающие отдельно системы кондиционирования и отопления могут друг другу серьезно мешать, особенно тогда, когда не требуется и та, и другая. Кольцевая же система полностью исключает такую ситуацию, поскольку она всегда эффективно работает, основываясь на фактическом состоянии микроклимата, созданного в каждом конкретном помещении. При этом на предприятии такое оборудование может охлаждать и нагревать не только воздух, но еще и воду, и этот процесс не потребует лишних затрат энергии – он будет включен в баланс всего теплоснабжения в целом.

И, конечно же, в любой из этих ситуаций кольцевая система продемонстрирует великолепную экономичность. В традиционных системах тепло используется лишь частично и быстро уходит в атмосферу, если отопление работает параллельно с вентиляцией, однако кольцевая решает эту проблему комплексно, делая утилизацию тепла более эффективной и существенно сокращая его потери.

 

Как управлять теплонасосными системами?

Как правило, это оборудование не требует установки дорогостоящих средств автоматизированного управления, и это является еще одной «статьей» для экономии на нем. Удобная автоматизация здесь предельно проста и сводится только лишь к поддержанию заданной температуры воды, находящейся в контуре. Для этого система просто вовремя включает дополнительный нагреватель, чтобы вода не охладилась более, чем положено, или же задействует градирню, чтобы она не нагрелась сильнее, чем нужно. И этого обычно бывает достаточно для поддержания идеального климата.

Реализовать автоматическое управление в этой ситуации можно при помощи всего нескольких термостатов. Более того, для этого не понадобится даже точной регулирующей арматуры! Температура воды в контуре кольцевой системы может меняться в широком диапазоне, не требуя никаких дополнительных средств для этого. 

Кроме того, отдельная система автоматики регулирует и процесс передачи тепла тепловым насосом к потребителю. Она встраивается в само оборудование, и одним из основных элементов системы можно считать термостат (датчик температуры), который устанавливается непосредственно в помещении. Его одного бывает достаточно, чтобы полноценно управлять работой теплонасосной установки. При этом сам насос способен обеспечить все необходимые характеристики температуры воздуха в помещении без установки в системе вентиляции регулирующих заслонок, а в системе отопления – регулирующей арматуры. Это позволяет еще сильнее уменьшить стоимость кольцевой системы и увеличить надежность всех инженерных коммуникаций здания в целом.

Вообще сложная система автоматизированного управления может понадобиться только на крупных объектах, где установлено множество тепловых насосов различных типов, предназначенных для кондиционирования воздуха, обеспечения технологических процессов и утилизации тепла. И в таких ситуациях монтаж этой системы имеет смысл, ведь она позволяет оптимизировать работу каждой единицы оборудования. Однако монтируя ее, следует учитывать, что на эксплуатацию кольцевой системы влияет целый ряд факторов, с которыми должна «считаться» даже автоматика. Среди них:

Существуют ли успешные примеры использования кольцевых систем?

Таких примеров достаточно много, однако «хрестоматийными» можно считать следующие два.

Первый – реконструкция общеобразовательной школы № 2 в г. Усть-Лабинске. В этом здании были соблюдены все строжайшие санитарные требования, чтобы добиться максимального комфорта для детей, которые будут учиться в этом заведении. В соответствии с этими требованиями там была установлена особая климатическая система, которая способна посезонно контролировать температуру, влажность и приток свежего воздуха. При этом инженеры сделали все возможное, чтобы в каждом классе был индивидуальный контроль за микроклиматом, и справиться с обеспечением такого контроля могла только кольцевая система. Она позволила:.


Система была собрана более чем из 50 тепловых насосов марки Climatemaster (США) и одной градирни. Дополнительное тепло она получает из теплоцентрали, а управляет ею автоматика, которая самостоятельно поддерживает комфортные условия для обучения детей и при этом работает максимально экономично. Именно благодаря ей эксплуатация кольцевой системы даже в самое суровое зимнее время позволила снизить ежемесячные затраты на отопление до 9,8 тыс. рублей: до модернизации системы каждый месяц школа тратила 18 тыс. 440 рублей на обогрев 2,5 тыс. кв. м. И это при том, что после модернизации дополнительно увеличилась отапливаемая площадь школы, которая составила 3 тыс. кв. м. 

Второй проект был реализован в коттеджных поселках Подмосковья.Проблемы строительства таких поселков часто были обусловлены тем, что инфраструктура на этих территориях не позволяла строить новые дома, поскольку ни водопроводы, ни электрические сети, ни трансформаторные подстанции попросту не справлялись с выросшими нагрузками. При этом на старых подстанциях постоянно случались перебои с подачей энергии, обрывы старых проводов, различные аварии, поэтому в поселках, расположенных на таких территориях, нужно было сразу заботиться об автономном энергоснабжении. 

Соответственно, инженерам нужно было создать проект, который позволял бы обеспечивать двухэтажный коттедж, имеющий несколько комнат электричеством и теплом. Стандартная площадь такого дома составила 200 кв. м, а подведены к нему были только электричество и артезианская вода, других коммуникаций не было.

Первый шаг инженеры сделали в направлении энергоэффективности – в коттедже были установлены солнечные батареи, а за домом были установлены фотоэлектрические модули, также работающие от энергии солнца и имеющие мощность в 3,5 кВт.Этой мощности было достаточно для подпитки аккумуляторных батарей, которые впоследствии питали сам дом и его систему отопления. Соответственно, электроэнергия для семьи, проживающей в таком коттедже, была бесплатной, а это значит, что из семейного бюджета расходы на нее можно было вычеркнуть. В итоге затраты на установку батарей должны окупиться менее, чем за 10 лет, и после этого никаких средств выделять будет не нужно.

Для отопления же коттеджа использовалась геотермальная теплонасосная установка, основанная на насосе типа вода-вода. Он был предназначен не только для обогрева помещений при помощи радиаторных батарей, но и для производства горячей воды. Контур, который поставляет к насосу низкопотенциальное тепло, – то есть обычную полиэтиленовую трубу длиной 800 м и диаметром 32 мм, – проложили на самом участке (на глубине 2 метра). На установку такой системы (электроснабжение + отопление) было затрачено 40 тыс. долларов, и, учитывая, что в будущем хозяину не придется тратиться на оплату коммунальных услуг, поставляемых централизовано, он от этого только выиграл.

 

Где можно применять кольцевые системы?

В целом, все примеры демонстрируют, что подобные теплонасосные установки могут быть смонтированы на самых разных объектах. Среди основных можно выделить:


При этом в любом варианте гибкая кольцевая система может быть легко подстроена под нужды конкретного помещения и смонтирована в величайшем многообразии вариантов. 

Чтобы установить ее, инженерам понадобится учесть ряд нюансов:


После этого самые лучшие источники тепла будут использованы в самой системе, а общая мощность тепловых насосов при этом должна быть настроена так, чтобы не быть избыточной. 

В целом же, идеальным вариантом для любого объекта специалисты считают установку теплонасосного оборудования, которые используют окружающую среду и в качестве источника тепла, и в качестве его приемника. При этом всю систему следует сбалансировать по теплу, независимо от мощностей источников и приемников тепла – они могут быть разными, ведь их соотношение изменяется, когда меняются условия работы системы. Однако они должны быть согласованы друг с другом.

Если эти параметры учтены верно, кольцевая система будет эффективно работать и на обогрев, и на охлаждение, утилизируя все «лишнее» тепло. А использование одной такой системы вместо нескольких позволит не только создать идеальный климат в помещении, но и будет очень эффективным и выгодным и с точки зрения капитальных, и с точки зрения эксплуатационных затрат.

Сколько стоит тепло?

Мы знаем, что все, кто к нам обращаются, рассматривают и другие системы отопления. Существует множество мнений об экономичности каждой в отдельности. На мой взгляд, самое главное, когда мы говорим об экономии, цифры. Для этого, мы подготовили расчет стоимости 1 кВт тепла, полученного разными источниками.

Методика расчета

В расчетах мы использовали следующие величины:

  1. Средний КПД котла. Сразу хочу уточнить, что параметр сложный, поэтому будут взяты примерные значения.
  2. Удельная теплота сгорания. Материалы взяты из источника: «Физическая энциклопедия». Под ред. А. М. Прохорова. т.5. — М.:Большая Российская энциклопедия, 1998. — стр. 81. и других табличных данных.
  3. Средняя рыночная стоимость единицы теплоносителя.

Расход на отопление электрическим котлом

В принципе, здесь всё достаточно просто, так как достаточно учесть только 1 и 3 пункты. В итоге:

<КПД>= 0,9 (90%)

Цена электричества на момент написания статьи, в среднем, 3,1 руб/кВт

Стоимость 1 кВт тепла = 3,1 руб / 0,9 = 3,44 руб!

Расход на отопление дизельным котлом

<КПД> = 0,85 (85%)

Удельная теплота сгорания — 42,7 МДж/кг = 11,9 кВт/кг = 10,0 кВт/л (с учетом плотности 0,84 кг/л)

Цена дизельного топлива на момент написания статьи — 30,3 руб/л

Стоимость 1 кВт тепла = 30,3 руб / 10,0 кВт/л / 0,85 = 3,56 руб

Будьте внимательны! Это даже дороже электрического котла, но всё будет зависеть от стоимость электроэнергии. В некоторых районах она доходит до 6 рублей.

Расход на отопление газовым котлом

<КПД> = 0,87 (87%)

Удельная теплота сгорания — 38,2 МДж/м3 = 10,6 кВт/м3

Цена магистрального газа на момент написания статьи — 4,0 руб/л

Стоимость 1 кВт тепла = 4 руб / 10,6 кВт/л / 0,87 = 0,43 руб

Расход на отопление сжиженным газом (с газгольдером)

<КПД> = 0,87 (87%)

Удельная теплота сгорания — 46,8 = 13 кВт/кг = 7 кВт/л (с учетом плотности 0,54 кг/л)

Цена сжиженного газа с учетом доставки и заправки на момент написания статьи — 17,0 руб/л

Стоимость 1 кВт тепла = 17 руб / 7 кВт/л / 0,87 = 2,8 руб

Представляю как на меня могут ополчиться владельцы и производители газгольдеров, после того, как я скажу, что они не только опасны, но ещё и не намного выгоднее даже электрокотлов или дизельных котлов! Тем не менее, из песни слов не выкинешь!

Расход на отопление пеллетным котлом

<КПД> = 0,8 (80%) Нет у нас хороших пеллетов с высокими КПД

Удельная теплота сгорания — 5 кВт/кг (данные сильно различаются. Это почти максимальное значение)

Цена пеллетов с учетом оптовой скидки и доставки на момент написания статьи — 5,5 руб/кг

Стоимость 1 кВт тепла = 5,5 руб / 5 кВт/л / 0,8 = 1,4 руб

Расход на отопление тепловым насосом

<КПД> Это не именно КПД, но для простоты возьмет КОП теплового насоса BROSK = 3,9

Цена электричества на момент написания статьи, в среднем, 3,1 руб/кВт

Стоимость 1 кВт тепла = 3,1 руб / 3,9 = 0,8 руб

Расчеты по древесным котлам, угольным, торфяным и другим, ввиду большого разброса цен на теплоноситель, включены не были!

Давайте теперь посмотрим какая система отопления выгоднее:

Наиболее выгодная система отопления до сих пор — это магистральный газ!

Самым абсурдным (извините за прямоту) вложением денег, на мой взгляд, является газгольдер! Выгода сомнительна, риски детонации, и высокие первоначальные вложения (около 300 000 руб).

Из неэкономичных систем отопления интереснее электрокотел, если позволяют выделенные электические мощности!

Пеллетный котел и тепловой насос — совершенно разные системы, рассчитанные на разного покупателя.

Пеллетный котел — дешевле где-то вдвое, но и по экономии вдвое слабее. Обладает определенной автономностью от централизованных систем, но требует регулярной чистки и неспособен поддерживать тепло более 3х дней без участия в этом владельца.

Тепловой насос — самый экономичный, экологичный, простой в обслуживании, но требует самых высоких первоначальных вложений. Дальше решать вам.

Принципы работы тепловых насосов

В обычных условиях, тепло движется от более высокой температуры к более низкой. Однако, тепловые насосы способны заставить двигаться тепло в обратном направлении, используя при этом сравнительно небольшое количество энергии (электроэнергии, топлива, или избыточного тепла). Таким образом, тепловые насосы способны передавать тепло от природных источников тепла (воздуха, земли или воды) или от техногенных источников тепла, (промышленные и бытовые отходы, здания или производственные процессы). Также, тепловые насосы могут использоваться для охлаждения. В этом случае тепло переносится в противоположном направлении: от охлаждаемого источника, к нагреваемому приемнику. Иногда избыток тепла, образовавшийся от охлаждения, одновременно используется для отопления. Классический пример последнего — обогрев бассейна теплом, отбираемым от охлаждаемого дома.

Принцип переноса энергии тепловым насосом

Для переноса тепла от теплоисточников к приемникам, тепловому насосу необходима внешняя энергия. Теоретически, общее количество тепловой энергии, поставляемой тепловым насосом, равно энергии тепла, извлекаемой из теплоисточника, плюс сумма энергии затраченной на работу теплового насоса. Тепловые насосы с электроприводом, используемые для теплоснабжения зданий, как правило, выдают 100 кВт тепловой энергии используя при этом всего 20-40 кВт/ч (КОП 2,5 — 5) электроэнергии. Некоторые промышленные тепловые насосы могут достигать еще более высокой производительности, и поставлять такое же количество тепла используя всего 3-10 кВт/ч (КОП 10-30) электроэнергии.

Тепловые насосы и экология

Поскольку тепловые насосы потребляют меньше первичной энергии, чем традиционные системы отопления, они занимают передовые позиции среди технологий сокращения выбросов газов, которые наносят вред окружающей среде. Таких газов, как двуокись углерода (CO2), диоксид серы (SO2) и окиси азота (NOx). Однако воздействие электрических тепловых насосов на окружающую среду в значительной степени зависит от того, какую электроэнергию они используют. Тепловые насосы, использующие электроэнергию, например, гидроэлектростанций или возобновляемых источников энергии более существенно сокращают выбросы, чем, насосы использующие электроэнергию вырабатываемую при использовании угля, нефти или газовых электростанций.

Два основных типа тепловых насосов

Почти все тепловые насосы, использующиеся в настоящее время, функционируют либо на основе принципа компрессии пара, либо на основе абсорбционного цикла.

Теоретически, теплопередача может быть осуществлена при помощи других термодинамических циклов и процессов. Они включают в себя цикл Стирлинга и цикл Валмиера, однофазные циклы (например, из воздуха или инертных газов CO2), сорбцию паров, гибридные системы (в частности, сочетание принципа компрессии пара и абсорбционного цикла) и электромагнитные и акустические процессы. Некоторые из данных технологий только выходят на рынок или достигли технической зрелости, а другие могут стать технологиями будущего.

Компрессионный тепловой насос

Подавляющее большинство тепловых насосов для функционирования используют процесс сжатия пара. Основными составляющими такого теплового насоса являются компрессор, расширительный клапан и два теплообменника называемые испаритель и конденсатор. Данные компоненты соединяются и образуют замкнутый контур, как показано на рисунке. Летучие жидкости, используемые в качестве рабочей жидкости (хладагенты), циркулируют по данной системе.

comprhp

В испарителе рабочая жидкость имеет температуру ниже температуры источника тепла, за счет этого происходит движение тепла от теплоисточника, при этом рабочая жидкость испаряется. Получаемый пар, на выходе из испарителя сжимается в газ высокого давления, что приводит к увеличению температуры газа. А затем горячий пар поступает в конденсатор, где он конденсируется и отдает полезное тепло. Наконец, рабочая жидкость под высоким давлением проходит через расширительный клапан, который действует как клапан перепада давления. Рабочая жидкость возвращается в исходное состояние, и снова попадает в испаритель. Компрессор обычно приводится в действие электродвигателем, реже двигателем внутреннего сгорания.

Виды компрессионных тепловых насосов

  • Электродвигатель приводит в движение компрессор с незначительными потерями энергии. Общая энергетическая эффективность теплового насоса сильно зависит от эффективности, с которой он потребляет электричество.
  • Когда компрессор приводится в движение бензиновым или дизельным двигателем тепло от охлаждения воды и выхлопных газов используется в дополнение к теплу вырабатываемому в конденсаторе.
  • Промышленные тепловые насосы компрессионного типа, часто используют рабочие жидкости в открытом цикле. Эти тепловые насосы, как правило, называют рекомпрессорами механических паров;

Абсорбционный тепловой насос

Абсорбционные системы используют способность жидкости и солей поглощать пары рабочей жидкости. Наиболее распространенными источниками рабочего пара для абсорбционных систем являются:

  • вода (рабочая жидкость) и литий бромид (абсорбент);
  • аммиак (рабочая жидкость) и вода (абсорбент).

Abs

В абсорбционных системах, сжатие рабочей жидкости достигается за счет нагревания под давлением в системе, которая состоит из поглотителя, насоса, генератора и расширительного клапана, как показано на схеме. Пар низкого давления на выходе из испарителя поглощается абсорбентом. В результате этого процесса генерируется тепло. Раствор с помощью насоса перекачивается под давлением и попадает в генератор, где выкипает при высокой температуре. Рабочая жидкость (пар) конденсируются в конденсаторе, в то время как абсорбент возвращается в поглотитель исходное состояние по расширительному клапану.

Тепло извлекается из источника тепла в испарителе. Полезный выход тепла осуществляется при выравнивании температур в конденсаторе и в поглотителе. В генератор высокотемпературное тепло поступает, чтобы запустить процесс. Для работы насоса, перекачивающего жидкость необходимо небольшое количество электроэнергии.

Спасибо, что верите в тепловые насосы российского производства!

СОБСТВЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ НА СВОЕЙ ЗЕМЛЕ

СОБСТВЕННЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ НА СВОЕЙ ЗЕМЛЕ
Только представьте ваш дом отапливается энергией земли. Не нужно устанавливать дымоходы, котлы, проводить в дом газ, нет необходимости покупать кондиционеры на охлаждение дома летом.
ПРИМЕНЕНИЕ ГЕОТЕРМАЛЬНЫХ ИСТОЧНИКОВ:
1. Энергосберегающие системы отопления. Геотермальный источник обеспечивает энергией бесплатно до 80 % от потребностей в тепле
2. Энергосберегающие системы кондиционирования. Геотермальный источник обеспечивает бесплатно до 95 % от потребности в кондиционировании
ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ:
1. Системы частного домовладения. Режим отопления, ГВС, кондиционирования
(частные дома )
2. Коммерческое использование систем отопления, ГВС, кондиционирования (АЗС, Нефтебазы, Дата- центры, Бюджетные организации, офисные здания, коммерческие здания, экологические базы отдыха, магазины, производства )
При выполнении этих работ мы используем малогабаритную буровую технику, которая позволяет осуществлять работы на благоустроенных участках, с минимальным вредом для существующего ландшафта.
Состав работ:
бурение геотермальных скважин глубиной до 80 м;
разработка грунта под устройство коллекторов;
изготовление зондов;
обвязка скважин (зондов)
изготовление коллекторов;
тампонирование скважин;
опрессовка источника
Гарантия до 7 лет
Срок службы источника более 50 лет
БУРЕНИЕ СКВАЖИН НА ТЕПЛО
Одним из способов получения тепла из недр Земли является размещение контура (зонда) теплового насоса в скважине, что позволяет сэкономить до 80% энергии, используемой для отопления и приготовления горячей воды.
Геотермальное бурение скважин проводят для последующей установки геотермального зонда и теплового насоса. Система отопления на основе теплового насоса может обеспечить теплом как частные дома, так и предприятия и фермы. При этом предварительно специалисты оценивают геологический разрез в районе объекта для определения количества необходимых скважин. Скважина подбирается такой глубины, чтобы максимально обеспечить объект теплом и в тоже время подобрать оптимальный тепловой насос.
После того, как скважины пробурены, в скважины опускают геотермальный зонд, соединенный специальным трубопроводом с насосной станцией в помещении.
Буровые установки позволяют бурить скважины диаметром до 200мм при индивидуальном заказе до 350мм и глубиной до 100м. Бурение скважины глубиной до 60м займет до 1 дня. От заключения договора до начала бурения скважины - от 3-х дней ( в зависимости от занятости буровой техники и персонала.)
ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ:
Незамерзающая жидкость (смесь гликоля или спирта и воды), получившая тепло из скважины, передается из трубопровода и направляется в тепловой насос, где температура ее понижается, а отдаваемое тепло используется для отопления здания и приготовления горячей воды. Затем охлажденная жидкость возвращается обратно, где вновь забирает тепло

Тепловой насос: сплошные преимущества!

Тепловой насос: сплошные преимущества!

Тепловые насосы считаются универсальным видом оборудования. Их основными составляющими являются кондиционер, источник горячего водоснабжения и отопительный котел, и на базе такого оборудования насосы дают своим владельцам уникальную возможность отапливать помещения и нагревать воду при помощи возобновляемой низкотемпературной энергии окружающей среды. При этом тепловой насос может «выкачать» из различных источников до 80% тепла, используя рассеянную солнечную энергию.

Помимо уникальной технологии работы, тепловые насосы обладают целым рядом важных преимуществ. И увидеть их могут даже те, кто не слишком хорошо разбирается в этом оборудовании.

 

Преимущество № 1: прекрасная эргономика

Режим работы теплового насоса максимально прост. Перенося рассеянное тепло из внешней среды, эта техника обогревает любое помещение, и это является просто уникальной возможностью быстро получить нужную температуру, не допустив при этом каких-либо высоких затрат. КПД от работы насоса в такой ситуации намного превзойдет 100%, и зачастую этот показатель достигает 300-800%.

Еще один важный аспект – тепловой насос может использовать любой теплоноситель. Это может быть рассол или вода, которым достаточно нескольких градусов тепла из окружающей среды: пройдя через теплообменник (испаритель), теплоноситель отдаст максимум тепла, которое будет очень экономичным.

При этом конструкция теплового насоса очень проста. Он состоит из:

  •     Теплообменника (испарителя), который принимает теплоноситель и отдает тепло.
  •     Внутреннего контура, заполненного хладагентом, который принимает тепло: в этот момент хладагент, имеющий низкую температуру кипения, соприкасается с испарителем и меняет свое состояние с жидкого на газообразное (давление при этом очень низкое, а температура не превышает 5 градусов).
  •     Компрессора, в который поступает газообразный хладагент, впоследствии сжимающийся (давление при этом становится высоким, а температура также повышается).
  •     Второго теплообменника (конденсатора), в котором происходит теплообмен между теплоносителем и горячим газом: хладагент поставляет свое тепло в отопительную систему дома, снова охлаждается и меняет состояние с газообразного на жидкое; нагретый же теплоноситель тем временем поступает к отопительному оборудованию.

 

Основные качества теплового насоса

Среди них также можно выделить сплошные преимущества. Такое оборудование является:

    сверхэкономичным – тепловые насосы потребляют очень мало электроэнергии, что обусловлено упомянутым высоким КПД, позволяя на 1 кВт затраченной энергии получать 3-8 кВт тепла или до 2,5 кВт холода;

    безвредными для здоровья человека – такое оборудование работает по экологически чистым технологиям, создавая максимально благоприятные условия и для людей, находящихся в помещении, и для окружающей среды, причем тепловые насосы дают возможность сохранять невозобновляемые энергоресурсы и защищать экологию разными путями, включая и сокращение выбросов СО2;

    эффективным – теплонасосные установки, работая на низкокипящем веществе и осуществляя обратный термодинамический цикл, забирают низкопотенциальную возобновляемую энергию из окружающей среды, тем самым повышая ее потенциал до очень высокого уровня, который идеален для эффективного теплоснабжения (при этом затрачивается в 1,5-2 раза меньше первичной энергии, нежели при непосредственном сжигании топлива);

    безопасным – в тепловых насосах нет открытого огня, они не выделяют сажи, не имеют выхлопа, не дают запаха солярки, а кроме того, в них исключены разлив мазута и утечка газа (пользователю же при этом не нужно создавать пожароопасных хранилища для дров, угля, солярки или мазута);

   надежным – в теплонасосных установках есть минимум подвижных частей, и каждая имеет высокий ресурс работы, не завися от поставок топочного материала и его качества, причем каждая деталь защищена от перебоев электроэнергии;

    удобным – такой прибор почти не требует обслуживания, бесперебойно служа 15-25 лет;

    комфортным – оборудование работает практически бесшумно, и независимо от погодных условий мультизональный климат-контроль и погодозависимая система автоматики создают максимум комфорта в любом помещении;

   очень гибким – теплонасосные установки можно совмещать с любыми системами отопления, а их превосходный дизайн позволит вписать оборудование в любой интерьер;

    универсальным – тепловой насос может использовать любую энергию – тепловую или электрическую, имея при этом большой диапазон мощности;

    широко используемым – теплонасосные установки можно применять в любых сферах, причем их превосходные преимущества позволяют решать вопросы теплоснабжения даже на объектах, находящихся вдали от любых коммуникаций, включая коттеджные поселки, объекты, расположенные на трассах, фермы и др.

 

Востребованы везде!

Благодаря превосходным качествам тепловые насосы сегодня широко используются во всем мире. Их количество измеряется десятками миллионов единиц, и предпочтение такому оборудованию уже отдали жители Японии, США, Европы.



При этом в каждой стране такое оборудование производится с учетом особенностей местного рынка:

  •     В Японии и США особенно популярными являются теплонасосные установки типа воздух-воздух, которые служат для кондиционирования воздуха летом и отопления зимой. 
  •     В Европе используются тепловые насосы типа вода-вода или вода-воздух, которые эффективно справляются с созданием оптимального уровня температуры в условиях достаточно мягкого климата, среднегодовая наружная температура в котором является плюсовой.


При этом в Европе, а также в некоторых странах Юго-восточной Азии фиксируются высокие цены на топливо, поэтому тепловые насосы для потребителей являются очень выгодными. А целевые государственные программы позволяют эффективно развивать это направление климатического рынка.

Учитывая это, в США такое оборудование выпускают более 60 компаний, а  Японии ежегодно на рынок поставляется свыше 500 тыс. тепловых насосов. В Европе показатели скромнее, но в одной только Германии каждый год в эксплуатацию вводится более 5 тыс. единиц оборудования, а в Швеции только к 2000 году их стало более 110 тыс., причем в этой стране отдают предпочтение крупным теплонасосным установкам, мощность которых составляет 100 мВт и более. Самая мощная установка на 320 мВт работает сегодня в Стокгольме. 

В России тепловые насосы используются иначе. Эта страна отличается суровым климатом, когда средняя температура даже теплой зимой остается отрицательной, и это заставляет пользователей предъявлять достаточно высокие требования к оборудованию такого типа. В частности, россиянам требуется:

  •     более высокая мощность тепловых насосов (от 5 и до 1000 кВт),
  •     решение проблемы теплосъема, поскольку теплоотдача любой среды (воздуха, воды, грунта) ограничена и всегда не достаточно велика,
  •     более ощутимых экономических выгод – в России цена на газ занижена, поэтому экономичность теплонасосных установок здесь не так заметна, а отсутствие культуры экономии электроэнергии и ее бережного потребления только усугубляет проблему,
  •     собственное производство – в России не производят своих тепловых насосов, поскольку государство не разрабатывает целевых программ, способных поддержать этот вид бизнеса.

В то же время потребности в таком оборудовании у россиян стабильно остаются высокими. И в России такое оборудование распределяется так:

  •     насосы мощностью до 10 кВт используются в домах с площадью до 100 кв. м,
  •     оборудование мощностью до 100 кВт служит для отопления больниц, типовых школ и административных зданий,
  •     теплонасосные установки мощность до 1 тыс. кВт предназначены для очень крупных предприятий, на которых необходимо решать задачу возврата тепловых отходов или использовать горячие источники.


В любом случае монтаж таких установок в условиях России стоит как минимум 300 долларов за 1 кВт мощности. Окупается такое оборудование за 2-4 года, однако продолжительность этого срока напрямую зависит от стоимости топлива и особенностей погоды каждого региона.

Впрочем, в будущем перспективы теплонасосных установок в СНГ будут огромными. При вводе в эксплуатацию 100 тыс. единиц такого оборудования с суммарной мощностью до 2 гВт можно будет как минимум на 15 лет обеспечить теплом 10 млн человек. Соответственно, в будущем превосходные преимущества такого оборудования позволят добиться объемов продаж на уровне 500 млн единиц техники ежегодно.

Требования к котельной

Требования к котельной в частном доме: какие нюансы необходимо обязательно учитывать

Требования к котельной в частном доме разработаны не на пустом месте и не для осложнения жизни хозяев. Наоборот, их главная цель – обеспечение всесторонней безопасности и удобства эксплуатации отопительных агрегатов.

Требования к котельной в частном доме
Требования к котельной в частном доме

При возведении частного дома, а точнее, еще на стадии предварительного проектирования, необходимо заранее продумать местонахождение котла отопления. Варианты возможны разные котел может быть установлен на кухне или в коридоре, для него будет отведено отдельное помещение в доме или же для этого будет делаться отдельная пристройка. Какое бы решение ни было принято, обустройство этого помещения должно отвечать определенным требованиям, установленным строительными нормами и правилами.

Проект котельной

Самостоятельно проектировать котельную незачем и браться – это дело специалистов. Учитывая все необходимые параметры, ими составляется проект установки оборудования в том или ином помещении. Если планирующая документация составляется квалифицированными специалистами, то такой проект будет проще согласовать в специализированных организациях.

При составлении проекта котельной учитывается немало критериев
При составлении проекта котельной учитывается немало критериев

Для проектирования необходимо собрать данные, которые предусмотрены общими правилами СНиП 2.04.0887*. Конкретно к таких исходным параметрам относятся:

— мощность отопительного агрегата;

— вид топлива, который будет использован для отопления;

— размер и план помещения, отведенного для установки оборудования;

— общая площадь дома и местонахождение в нем жилых и других помещений;

— общий план первого этажа, на котором будет размещена котельная (при таком ее размещении)

Общий план цокольной части дома с выделенным для котельной помещением
Общий план цокольной части дома с выделенным для котельной помещением

— материал, из которого построен дом и котельная, если она расположена в пристройке – (этот вариант – наиболее желателен для установки котла в частном доме).

Отопительный котел

Все, что касается котельных установок, оговорено в правилах СНиП II-3576, так как для отопления может использоваться, как газовый, так и твердотопливный котел

Газовый котел

Газовые котлы распространены больше прежде всего – потому, что «голубое топливо» если к дому проложена магистраль, обходится значительно дешевле всех других видов теплоносителей. Да и удобств в повседневной эксплуатации – намного больше.

Газовые котлы используются чаще - по причине более дешевого топлива и по удобству в работе
Газовые котлы используются чаще — по причине более дешевого топлива и по удобству в работе
  • Если отопительный агрегат обладает мощностью до 150 кВт, то для него обязательно предусматривается отдельное помещение.  При выборе газового котла, имеющего мощность, которая превышает  150 кВт, согласно правилам, нужно обязательно возвести отдельное строение или пристройку к дому. Эта пристройка может иметь общую стену только с нежилыми помещениями, такими, к примеру, как гараж, кладовая, мастерская или санузел.
  • Для установки агрегата необходимо устроить надежный отдельный фундамент или иметь в котельной надежный и прочный бетонированный пол.
  • В помещение необходимо провести воду для подпитки системы, в которой она периодически нуждается.
  • Кроме поступления воды в помещение, нужно обязательно иметь подведенную трубу канализации, куда, при необходимости, будет сливаться вода из отопительной системы.
  • Учитывая наличие в помещении воды, оно должно быть достаточно хорошо утеплено, чтобы в критической ситуации, при пиковых зимних морозах, не начался процесс замерзания труб.
  • Высота потолков комнаты — котельной должна быть предусмотрена не менее, чем 2,5 ÷ 2,6 метров.
  • Объем помещения, предназначенного для котельной, не должен составлять менее 15 м³.
  • В пристройке необходимо организовать не только электрическое освещение, но и естественное. Расчет последнего производится в зависимости от объема комнаты. Так, для одного кубического метра помещения необходимо остекление размером в 0,03 м²., а значит, для минимальных. 15 м³ площадь окна будет составлять 0,45 м².
  • Стены пристройки должны быть возведены их материала, имеющего по результатам испытаний предел огнестойкости не менее 0,75 часа.  Нулевому значению должен равняться коэффициент распространения пламени по поверхностям от возможного возгорания.
  • Вентиляция и кондиционирование устраивается согласно правилам СНиП 2.04.0591. Главное условие – вентиляция должна составлять не менее трехкратной замены воздуха в помещении за один час.
  • Для этого в установленном окне должна быть устроена форточка, а под входной с улицы дверью оставляется зазор размером в 0,025 м². или же делаетс оядом с ней вентиляционной окошко, забранное сеткой, такой же площади.
  • Котельная, устраиваемая в пристройке, имеющей общую стену с домом, может иметь две двери на улицу, открывающаяся наружу и в помещение дома. Дверь, ведущая в дом, должна быть изготовлена из жаростойкого материала, и иметь высокий класс безопасности от пожара.
  • Если установлен котел, работающий на сжиженном газе, категорически запрещается хранение баллонов с топливом в котельной. Для баллонов устраивают отдельное помещение, откуда проводится магистраль, по которой топливо поступает в отопительный агрегат.

Газовый котел может быть установлен и на кухне, но все равно, как и при установке в котельной, для его монтажа в этом помещении нужно выполнить ряд требований СНиП.


Компактный газовый котел может быть установлен и на кухне
Компактный газовый котел может быть установлен и на кухне
  • Мощность малогабаритного агрегата не должна превышать 30 кВт.
  • Высота потолка в кухонном помещении не может быть менее, чем 2,2 ÷ 2,3 метра.
  • Такой котел подходит для размещения на кухне только в том случае, если ее площадь не менее 15 м².
  • Даже если для котла оборудован коаксиальный дымоход, а сам агрегат оснащен закрытой горелкой, помещение кухни должно быть оборудовано дополнительной принудительной вентиляцией.
  • Котел устанавливается или подвешивается на кронштейны на внешнюю стену здания, которая должна быть выстроена из негорючих материалов или, в крайнем случае, облицована жаростойкой панелью.
  • Площадь окна кухни должна быть равна не менее одной трети площади помещения.

Отопление. Петля Тихельмана

Петля Тихельмана или попутная сисема отопления. Сложности и заблуждения.

Сложность

Дело в том, что 10 радиаторов на этаже — это очень большой дом, и вам нужно будет для себя решить, готовы ли вы к тому, чтобы в таком большом доме, сделать систему отопления самостоятельно. Перед вами будет стоять выбор: или вы делаете попутку, или вы приглашаете специалистов для того, чтобы вам эту попутку сделали, или предложили какое-то другое решение. Большой дом — большие проблемы. Когда у вас в доме на первом этаже 4-5 радиаторов, то с попуткой, как я говорил, затеваться нет смысла, и сделать так, чтобы они работали, вам будет сложно. А когда радиаторов 10, особенно, когда есть полууровни, есть большая разница между мощностями радиаторов, между расстоянием между ними, здесь уже не все так просто, и я бы вам рекомендовал не отваживаться на самостоятельное изготовление этой системы.

Если на этаже планируется 10 радиаторов, то мы рекомендуем не пытаться делать систему самостоятельное

Если вы все-таки решились, то на что вам нужно обратить внимание? Не всегда у вас получается провести трубу по периметру дома. Дело в том, что в доме бывают двери, выходы на балкон, на террасу, в зимний сад, куда угодно, бывают окна в пол, и мы не можем провести трубу мимо этих окон, дверей, и нам нужно возвращать ее обратно тем же путем, откуда пришла подача. Обратка проходит туда же. И у нас есть участки, на которых не две трубы, а три. Иногда петлю Тихельмана называют трехтрубкой. Если у вас нет возможности провести трубы вокруг периметра дома полностью, то с попуткой лучше не связываться, это глупо, она становится дорогая и громоздкая.

Попутка, при всех ее достоинствах, не самая лучшая система, которую можно выбрать для своего дома. Во-первых, она дорогая, и для малого количества радиаторов она совсем не нужна; во-вторых, конструктивно бывает невозможно сделать полноценную попутку вокруг дома.

Заблуждения о попутных системах

Теперь о заблуждениях, которые существуют в отношении попутки у специалистов, и как эти заблуждения переносятся на неспециалистов. Часто задают вопрос — почему в попутке средний радиатор холодный. Ответ однозначный — не бывает в попутке среднего радиатора холодного. По крайней мере, в той попутке, которую вы будете делать в своем доме. Возможно, что условия для того, чтобы средний радиатор был холодный, могут быть созданы, если у вас попутка сильно разветвленная, многоуровневая, и когда между радиаторами существуют участки с разным гидравлическим сопротивлением, у вас радиаторы с очень разной мощностью, и диаметры труб, соответственно, разные.

Радиатор в системе отопления "петля Тихельмана"

Не бывает разных протоков в радиаторах, которые находятся в одной системе на одной статической высоте. У нас есть насос, который создает некое давление. Обозначим его условно цифрой 10. Как только насос включился, после себя он создаст такое давление. Одновременно с этим он перед собой создаст такое же разрежение. Что будет происходить с избыточным давлением? Возле насоса будет 10 единиц, когда давление дойдет до первого радиатора, оно потеряет условно одну единицу на преодоление сопротивления следующего участка. Дальше оно потеряет еще одну единицу, еще, еще и так далее, и на пятом радиаторе будет избыточное давление уже не 9, а 5 единиц. То же самое происходит у нас и с разрежением. Перед самим насосам у нас –10 условных единиц, на преодоление следующего участка у нас уйдет единица, и так далее, и на последнем радиаторе будет всего 5 единиц. Не может быть радиатор холодный средний ни в какой системе, которую вы будете делать у себя одинаковой трубой при приблизительно одинаковых мощностях радиаторов. Все радиаторы в попутке работают одинаково.

Заблуждение в отношении петли Тихельмана

Многие считают, что балансировочные краны на этой системе не нужны на радиаторах. На первый взгляд, все логично. Радиаторы гидравлические, что там балансировать? Но нет. Балансировочные краны ставить надо, и вот почему. Они были бы не нужны, если бы у нас в системе стояли радиаторы одинаковой мощности. И если у вас так получиться, что 10 радиаторов все будут одинаковые, пожалуйста, можете поставить шаровые краны и ни о чем больше не заботиться.

Но в жизни так не бывает. У нас радиаторы, как правило, разной мощности, у нас есть котельная, в которой стоит радиатор 500 ватт, есть спальни, в которой стоит киловаттный радиатор, у нас есть зал, где радиатор может быть мощностью 4 киловатта. Потоки через эти радиаторы будут все разные. Возможно, мы обеспечим проток, который достаточен для маленького радиатора, 500-ватного, то этого протока будет недостаточно для радиатора 4-киловаттного. Протоки-то у нас все одинаковые. Радиаторы на одинаковых гидравлических условных. У них свое разное сопротивление, но оно не оказывает большого влияния.

А если мы настроим объем расхода теплоносителя по большому радиатору, через маленький будет протекать чрезмерный объем теплоносителя, это будет вызывать гидравлические шумы, убрать нам их нечем. На этом этапе обязателен балансировочный кран хотя бы на маленьких радиаторах. Но я рекомендую ставить балансировочники на все радиаторы без исключения.

Легко объяснить почему. У нас с вами в петли все радиаторы в одинаковом гидравлическом режиме, но в разном температурном режиме. Термоголовки будут закрывать по очереди радиаторы, и весь поток от насоса может оказаться направлен в один радиатор. Даже если он самый большой, то поток для него слишком большой, и нам его нечем ограничить, и радиатор будет шуметь. Если он находится в котельной или в зале, это не так страшно, а вот в спальне рядом с шумящим радиатором спать невозможно. Поэтому балансировочники на петле Тихельмана нужны.

Если вы хотите сделать свой загородный дом тёплым и уютным... или отопить любой другой объект... Вы можете оставить заявку на консультацию

P.S. Отопление для Москвы и МО, Калужской области, Тульскойобласти, Рязанской области, Владимирской области, Ярославской области, Тверской области, Смоленской области

Системы на базе тепловых насосов

Системы на базе тепловых насосовИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Источниками энергии для тепловых насосов являются:

1. Земля - является самым большим аккумулятором энергии из всех доступных человечеству. На глубине от 10 метров температура земли положительна и постоянна в течение года (от +5 0С для г Хабаровск)). Забор тепла земли осуществляется через теплообменники, представляющие собой коллекторы пластиковых труб с циркулирующим раствором воды или антифриза. Гарантийный срок службы такого теплообменника составляет 50 лет! Системы с тепловыми насосами и подземными теплообменниками называются геотермальным тепловым насосом.

2. Вода

  -  Грунтовая: имеет постоянную температуру (обычно +7-8 С). Если имеются близлежащие источники достаточного объема - инсталляция экономичнее земляных теплообменников. Обычно применяются один или два колодца.

  -  Стоки: промышленные, канализационные и т.п. Стоки имеют относительно высокую температуру, поэтому тепловые насосы работают с высокой эффективностью. 

  -  Вода из водоемов, рек. Петли труб также могут погружаться на дно. Такая инсталляция одна из самых экономичных.

3. Воздух. Классическими тепловыми насосами, работающими с двумя воздушными средами являются кондиционеры (воздух-воздух). Тепловые насосы (вода-воздух) переносят избыточное тепло из помещения в водяную среду. Таким образом они охлаждают помещения летом или переносят избыточное тепло из одного помещения в другое, осуществляя его обогрев. (Например из цеха пекарни в офисные помещения).


ГЕОТЕРМАЛЬНЫЙ ТЕПЛОВОЙ НАСОС

 

Никогда еще сырье для выработки энергии не было таким дефицитным ресурсом, как в XXI веке. Одна из технологий, позволяющих снизить остроту энергетического кризиса - технология геотермальных тепловых насосов (ГТН). Основана она на использовании энергии Земли, самого большого из доступных человечеству естественных аккумуляторов.

В недрах температура всегда стабильна и составляет около 5-10°С. Таким образом, в Земле сосредоточено колоссальное количество низкопотенциального тепла.

Геотермальный насос при обогреве примерно на 66 - 75% использует возобновляемую солнечную энергию, аккумулированную в земле и на 25-34% - электрическую энергию. Таким образом, он в 3 - 4 раза эффективнее оборудования на электрическом сопротивлении. ГТН также экономичны при работе в режиме охлаждения, т.к. сбрасывают избыточное тепло в землю (относительно холодную среду).

Геотермальный тепловой насос (ГТН) - это система, включающая тепловой насос, грунтовый теплообменник (обычно регистр из пластиковых труб с циркулирующей незамерзающей жидкостью) и контур распределения внутри здания. Такие системы могут иметь дополнительно водонагреватели, увлажнители и другие устройства, обеспечивающие климатические потребности всего помещения.

Системы ГТН обеспечивают полное кондиционирование - обогревают, охлаждают и регулируют влажность. Они также могут снабжать горячей водой. Одна такая установка успешно заменяет печь, водонагревательный котел и кондиционер. ГТН имеют существенные преимущества по сравнению с традиционными системами микроклимата. Область применения ГТН практически не ограничена. Существуют установки, работающие даже в вечной мерзлоте!

На рынке России ГТН - новинка, однако в развитых странах эти устройства производятся и успешно эксплуатируются уже более 30 лет. Правительства этих стран активно поощряют организации и частных пользователей.


ГРУНТОВЫЕ ТЕПЛООБМЕННИКИ

Вы можете использовать энергию, накопленную в земле для отопления и охлаждения.

Для этого применяются различные варианты грунтовых теплообменников. Они используют естественную способность земли накапливать и возобновлять энергию. Температура под землей довольно постоянна в течение года (на глубине от 5 м изменяется в пределах нескольких градусов), поэтому тепловой насос с грунтовым теплообменником практически не зависит от колебаний температуры окружающего воздуха в отличие от воздушных кондиционеров.

Конкретная конфигурация теплообменника выбирается в зависимости от местного климата, типа почвы, требуемых нагрузок на кондиционирование и отопление.

Рассмотрим основные типы грунтовых теплообменников.

Теплообменники закрытой петли.

Петли состоят из замкнутого контура пластмассовых высокопрочных труб, устроенных горизонтально или вертикально. Жидкость, циркулирующая в петлях, обычно содержит антифриз для предотвращения замораживания. Требуется достаточная длина трубопровода, чтобы гарантировать нужную передачу тепловой энергии из земли.

ВЕРТИКАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК (ЗАКРЫТАЯ ПЕТЛЯ).

При данной системе вода/антифриз циркулирует в пластиковых трубах, вставленных в скважины, глубиной 50, 100 м (от 10 до 30 м на кВт мощности). Обычно требуется несколько скважин, расположенных в интервале 3 м с установленными трубами для достижения суммарных требований теплового обмена. Вертикальные системы наиболее подходят при ограниченном пространстве земли, при глубоком уровне подземных вод и при каменистой или скалистой почве. Гарантийный срок службы теплообменника 50 лет.

Преимущества: Требуют меньшую общую длину труб, чем большинство проектов закрытых петель; требует наименьшую энергию насоса из всех систем закрытой петли; требует наименьшей площади поверхности земли; подземная температура обычно не зависит от сезонных колебаний.

Недостатки: требуется оборудование для бурения; расходы на бурение часто выше расходов на горизонтальную траншею

ГОРИЗОНТАЛЬНЫЙ ТЕПЛООБМЕННИК (ЗАКРЫТАЯ ПЕТЛЯ)

Как и в вертикальном теплообменнике вода/антифриз циркулирует по пластиковым трубам, проложенным в земле. В горизонтальной системе трубы находятся в траншеях, глубиной до 3-х метров и длиной от 7,5 до 40 м в зависимости от типа почвы. В траншею может устанавливаться до шести труб, с адекватным интервалом между ними. Трубы могут также быть спиральными, что позволяет сохранить производительность с меньшей траншей. Гарантийный срок службы теплообменника 50 лет.

Преимущества: Установка горизонтальных тепловых обменников стоит меньше, чем вертикальных, т.к. расходы на раскопку траншей обычно ниже, чем на бурение; гибкие варианты установки.

Недостатки: Требуется большая площадь земли и длина труб; несколько менее эффективна по сравнению с вертикальной и открытой системой; температура под землей на небольшой глубине зависит от сезонных колебаний

СИСТЕМА С ВОДОЕМОМ (ЗАКРЫТАЯ ПЕТЛЯ)

Система с водоемом может быть наиболее экономичной при инсталляции и работе. Как и при вертикальной и горизонтальной системах, состоит из закрепленных на дне пластиковых труб с циркулирующей водой/ антифризом. Система использует высокие теплопроводные свойства воды. При этом не требуются скважины или траншеи, что значительно уменьшает расходы на инсталляцию. Также система с водоемом практически не зависит от колебаний температуры окружающего воздуха в отличие от воздушных кондиционеров.

Преимущества: Может потребоваться наименьшая общая длина труб по сравнению с другими проектами закрытой петли; может быть наиболее дешевым проектом, если достаточно воды.

Недостатки: Требуется большой объем воды.

СИСТЕМА С КОЛОДЦАМИ (ОТКРЫТАЯ ПЕТЛЯ).

Эта система забирает воду из водоносного слоя в одном колодце, пропускает через тепловой насос, где отбирается или сбрасывается тепло, затем возвращает обратно в водоносный слой (вода сливается во второй колодец). Температура грунтовой воды постоянна (изменяется обычно в пределах одного градуса) в течение года, независимо от колебаний температуры воздуха. Поэтому тепловой насос будет работать с высокой эффективностью при любых погодных условиях. Эта система идеально подходит в случаях, когда имеются/возможны колодцы.

Преимущества: Простой проект, обычно имеет самую низкую стоимость; меньший объем бурения по сравнению с системами закрытой петли; имеют лучшие термодинамические характеристики, чем системы закрытой петли, т.к. используют доставляемую подземную воду земли с температурой лучше, чем в закрытом теплообменнике; может быть совмещена с питьевым колодцем; более низкие операционные расходы, если вода уже накачивается для других целей, например, для ирригации.

Недостатки: требуется большой поток воды; наличие воды может быть ограничено или не всегда возможно.; оборудование напрямую контактирует с грунтовыми водами на него влияет содержание жидкости (коррозийных веществ, твердых частиц и содержания бактерий); обычно требуется наибольшее количество энергии для накачки воды; могут потребоваться разрешения на скважины или возможны ограничения на использование подземных вод; сброс воды также может быть ограничен; высокие расходы на установку, если требуется другая скважина для возвращения воды.


ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБСЛУЖИВАНИЕ

Система имеет стандартное гарантийное обслуживание от 1 до 5 лет. Устройства ГТН автономны, и требования по техническому обслуживанию ясны и не требуется новых навыков ТО.

Т.к. ГТН обычно не имеет наружных элементов, подвергающиеся различным атмосферным и иным воздействиям (исключения системы с открытой петлей), то ГТН действительно требуют меньшего ТО, чем обычные воздушные кондиционеры. 

Стандартное ТО для водо-воздушных ТН - это замена воздушного фильтра, выполняемая по мере надобности. Не требует особых навыков и сложных манипуляций. 

 В системах с закрытой петлей, подземная петля фактически не требует ТО. Циркуляционный насос требует стандартного ТО, как с любым насосом или системой с мотором, и петля с водой (закрытой системы) должна по режиму проверяться на температуру, давление, течение и концентрацию антифриза. Если нет течей, не требуется никаких дополнительных действий. 

В системах открытой петли, требуемое ТО колодца идентично любому другому водному колодцу. Система должна контролироваться по графику на температуру, давление и течение. Т.к. ТН снабжается подземной водой, теплообменники должны обследоваться на возможные засорения и образования окалины. Главным образом широко известно, что требования к общему ТО, более низкие по сравнению с альтернативными технологиями.

Описание работы теплового насоса

ТЕПЛОВОЙ НАСОС

Тепловой насос - это машина, которая способна перенести тепло из более холодной среды (воздух, земля, вода из подземных пластов, вода из открытых водоемов, вода из общей сети, промышленные стоки) в более горячую (вода, воздух и прочие) с целью отопления или охлаждения

Тепловые насосы переносят, а не вырабатывают энергию. Этим и обусловлена их существенные преимущества по сравнению с традиционными источниками тепла. Тепловые насосы представляют собой устройство для перевода низкотемпературной энергии в высокотемпературную энергию и обратно. 

Передача тепла производится рабочим телом -хладагентом (фреоном) также, как в обычном холодильнике. Электроэнергия, потребляемая тепловым насосом, тратится лишь на перемещение хладагента по системе с помощью компрессора.

Тепловые насосы (ТН) работают, перемещая тепловую энергию, в отличие от печи в которой происходит преобразование химической энергии в процессе горения. Принцип работы теплового насоса основывается на термодинамическом цикле Карно. По такому же принципу работают холодильники и кондиционеры (воздушные тепловые насосы). Охлаждение и обогрев в тепловом насосе обеспечивается компрессионным циклом, т.е. непрерывной циркуляцией, кипением и конденсацией хладагента в замкнутой системе. Кипение хладагента происходит при низком давлении и низкой температуре, а конденсация - при высоком давлении и температуре. В испарителе происходит отбор низкопотенциальной энергии у источника с относительно низкой температурой, а в конденсаторе - выделение "концентрированной" энергии в систему распределения тепла здания.

Эффективность работы ТН определяется соотношением полученной потребителем тепловой энергии к затраченной электрической и носит название коэффициент преобразования (КОП). Основными параметрами, определяющими величину КОП, являются температуры низкопотенциального источника (НИТ) и системы отопления или горячего водоснабжения (ГВС). Так, при tнит = +8°С и tотоп= +65°С КОП = 3, т. е. на один киловатт затраченной электроэнергии потребитель получит 3 кВт тепла, т. е. две единицы тепла получены от НИТ. Необходимо помнить, что при охлаждении воды на 1°С выделяется 1.163 кВт тепла. В качестве НИТ могут использоваться: грунтовые воды, речная, морская вода, вода очистных сооружений, технологические воды промышленности, а также непосредственно воздух и тепло земли.

При повышении температуры НИТ возрастает КОП, который при tнит = +40°С равен 7,8.

Тепловой насос имеет следующие основные элементы : 

1. Компрессор - всасывает парообразный хладагент, поступающий от испарителя при низкой температуре и низком давлении, производит его сжатие, повышая давление и температуру, и направляет затем к конденсатору. В зависимости от условий работы теплового насоса, давление паров хладагента на выходе компрессора может составлять 15-25 атм, а температура 70-90 0C.

2. Конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, который передает тепловую энергию от хладагента окружающей среде. Чаще всего воде или воздуху. Тепловая энергия, передаваемая хладагентом через конденсатор, складывается из: " тепла, поглощенного испарителем холодильного контура, " тепла, вырабатываемого компрессором при сжатии хладагента. Второй рабочей средой конденсатора, помимо хладагента, может служить окружающий воздух (конденсаторы с воздушным охлаждением) или жидкость (конденсаторы с водяным охлаждением).

3. Испаритель служит для охлаждения рабочей среды - воздуха или воды, т.е. забирает энергию у низкопотенциального источника. Соответственно эти теплообменники подразделяются на испарители для охлаждения воды или жидкостей, содержащих антифриз, и для охлаждения воздуха.

4. Вентилятор обеспечивает обдув воздухом конденсатора и испарителя.

5. Регулятор потока служит для дозированной подачи жидкого хладагента из области высокого давления (от конденсатора) в область низкого давления (к испарителю).

6. Четырехходовый (реверсивный) клапан переключает направление потоков хладагента для изменения работы машины с режима обогрева на охлаждение и обратно.


КОМПРЕССИОННЫЙ ЦИКЛ

Принципиальная схема обогрева и охлаждения показана на рисунке

Рисунок - Схема компрессионного цикла теплового насоса

Начнем рассмотрение работы цикла с выхода испарителя (участок 1)- Здесь хладагент находится в парообразном состоянии, с низким давлением и температурой. Парообразный хладагент всасывается компрессором, который повышает его давление до 15-25 атм. и температуру до 70-900С (участок 2-2).

Далее в конденсаторе горячий парообразный хладагент охлаждается и конденсируется, т.е. переходит в жидкую фазу. При этом тепло передается в воду или воздух и идет на обогрев помещений.

На выходе из конденсатора (точка 3) хладагент находится в жидком состоянии при высоком давлении. Затем хладагент в жидкой фазе при высокой температуре и давлении поступает в регулятор потока, где давление смеси резко уменьшается, часть жидкости при этом может испариться, переходя в парообразную фазу.

Таким образом, в испаритель попадает смесь пара и жидкости. (точка 4). Жидкость кипит в испарителе, отбирая тепло от окружающей среды (источника тепла), и вновь переходит в парообразное состояние. Перегретый пар выходит из испарителя (точка 1) и цикл возобновляется.

Таким образом, хладагент постоянно циркулирует по замкнутому кругу, меняя свое агрегатное состояние с жидкого на парообразное и наоборот. В испарителе происходит отбор низкопотенциальной энергии у источника с относительно низкой температурой, а в конденсаторе - выделение "концентрированной" энергии в систему распределения тепла здания.


ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Системы на базе тепловых насосов (ТН) главным образом применяются для систем отопления и воздушного кондиционирования, но также могут использоваться для любого охлаждения.

Решение о применении ТН основано на принципе экономии. Большинство систем обогрева и кондиционирования могут быть спроектированы с использованием ТН.

Системы с тепловыми насосами могут устанавливаться: в коттеджах, административных и промышленных зданиях и т.п.

Данные системы работают в любых климатических зонах, включая даже вечную мерзлоту.

Ниже обозначены лучшие условия применения ТН.

1 Систему с ТН наиболее экономично устанавливать в новом здании. Т.к. технологию относительно легко внедрять, также можно экономично заменить существующую систему при ее износе.

2 В климатах с холодными зимами или жаркими сезонами ТН на водном источнике может работать намного эффективнее, чем воздушные тепловые насосы или другие системы воздушного кондиционирования. ТН также значительно эффективнее других электрических тепловых систем, и в зависимости от стоимости топлива, могут быть экономичнее других систем обогрева.

3 В климатах с высокими перепадами дневных температур, ТН  показывает превосходную эффективность.

4 На территориях, где натуральный газ недоступен или где его стоимость или другого топлива приближается к стоимости электричества, ТН экономически выгодны. Они функционируют с коэффициентом выработки от 3 до 4,5 по сравнению с традиционными - 80 - 90%. Поэтому, когда стоимость электричества (за кВт) менее, чем в 3,5 раза превосходит стоимость традиционного теплового топлива (за кВт), то система с ТН имеет более низкую энергетическую стоимость.

5 В зданиях с многочисленными контролируемыми температурными зонами или при выгодности индивидуальной регулируемой нагрузки, ТН предлагают значительные возможности для индивидуального температурного контроля, т.к. они удачно спроектированы для использования многочисленных унитарных систем.

6 На территориях с невысокими расходами на бурение могут быть особенно привлекательными геотермальные системы с вертикальным грунтовым теплообменником.

7 В местах с высокой влажностью почвы и высоким уровнем грунтовых вод, размер подземной соединенной системы уменьшен, что приводит к общей экономии.

Что хорошего в тепловых насосах

ПРЕИМУЩЕСТВА ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Около 100,000 ГТН функционируют в частном и общественном секторах в США, большинство из этих систем установлены для индивидуальных потребителей.

Опыт применения доказал следующие преимущества систем ГТН по сравнению с традиционными системами отопления и кондиционирования.

1.  Экономичность. Ежегодные расходы на отопление в 4 - 6 раз меньше по сравнению с традиционными котлами и печами. Так, при подводе к тепловому насосу, например, 1 кВт электроэнергии, в зависимости от режима работы и условий эксплуатации, производит до 3 - 4 кВт тепловой энергии. Также они экономичны летом, т.к. сбрасывают тепло в относительно холодную среду (обычно землю). Срок окупаемости оборудования в среднем 2-3 года. Сравнительные экономические расчеты и опыт эксплуатации подтверждают выгодность применения этой технологии

2.   Высокий уровень комфорта. В течение всего года создаются желаемые условия в помещении. Управлять и поддерживать работу ГТН также просто, как при воздушном кондиционере. Достаточно включить установку в сеть и установить нужную температуру на термостате. Оборудование компактно, тихо работает; Установка не нарушает целостность интерьера и концепцию фасада здания, т.к. нет внутреннего и внешнего блока и занимает минимум пространства и о ней станет известно Вашим гостям только, если Вы этого захотите.

3.  Минимальное обслуживание и высокая степень автономности. Работают полностью в автоматическом режиме. Требования по техническому обслуживанию ясны и не требуется новых навыков по техническому обслуживанию. ГТН действительно требуют меньшего технического обслуживания (ТО), чем обычные воздушные кондиционеры.

4.  Надежность. ГТН - технология зрелая и надежная. Тепловые насосы много лет применяются в развитых странах и доказали свою надежность и долговечность на практике. Имеют срок службы до капитального ремонта 10-15 лет.

5.  Безопасность. Данные установки даже высокой мощности имеют высокую степень безопасности, т.к. не связаны с горючими/ взрывоопасными материалами, процессами горения, высокими температурами.

6.  Экологическая чистота. Тепловые насосы работают с возобновляемыми ресурсами, не выделяют вредных веществ в окружающую среду.

Ограничения технологии.

Применение системы ГТН затрудняют относительно высокие первоначальные расходы на систему ГТН - одни из основных барьеров для ее инсталляции. Системы ГТН не относятся к дешевому оборудованию. Начальные затраты на установку этих систем несколько выше стоимости обычных систем отопления и кондиционирования. Цена системы геотермального теплового насоса рассчитывается из условия 300..400 USD за 1кВт тепловой мощности. Стоимость установки подземного теплообменника достаточна высока (особенно с вертикальной петлей, где требуется бурение) и, составляет примерно половину общей стоимости системы ГТН. Однако, если рассматривать эксплуатационные расходы, то первоначальные вложения в геотермальный обогрев, охлаждение и горячее водоснабжение быстро окупаются за счет энергосбережения. Кроме того, необходимо учитывать, что при работе ГТН не требуется никаких дополнительных коммуникаций, кроме бытовой электрической сети.

Тем не менее, эти затруднения вполне решаемы. Для перехода на новую технологию существуют гибкие финансовые схемы: кредитные линии Экспортно-Импортного Банка США, ипотечное кредитование, лизинг оборудования. Кроме того, целый ряд отечественных банков выразили готовность принять участие в программах финансирования геотермальных технологий. Так что при желании стать владельцем геотермальной тепловой машины может практически любой заказчик.

История тепловых насосов

ОПЫТ В РАЗВИТЫХ СТРАНАХ

История тепловых насосов

Патент на технологию тепловых насосов был выдан в 1912 году в Швейцарии. Дальнейшее своё развитие теплонасосные установки получили только в 20-х и 30-х годах XX века, когда в Англии была создана первая установка предназначенная для отопления и горячего водоснабжения с использованием тепла окружающего воздуха. После этого начались работы в США, приведшие к созданию нескольких демонстрационных установок.

Одной из старейших ТН систем можно считать здание Объедененной штаб-квартиры освещения в New Haven, штат Connecticut, которая работает начиная с 1930 года. Первая крупная теплонасосная установка в Европе была введена в действие Цюрихе в 1938-1939 гг. В ней использовались тепло речной воды, ротационный компрессор и хладагент. Она обеспечивала отопление ратуши водой с температурой 60°С при мощности 175 кВт. Имелась система аккумулирования тепла с электронагревателем для покрытия пиковой нагрузки. В летние месяцы установка работала на охлаждение. В период с 1939 по 1945 года было создано ещё 9 подобных установок, с целью сокращения потребления угля в стране. Некоторые из них успешно проработали более 30 лет.

Толчок к развитию системы ТН получили после энергетических кризисов 1973 и 1978 годов. В начале своего развития системы ТН устанавливались в домах высшей ценовой категории, но за счет применения современных технологий тепловые насосы стали доступны многим людям. Они устанавливаются в новых зданиях или заменяют устаревшее оборудование с сохранением или незначительной модификацией прежней отопительной системы.

Применение тепловых насосов в мире

На сегодняшний день тепловой насос является наиболее эффективной энергосберегающей системой отопления и кондиционирования. Тепловые насосы получили широкое распространение в США, Канаде и странах Европейского Сообщества. ТН устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах.

Геотермальный тепловой насос был установлен даже в широко известном небоскребе Нью-Йорка The Empire State Building.

К настоящему времени масштабы внедрения тепловых насосов в мире ошеломляют:

 -  В США ежегодно производится около 1 млн тепловых насосов. При строительстве новых общественных зданий используются исключительно тепловые насосы. Эта норма была закреплена Федеральным законодательством США.

-   В ШВЕЦИИ 50% всего отопления обеспечивают тепловые насосы. В Стокгольме 12% всего отопления города обеспечивается геотермальными тепловыми насосами общей мощностью 320 МВт, использующими как источник тепла … Балтийское море с температурой + 8° С.

-  В ГЕРМАНИИ предусмотрена дотация государства на установку геотермальных тепловых насосов в размере 400 марок за каждый кВт установленной мощности.

-  В МИРЕ по прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году доля тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%

Какие бывают системы отопления

Какие бывают системы отопления

 

Системы отопления в качестве источника нагрева используют газ, геотермальную энергию, дрова, мазут, солнечную энергию, уголь, торф, пеллеты, электричество и пр.

 

Применяемые приборы могут быть лучистыми, конвективно-лучистыми и конвективными.

 

Циркуляция теплоносителя бывает естественной и искусственной.

 

В зависимости от радиуса действия, системы отопления бывают местными и центральными.

 

Они могут как постоянно работать в отопительный период, так и периодически.

 

Гидравлический режим может быть постоянным или изменяемым.

 

Теплоноситель в магистральных трубопроводах может двигаться как попутно, так и тупиково.

 

Водяные системы отопления имеют верхнюю, нижнюю, комбинированную, горизонтальную или вертикальную разводку. С однотрубным или двухтрубным способом присоединения приборов.

 

Однако, как правило, современные системы отопления имеют смешанные признаки.

 

А с развитием современных технологий произошёл и качественный скачок в планировании, производстве, монтаже и управлении отопительными процессами.

 

Системы отопления сегодня — это синтез традиционных подходов и решений и достижений научно-технического прогресса. Плюс — правильный монтаж, эффективная эксплуатация и своевременное обслуживание.

 

Какому решению отдать предпочтение? На каком типе, виде, конструкции остановить выбор? 

 

Очень даже возможно, что именно мы с нашим предложением в состоянии помочь вам определиться.

Системы отопления

Системы отопления

 

Технические элементы, совокупная задача которых — получение, перенос и передача в помещения теплоты в количестве, требуемым для поддержания на заданном уровне температуры — это всё системы отопления.

 

Конструктивно включают в себя:

 

  • теплоисточник, отвечающий за получения теплоты — теплогенератор или теплообменник;
  • отопительные приборы;
  • теплопроводы, соединяющие теплоисточник с отопительными приборами для переноса теплоты.

 

Рабочая среда внутри теплопроводов (теплоноситель)  — это жидкость (вода, антифриз) или газ (пар, воздух), а также комбинация жидкости, воздуха, пара.

Сравнение систем отопления

Сравнение систем отопления на 1 января 2014 года

Джоуль в теплотехнике

Джоуль (Дж) широко применяется в теоретической и практической теплотехнике для измерения количества произведенной или использованной теплоты. В теплотехнике, джоуль равен количеству теплоты, эквивалентному работе один джоуль. Отнесенный к единице массы или объема, джоуль используется для характеристики массовой или объемной теплотворности топлива. Наравне с джоулем в теплотехнике нашли применение образованные от него десятичные кратные единицы – килоджоули (кДж), мегаджоули (мДж) и гигаджоули (гДж). Потребности практической теплотехники находятся в узком диапазоне этих единиц измерения (от джоуля до гигаджоуля), что накладывает определенные ограничения на возможности данного онлайн-конвертера. Данный калькулятор предназначен, в первую очередь, для теплотехнических расчетов. Поэтому, охватываемый диапазон конвертируемых единиц и величин соответствует запросам реальной теплотехники и не выходит за его пределы.

Джоуль в коммунальном хозяйстве

Несмотря на всю свою популярность, весомость и грандиозность, джоуль не нашел широкого применения при взаиморасчетах в коммунальном хозяйстве Советского Союза и на постсоветском пространстве. Здесь, как и прежде, ведется учет выработанного и потребленного тепла в калориях (кал) и кратных к ней единицах (гигакалориях (Гкал)).

Джоуль в электричестве

В электричестве джоуль обозначает работу,

которую совершают силы электрического поля за 1 секунду

при напряжении в 1 вольт

для поддержания силы тока в 1 ампер.

 

1 гигакалория = 4.1840 гигаджоуля (гДж) = 1.1622 мегаватт-час (мВт⋅ч)

1 гигакалория равна количеству тепла, необходимого для нагревания 1000 тонн (1 000 000 кг) воды на один кельвин при стандартном атмосферном давлении

Как единица измерения, гигакалория не применяется в диетологии и пищевой промышленности (из-за своего «гигантизма»). Потому что, сожрать тонну шоколада одному человеку не под силу, а энергетическая ценность вагона печенья никому не нужна.

Иное дело – теплотехника...

Гигакалория в теплотехнике

Гигакалория (Гкал) – королева теплотехнических расчетов и замеров.
Гигакалория – единица измерения тепловой энергии, максимально приближенная к реальной жизни. Все теплотехнические расчеты и замеры для зданий и сооружений, систем отопления и отопительных агрегатов ведутся только в гигакалориях. В теплотехнике, гигакалория стоит на вершине иерархии единиц измерения тепловой энергии. Следующая за гигакалорией единица измерения – теракалория. Теракалорияне применяется в практических расчетах и не имеет отношения к земной жизни.

Гигакалория, отнесённая к единице массы или объема, применяется при оценке удельной массовой или удельной объемной энергетической ценности топлива.

Гигакалория, приведенная к единице времени, применяется для характеристики тепловой мощности прибора или процесса.

Джоуль - единица энергии, а ватт, или киловатт - мощности.

Калория (кал, cal) — внесистемная единица количества работы и энергии, равная количеству теплоты, необходимому для нагревания 1 грамма воды на 1 °C.

Для них такие соотношения 
1 Дж = 0,239 кал = 0,278*10^-6 кВт ч, 
1 кал = 4,1868 Дж = 1,163*10^-6 кВт ч, 
1 кВт ч = 3,6*10^6 Дж = 0,86*10^6 кал.

 

Представляем сравнительный анализ стоимости 1 МДж тепла,

при различных вариантах источника энергии.

 

Топим электричеством:

1 кВт./ч энергии- это 3,6 МДж тепла, и обойдется нам это в зависимости от региона и поставщика электроэнергии около 3,6 рубля за 1 кВт, значит 1 МДж тепла будет стоить около 1 рубль (см. таблицу ниже).

 

Отапливаем соляркой:

1кг солярки при сжигании дает 44 МДж и стоит около 25 рублей (1литр = 0,8 кг – 32*0,8=25 рублей) значит, 1МДж будет стоить около 60 копеек.

 

Используем сжиженный газ:

Сжиженный газ при сгорании дает 41 МДж на 1кг и стоит около 20 рублей, значит, 1 МДж будет стоить около 50 копеек.

 

Отапливаемся магистральным газом:

Магистральный газ. Здесь расчет несколько сложнее. 1кг дает 33 МДж тепла. 1м куб. весит около 800г. Стоимость газа для населения в Московском регионе около 4495-5760 рублей за 1000 кубов в зависимости от региона. Получается, что 1 м3 газа для населения стоит около 4,5 рубля.

Значит 1 МДж будет стоить около 10-14 копеек. Для промышленности газ дороже.


СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ СТОИМОСТИ 1 МДж ТЕПЛА

Источник тепла:

Стоимость 1 МДж тепла:

Магистральный газ

10-15 коп.

Сжиженный газ

50 коп.

Солярка

60 коп.

Электричество

100 коп.=1руб.

С помощью теплового насоса с СОЗ=4

25 коп.

 

Если ставить вопрос с точки зрения экономичности, надо изучить, сколько какое топливо стоит в конкретном регионе, а потом посчитать цену 1кВт тепла.

 

Вот данные для расчета:


дрова сухие - 3,900 КВт/кг
дрова влажные - 3,060 КВт/кг
антрацит - 5,800 КВт/кг
бурый уголь - 2,900 КВт/кг
дизельное топливо - 11,700 КВт/кг
мазут - 10,600 КВт/кг
природный газ - 10,000 КВт/м3
сжиженный газ - 20,800 КВт/м3

 

Собственно когда станет понятно, сколько стоит 1кВт тепла в конкретном месте, тогда и надо искать конкретное решение по использованию того или иного источника тепла.

 

КПД Электрических котлов =максимум 97% т.е. 1 кВт электроэнергии дает 0,97 кВт тепла.

 

Так дрова могут стоить в районе 0,9-1,0 рубля за 1кВт тепловой энергии (в пригороде), а сжиженный газ (если мы правильно его перевели в килограммы) стоит 0,7-0,8 рубля за 1кВт.

Но вроде КПД у газового оборудования повыше, чем у печек. Цену мазута точно не знаем, но похоже там получается 0,5 рубля 1кВт. Это о экономке вопроса. Однако нужно еще и понимать о доступности топлива, тот же булерьян будет жрать все что угодно (при правильном подходе), а вот газовая колонка только газ и только тот, на который настроена.

 

Еще один важный момент - субъективное ощущение тепла человеческим телом.

 Самый дешевый способ это греть воздух и перемешивать воздух до однородно состояния, перемешивая его, в том числе теплым воздухом под потолком (конечно желательно, чтобы дырок в окнах было поменьше). Водное отопление по экономичности проигрывает воздушному отоплению.

 

Расчет Теплового насоса

Источники тепла. Геотермальные тепловые насосы.


Как известно, геотермальные тепловые насосы используют бесплатные и возобновляемые источники энергии: низкопотенциальное тепло воздуха, грунта, подземных, сточных и сбросовых вод технологических процессов, открытых незамерзающих водоемов. На это затрачивается электроэнергия, но отношение количества получаемой тепловой энергии к количеству расходуемой электрической составляет порядка 3–7. 

Говоря более точно, источниками низкопотенциального тепла могут быть наружный воздух температурой от –15 до +15 °С, отводимый из помещения воздух (15–25 °С), подпочвенные (4–10 °С) и грунтовые (более 10 °C) воды, озерная и речная вода (0–10 °С), поверхностный (0–10 °С) и глубинный (более 20 м) грунт (10 °С). 

Если в качестве источника тепла выбран атмосферный или вентиляционный воздух, применяются тепловые насосы, работающие по схеме «воздух–вода». Насос может быть расположен внутри или снаружи помещения. Воздух подается в его теплообменник с помощью вентилятора. 

При использовании в качестве источника тепла грунтовой воды она подается из скважины с помощью насоса в теплообменник насоса, работающего по схеме «вода–вода», и либо закачивается в другую скважину, либо сбрасывается в водоем.

 

Эффективность применения теплового насоса

Можно сократить общий расход газа более чем в два раза, либо при наличии альтернативных источников электроэнергии отказаться от него вообще, то для конкретных объектов в настоящее время много зависит от тарифной политики государства, расположения, теплоизоляционных свойств объекта и т. д.

Сравнение текущих расходов на отопление для населения по состоянию на август 2008

  • Молдова
    Тарифы: 1000 м. куб. газа -- 300 долл. США
    1 квт.ч. электроэнергии -- 0,1 долл. США
    Для обычного чугунного напольного котла с кпд = 0,82 из 1000 м. куб. газа получим:
    1000 * 9,1 квт.ч. м. куб. * 0,82 = 7462 квт.ч. тепла
    Для суперсовременного конденсационного котла с кпд = 1,05 -- 9555 квт.ч. тепла.
    Для получения такого же количества тепла с помощью среднеэффективного универсального ТН нужно в первом случае:
    7462 / 4,5 = 1658 квт.ч. электроэнергии стоимостью 166 долл.
    во втором:
    9555 / 4,5 = 2123 квт.ч., стоимостью 212 долл.
    Уменьшение затрат по сравнению со стоимостью газа (300 долл.) соответственно:
    (300 - 166) / 300 -- 45%
    (300 - 212) / 300 -- 29%
  • США (Вермонт)
    1000 м. куб. -- 350 долл.
    1 квт.ч. электроэнергии -- 0,12 долл.
    Экономия 27--43%.
  • Беларусь
    1000 м. куб. -- 141 600 руб. = 66 долл.
    1 квт.ч. электроэнергии -- 74,7 руб. = 0,0349 долл. 
    Это если использовать утвержденные 2007 г. во многих странах дифференцированные по времени тарифы, т.е. отключать ТН в периоды максимальных нагрузок энергосистемы с 8.00 по 11.00 и с 19.00 по 22.00, что реально с использованием аккумуляторов тепла. Экономия по сравнению с обычным газовым котлом – всего до 12%. Но это сегодня. Ситуация когда газ продается по 200-230$ не может продолжаться долго. Вероятно что-то подобное будет введено и в Москве.

Капитальные затраты

Стоимость самого теплового насоса значительно выше стоимости газового котла, что впрочем не сильно изменит общую смету при новом строительстве приличного коттеджа. Цены практически сравниваются при необходимости строительства 200--300 м. газопровода. Если строится не временный фанерный домик, а капитальное строение для детей и внуков, будет некрасиво оставить им в наследство зависимость от давления в газовой трубе. Уж что-что, а электричество в стране будет всегда. А вот с газом могут возникнуть проблемы уже в ближайшем будущем. Знаменитый монополист Газпром, имеющий десятки миллиардов долларов долгов, не от хорошей жизни стремительно повышает цены на газ не только для ближайших союзников, но и для внутрироссийских потребителей. Просто не на что производить разведку и освоение новых месторождений, латать построенные еще при СССР трубопроводы. Особенно когда его основные доходы от экспорта газа в Европу через Украину тихо уплывают в неизвестном направлении через швейцарских учредителей фирмы-экспортера «УкрГазэнерго» .

 

Некоторые справочные данные

  1. Прогноз цен на природный газ:

Год

2008

2010

2016

2026

Цена долл. 
за 1000 м. куб.

250

350

450

700

 

  1. Ориентировочная зависимость необходимой теплопроизводительности ТН от площади дома с хорошими теплоизоляционными свойствами:

Площадь, м. кв.

100

150

200

250

300

350

Мощность ТН кВт.

5,0

8,0

12,0

16,0

21,0

28,0

 

В каждом конкретном случае производится индивидуальный расчет по теплопотерям здания. Для уменьшения капитальных затрат часто ТН используют в бивалентном режиме. Параллельно ему устанавливается, или при реконструкции оставляется дополнительный пиковый нагреватель на любом виде топлива, который включается в работу в самые холодные дни, каких у нас не так уж много. По данным Гидрометеоцентра усредненная температура по Москве для января - 4,8°С, для периода декабрь – февраль - 6,0°С. В самый холодный год за всю историю наблюдений  она составила - 10 ... - 15°С в те же периоды.
При таком подключении ТН может либо отключаться, если он становится неэффективным (например «воздух--вода» при больших отрицательных температурах наружного воздуха), либо работать...


Если источник – водоем, на его дно укладывается петля из металлопластиковой или пластиковой трубы. По трубопроводу циркулирует раствор гликоля (антифриз), который через теплообменник теплового насоса передает тепло фреону. 

Возможны два варианта получения низкопотенциального тепла из грунта: укладка металлопластиковых труб в траншеи глубиной 1,2–1,5 м либо в вертикальные скважины глубиной 20–100 м. Иногда трубы укладывают в виде спиралей в траншеи глубиной 2–4 м. Это значительно уменьшает общую длину траншей. Максимальная теплоотдача поверхностного грунта составляет 50–70 кВт·ч/м2 в год. По данным зарубежных компаний, срок службы траншей и скважин составляет более 100 лет. 

Расчет горизонтального коллектора теплового насоса 

Съем тепла с каждого метра трубы зависит от многих параметров: глубины укладки, наличия грунтовых вод, качества грунта и т.д. Ориентировочно можно считать, что для горизонтальных коллекторов он составляет 20 Вт/м. Более точно: сухой песок – 10, сухаяглина – 20, влажная глина – 25, глина с большим содержанием воды – 35 Вт/м. Разницу температуры теплоносителя в прямой и обратной линии петли при расчетах принимают обычно равной 3 °С. На участке над коллектором не следует возводить строений, чтобы тепло земли пополнялось за счет солнечной радиации. 
Минимальное расстояние между проложенными трубами должно быть 0,7–0,8 м. Длина одной траншеи составляет обычно от 30 до 120 м. В качестве теплоносителя первичного контура рекомендуется использовать 25-процентный раствор гликоля. В расчетах следует учесть, что его теплоемкость при температуре 0 °С составляет 3,7 кДж/(кг·К), плотность – 1,05 г/см3. При использовании антифриза потери давления в трубах в 1,5 раза больше, чем при циркуляции воды. Для расчета параметров первичного контура теплонасосной установки потребуется определить расход антифриза: 

Vs = Qo·3600 / (1,05·3,7·.t), 

где .t – разность температур между подающей и возвратной линиями, которую часто принимают равной 3 К, а Qo – тепловая мощность, получаемая от низкопотенциального источника (грунт). Последняя величина рассчитывается как разница полной мощности теплового насоса Qwp и электрической мощности, затрачиваемой на нагрев фреона P: 

Qo = Qwp – P, кВт. 

Суммарная длина труб коллектора L и общая площадь участка под него A рассчитываются по формулам: 

L = Qo/q, 

A = L·da. 

Здесь q – удельный (с 1 м трубы) теплосъем; da – расстояние между трубами (шаг укладки). 

Пример расчета теплового насоса. 

Исходные условия: теплопотребность коттеджа площадью 120–240 м2 (в зависимости от теплоизоляции) – 12 кВт; температура воды в системе отопления должна быть 35 °С; минимальная температура теплоносителя – 0 °С. Для обогрева здания выбран тепловой насос мощностью 14,5 кВт (ближайший больший типоразмер), затрачивающий на нагрев фреона 3,22 кВт. Теплосъем с поверхностного слоя грунта (сухая глина) q равняется 20 Вт/м. В соответствии с показанными выше формулами рассчитываем: 

1) требуемую тепловую мощность коллектора Qo = 14,5 – 3,22 = 11,28 кВт; 
2) суммарную длину труб L = Qo/q = 11,28/0,020 = 564 м. Для организации такого коллектора потребуется 6 контуров длиной по 100 м; 
3) при шаге укладки 0,75 м необходимая площадь участка А = 600 Ч 0,75 = 450 м2; 
4) общий расход гликолевого раствора Vs = 11,28·3600/ (1,05·3,7·3) = 3,51 м3/ч, расход на один контур равен 0,58 м3/ч. 

Для устройства коллектора выбираем металлопластиковую трубу типоразмера 32. Потери давления в ней составят 45 Па/м; сопротивление одного контура – примерно 7 кПа; скорость потока теплоносителя – 0,3 м/с. 

Расчет зонда 

При использовании вертикальных скважин глубиной от 20 до 100 м в них погружаются U-образные металлопластиковые или пластиковые (при диаметрах выше 32 мм) трубы. Как правило, в одну скважину вставляется две петли, после чего она заливается цементным раствором. В среднем удельный теплосъем такого зонда можно принять равным 50 Вт/м. Можно также ориентироваться на следующие данные по теплосъему: 

сухие осадочные породы – 20 Вт/м; 
каменистая почва и насыщенные водой осадочные породы – 50 Вт/м; 
каменные породы с высокой теплопроводностью – 70 Вт/м; 
подземные воды – 80 Вт/м. 

Температура грунта на глубине более 15 м постоянна и составляет примерно +10 °С. Расстояние между скважинами должно быть больше 5 м. При наличии подземных течений, скважины должны располагаться на линии, перпендикулярной потоку. 

Подбор диаметров труб проводится исходя из потерь давления для требуемого расхода теплоносителя. Расчет расхода жидкости может проводиться для .t = 5 °С. 

Пример расчета. Исходные данные – те же, что в приведенном выше расчете горизонтального коллектора. При удельном теплосъеме зонда 50 Вт/м и требуемой мощности 11,28 кВт длина зонда L должна составить 225 м. 

Для устройства коллектора необходимо пробурить три скважины глубиной по 75 м. В каждой из них размещаем по две петли из металлопластиковой трубы типоразмера 26Ч3; всего – 6 контуров по 150 м. 

Общий расход теплоносителя при t = 5 °С составит 2,1 м3/ч; расход через один контур – 0,35 м3/ч. Контуры будут иметь следующие гидравлические характеристики: потери давления в трубе – 96 Па/м (теплоноситель – 25-процентный раствора гликоля); сопротивление контура – 14,4 кПа; скорость потока – 0,3 м/с. 

Выбор оборудования 

Поскольку температура антифриза может изменяться (от –5 до +20 °С) в первичном контуре тепло насосной установки необходим расширительный бак. 

Рекомендуется также установить на возвратной линии накопительный бак: компрессор теплового насосаработает в режиме «включено-выключено». Слишком частые пуски могут привести к ускоренному износу его деталей. Бак полезен и как аккумулятор энергии – на случай отключения электроэнергии. Его минимальный объем принимается из расчета 10–20 л на 1 кВт мощности теплового насоса. 

При использовании второго источника энергии (электрического, газового, жидко- или твердотопливного котла) он подключается к схеме через смесительный клапан, привод которого управляется тепловым насосом или общей системой автоматики. 

В случае возможных отключений электроэнергии нужно увеличить мощность устанавливаемого теплового насоса на коэффициент, рассчитываемый по формуле: f = 24/(24 – tоткл), где tоткл – продолжительность перерыва в электроснабжении. 

В случае возможного отключения электроэнергии на 4 ч этот коэффициент будет равен 1,2. 

Мощность теплового насоса можно подбирать исходя из моновалентного или бивалентного режима его работы. В первом случае предполагается, что тепловой насос используется как единственный генератор тепловой энергии. 

Следует принимать во внимание: даже в нашей стране продолжительность периодов с низкой температурой воздуха составляет небольшую часть отопительного сезона. Например, для центрального региона России время, когда температура опускается ниже –10 °С, составляет всего 900 ч (38 сут), в то время, как продолжительность самого сезона – 5112 ч, а средняя температура января составляет примерно –10 °С. Поэтому наиболее целесообразной является работа теплового насоса в бивалентном режиме, предусматривающая включение дополнительного теплогенератора в периоды, когда температура воздуха опускается ниже определенной: –5 °С – в южных регионах России, –10 °С – в центральных. Это позволяет снизить стоимость теплового насоса и, особенно, работ по монтажу первичного контура (прокладка траншей, бурение скважин и т.п.), которая сильно увеличивается при возрастании мощности установки. 

В условиях Европы для примерной оценки при подборе теплового насоса, работающего в бивалентном режиме, можно ориентироваться на соотношение 70/30: 70 % потребности в тепле покрываются тепловым насосом, а оставшиеся 30 – электрическим котлом или другим теплогенератором. В южных регионах можно руководствоваться соотношением мощности теплового насоса и дополнительного генератора тепла, часто используемым в Западной Европе: 50 на 50. 

Для коттеджа площадью 200 м2 на 4 человек при тепловых потерях 70 Вт/м2 (при расчете на –28 °С наружной температуры воздуха) потребность в тепле будет 14 кВт. К этой величине следует добавить 700 Вт на приготовление санитарной горячей воды. В результате необходимая мощность теплового насоса составит 14,7 кВт. 
При возможности временного отключения электричества нужно увеличить это число на соответствующий коэффициент. Допустим, время ежедневного отключения – 4 ч, тогда мощность теплового насоса должна быть 17,6 кВт (повышающий коэффициент – 1,2). В случае моновалентного режима можно выбрать тепловой насос типа «грунт–вода» мощностью 19 кВт, потребляющий 5,3 кВт электроэнергии или более новый, с более высоким коэфициентом преобразрвания, тепловой насос с многокомпрессорной системой,  (компрессоры Copeland, контроллер Carel, улучшенные теплообменники нового поколения, система резервирования, мягкий пуск и пр). 
В случае использрвания бивалентной системы с дополнительным электрическим нагревателем и температурой уставки –10 °С с учетом необходимости получения горячей воды и коэффициента запаса, мощность теплового насоса должна быть 11,4 Вт, а электрического котла – 6,2 кВт (в сумме – 17,6). Потребляемая системой пиковая электрическая мощность составит 9,7 кВт. 
Отметим, что при установке тепловых насосов в первую очередь следует позаботиться об утеплении здания и установке стеклопакетов с низкой теплопроводностью.

Преимущества ТН

Компания «ROSTEPLOCOM» специализируется на поставках на рынок тепловых насосов от крупнейшего европейского производителя «Waterkotte», а также других систем, осуществляющих отопление жилых помещений или промышленных зданий. 

Мы предлагаем своим клиентам все виды услуг по применению технологии альтернативного энергообеспечения – отопления на основе тепловых насосных систем.

  • Проектирование систем отопления, теплоснабжения, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования.
  • Проектирование и строительство геотермальных полей.
  • Бурение геотермальных скважин, скважин на воду и установка геотермальных зондов.
  • Установка и монтаж тепловых насосов и другого оборудования от компании «Waterkotte».
  • Качественное сервисное обслуживание систем отопления, тепловых насосов, а также холодильного оборудования, холодильных систем и систем холодоснабжения складов, холодильных камер.

Если Вы хотите спроектировать наиболее эффективное отопление промышленных зданий или жилых помещений, тепловые насосы будут являться оптимальным вариантом для Вас. Они имеют огромное количество преимуществ по отношению к другим традиционными источникам тепла. 

1. Экономичность

  • Для работы теплового насоса совершенно не требуется топливо. Он получает до 80% энергии из окружающей среды, используя тепловую энергию солнца, накопленную в воздухе, воде или земле.
  • Тепловые насосы снижают затраты на отопление жилых помещений или промышленных зданий, охлаждение, горячую воду в 5-8 раз, относительно газовых, дизельных или электрических генераторов тепловой энергии.
  • Для выработки и передачи в систему отопления 1 кВ/ч. тепловой энергии, тепловой насос затрачивает всего 0,2-0,25 кВт/ч электроэнергии для работы компрессора.
  • Система теплого насоса очень долговечна. Грунтовой зонд при правильной эксплуатации может прослужить Вам до 150 лет, а отопительный контур до 100 лет. Срок службы компрессора, который является единственной движущей частью в установке — 15 лет. По истечении этого срока, Вы без труда сможете произвести его замену.
  • При установке ТНУ Вам не нужно будет приобретать для него топливо, тем самым Вы экономите значительное количество средств, связанных с его транспортировкой и хранением.
  • Установка тепловых насосов обеспечивает высвобождение территории, необходимой для размещения подъездных путей, котельной и склада с топливом.
  • Оборудование полностью окупается примерно через 7-10 отопительных сезонов.
  1. Комфорт
  • Работа теплового насоса происходит устойчиво в автоматическом режиме.
  • Управлять его работой можно через Интернет или телефонную сеть.
  • Практически отсутствуют колебания температуры и влажности.
  • Осуществляя отопление промышленных помещений, тепловой насос работает бесшумно, тем самым не создавая никаких помех в работе сотрудникам организации.
  • Тепловой насос обладает отличными взрыво- и пожаробезопасными свойствами.
  • Вы можете переключать тепловые насосы с режима зимнего отопления на режим кондиционирования летом, а также на подогрев воды в бассейне.
  • Система совершенно не нуждается в специальном обслуживании. Необходимы лишь сезонные технические осмотры и периодический контроль режима работы.
  • Тепловые насосы не требуют вентиляции помещений, предусмотренных для теплоносителя и нагрева воды.
  • Тепловой насос подбирается индивидуально для каждого потребителя, в зависимости от тепловых источников низко потенциальной энергии.
  1. Дизайн
  • Тепловой насос очень компактен. Его размеры не превышают размеры обычного холодильника.
  • Установка теплового насоса никак не сказывается на внешнем виде фасада здания.
  1. Экология
  • Тепловой насос не производит никаких вредных выбросов в атмосферу, приводящих к кислотным дождям или разрушению озонового слоя.
  • Тепловой насос полностью безопасен для Вашего здоровья, так как он не производит аллергено-опасных выбросов.

» Преимущества Тепловых насосов

ПРЕИМУЩЕСТВА

 

Привлекательность тепловых насосов обусловлена следующими факторами:

  • они позволяют затрачивать на выработку единицы тепла в полтора-два раза меньше органического топлива.Тепловой насос - максимально экологически чистый источник тепла. В нем не сжигается топливо, значит не образуются вредные окислы типа CO; СO 2; NOx; SO 2 ; PbO 2 . А потому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензольных соединений;
  • теплонасосы используют (утилизируют) рассеянное тепло естественного (тепловая энергия воды, воздуха, почвы) или техногенного происхождения (тепло промышленных и сточных вод, вентиляционных труб и дымовых газов, технологических процессов и т.д.) с температу-рой от 4 до 40°С, то есть тепло, которое может быть эффективно применено с помощью специального оборудования;
  • тепловой насос - единственная машина, вырабатывающая тепло с коэффициентом преобразования, достигающим 800% при стоимости тепловой энергии в 1,5 - 2,5 раза ниже по сравнению с котельной;
  • высокий уровень автоматизации процесса получения тепла с гибкой схемой, позволяющий получать оптимальное количество тепла для конкретных условий во времени и погодных условий;
  • большой срок службы и высокая надежность;

эти агрегаты практически взрыво- и пожаробезопасны. Нет горючего, открытого огня, газов или горючих смесей и потому нечему взрываться, нельзя угореть или отравиться. Ни одна деталь не нагревается до температур, способных вызвать воспламенение горючих материалов. Остановки не приводят к поломкам или замерзанию жидкостей. Опасности от устройства не более, чем от холодильника.

 

Таблица 1

 

Годовые затраты на отопление 1 кв.м. площади дома разными системами*

 

Тип теплогенератора системы отопления

Теплота сгорания топлива

Годовая потребность

Цена энергоносителя

Стоимость энергоносителя, руб.

Затраты для дома площадью 300 м 2, руб

Котел газовый

10,1 кВт-ч/м 3

19,9 м 3

0,98 руб/м 3

19,5

5850

Котел жидкотопливный

10,2 кВт-ч/л

20,2 л

13,3 руб/л

268,7

80610

Котел электрический

-

191,5 кВт-ч

1,13 руб/кВт-ч

216,4

64920

Тепловой насос

-

67 кВт-ч

1,13 руб/кВт-ч

75,7

22713

 

*данные получены для исходных условий:

  • теплопотери дома – 60 Вт/м 2;
  • расход на горячую воду – 10% от затрат на отопление. При сложившемся уровне цен на энергоносители теплонасос по экономичности уступают пока только газовым котлам, но заметно выигрывают у жидкотопливных и электрических. Служат до 15-20 лет до капремонта. В перспективе, в связи с ростом цен на все виды топлива, их лидерство обеспечено.
  • длительность работы системы в году – 2900 ч.;

тепловой насос экономит 65% электроэнергии.

 

» Типовые затраты

Типовые затраты

АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ОТОПЛЕНИЕ, ГОРЯЧЕЕ ВОДОСНАБЖЕНИЕ, 
КЛИМАТ КОНТРОЛЬ ВАШЕГО ДОМА...
 

Капитальные и эксплуатационные затраты типовых зданий


      На сегодняшний день в России стоимость производства тепловой энергии значительно зависит от вида «топлива»: самым дешевым является природный газ, затем электроэнергия и дизельное топливо. Однако, это только сегодняшняя ситуация, цена на энергоносители все время меняется.

Наименование объекта

Площадьм 2

Теплопотребление, кВт

Стоимост тепловых насосов, тыс. руб.

Стоимость грунтового контура, тыс. руб.

Стоимость прочего оборудования тыс. руб.

Всего,

тыс. руб.

Затраты электроэнергии
кВт/час

1

9-этажный административный корпус

8000

534

6962

3200

6000

16 162

165

2

Производственно-складское здание

2000

900

8731

11600

6955

27 286

275.4

3

Таунхаус

6000

300

2885

1400 *

-

4 285

91.8

4

Школа

8000

300

2885

6250

1564

10 699

91.8

5

Производственно-складское здание

2000

100

1238

2044

1018

4 300

37.8

958 *

590 *

800 *

2 348*

30.6

6

Одноквартирный жилой дом

1000

50

555

859

293

1 707

9.9

500

25

323

408

242

973

4.4

200

10

217

179

226

622

1.8

7

Автозаправочные станции

220

11

230

184

227

641

3.6

180

9

203

171

227

601

2.7

120

6

196

97

218

511

1.8

 

 


* отбор тепла осуществляется из грунтовых вод посредством добывающих и поглощающих скважин

Единовременные затраты на создание тепловых пунктов с применением тепловых насосов (А), дизельных котлов (В), электрокотлов (С) окупаются только в варианте с тепловым насосом.

Применение теплового насоса с первого года реализации обуславливает экономию, рост которой предопределяет погашение через 7 лет капитальных затрат на создание теплопункта с тепловым насосом в объеме 662 тыс. рублей. В то же время затраты на применение дизельного котла (вариант В, сумма затрат – 530 тыс. рублей) и электрокотла (вариант С, сумма затрат – 174 тыс. рублей) не окупаются.

Сравнение вариантов А (тепловой насос) с вариантами В (дизельный котел) и С (электрокотел) показывает следующее:

- превышение капитальных затрат варианта А над вариантом В, которое составляет 92,0 тыс. рублей (622,0 - 530,0 тыс. рублей), компенсируется снижением эксплуатационных затрат по варианту А в первый же год на сумму 148,064 тыс. рублей (248,714 - 100,654 тыс. рублей);
- превышение капитальных затрат по варианту А над вариантом С в сумме 448,0 тыс. рублей (622,0 - 174,0 тыс. рублей) компенсируется практически в течении 5 лет за счет экономии эксплуатационных затрат, которая составит 447,46 тыс. рублей.

Учитывая возможность практического использования тепловых насосов в реальных условиях (без учета заработной платы), на рисунке даны графические зависимости всех вложенных затрат нарастающим итогом в зависимости от вида отопления во времени. Из графических зависимостей видно, что уже в первый год суммарные затраты на отопление по варианту В (дизельный котел) выше, чем по варианту А (тепловой насос) и значительно выше, чем по варианту С (электрокотел). В свою же очередь фактические текущие затраты вариантов отопления А и С через 5 лет становятся равными ~ 1 154,0 тыс. рублей, после чего затраты на отопление по варианту С (электрокотел) превышают в дальнейшем аналогичные затраты по варианту А (тепловой насос). Этот момент предопределяется меньшей стоимостью единицы произведенного тепла в пересчете на 1 кВт/час, в результате чего затраты на отопление 1 м 2 площади здания по варианту А (тепловой насос) ниже, чем в варианте С (электрокотел) на 70%, а в варианте В (дизельный котел) ниже на 140%.


Изменение суммарных капитальных и эксплуатационных затрат нарастающим итогом для жилого здания площадью 200 м 2 с внутрипольным отоплением.

 Сравнение систем отопления

Сравнение различных систем отопления с системой тепловых насосов

Задача экономически эффективного нагрева воды, которая используется в качестве теплоносителя в системах водяного отопления и горячего водоснабжения, была и остается актуальной независимо от способа осуществления этих процессов, конструкции системы отопления и источников получения тепла.

Огромное количество здравомыслящих людей с очередным похолоданием и приближением зимы вновь испытывают при выборе системы отопления неподдельный интерес и чувство неуверенности. Огромное разнообразие современных новинок в этой сфере - котлов, радиаторов, насосов, генераторов любого из нас заставят задуматься над тем, посредством каких критериев выбрать оптимальный для себя вариант и чему именно отдать предпочтение

Сейчас доступны различные источники тепловой энергии: нефть, уголь, газ, дерево и электричество. У всех имеются свои преимущества, но, взвесив все критерии, такие как низкая стоимость капитальных вложений, хорошая управляемость,  практически абсолютная чистота, большой комфорт и довольно скромные эксплуатационные расходы,- легко прийти к выводу, что отопление с использованием теплового насоса - это выбор сегодняшнего и завтрашнего дня.

 

       Сравнительные характеристики

          Эффективной заменой газовому котлу, котлу на жидком топливе или отоплению с использованием электричества несомненно будет система отопления на основе теплового насоса. 

 

 

Газовые котлы

          Котлы на «голубом» топливе получили наиболее широкое распространение. Но при его использовании возникает больше проблем, чем с любыми другими теплоносителя­ми. Например,  давление в наших газовых магистралях существенно ниже, чем в Евро­пе, и отличается низкой стабильностью.

 

 

Дизельные котлы

          Жидкое нефтяное топливо является на сегодняшний день наиболее испытанным и универсальным топливом, не требующим создания специальных коллективных ин­фраструктур: газопроводов, электроподстанций и электросетей. Стоимость оборудования высокая, эксплуатационные расходы, при сегодняшнем уровне цен на дизельное топливо, также очень высоки

 

 

Электрические котлы

          Электрические котлы являются наиболее чистым видом топлива. В городских условиях, где обеспе­чена бесперебойная подача электроэнергии практически любой мощности, аргументом против использования электрических котлов может быть только экономическая неце­лесообразность их применения.

 

 

Твердотопливные котлы

           Твердотопливные котлы до сих пор не потеряли своей актуальности. К их неоспори­мым достоинствам можно отнести невысокую цену и возможность работы без электри­чества. Недостатки - необходимость постоянного контроля горения, невозможность полной автоматизации котельной, потребность в ежедневной чистке топки котла.

 

 

 

 

Сравнительные характеристики          Эффективной заменой газовому котлу, котлу на жидком топливе или отоплению с использованием электричества несомненно будет система отопления на основе теплового насоса. 
          Для хорошо спроектированного и построенного дома площадью 180 м2 необходимо 10-12 кВт тепловой энергии, которую можно получить опустив 2 зонда в землю на глубину 100 м., для этого необходим участок земли размером 6х6 м

Сравнительные характеристики отопительных установок мощностью 10,8 кВт/час.

Технические характеристики

Способ обогрева помещения

Газовый котел

Котел на жидком топливе

Электрический котел

Тепловой насос

Стоимость оборудования

Средняя

Средняя

Низкая

Высокая

Отапливаемая площадь, м2

180

180

180

180

Мощность установки, кВт

10,8

10,8

10,8

10,8

Площадь котельной, м2

6

6

3

6

Расход электрической энергии,кВт/час

1,5

2

13

2

Источник тепловой энергии

Газ

Дизельное топливо

Электрический ток

Тепло земли, электрический ток

Расход энергоносителя в год

5000 м3

10000 литров

69000 кВт

Энергия земли - бесплатно

Срок службы

15-20 лет

15-20 лет

3-8 лет

до 50 лет

Пожароопасность

Опасен (постоянный огонь)

Опасен (постоянный огонь)

Опасен

Безопасен

Взрывоопасность

Опасен

Опасен

Опасен

Безопасен

Уровень экологической опасности

Вреден (выделяет CO и NOx)

Вреден (выделяет CO и NOx)

Безвреден

Безвреден

Вентиляция

Необходима

Необходима

Не нужна

Не нужна

Обслуживание

Регулярный осмотр

Регулярный осмотр

Периодический осмотр

Периодический осмотр

Надежность

Высокая

Высокая

Высокая

Очень высокая

Автономность при отсутствии снабжения энергоносителями

Не обеспечивает

Не обеспечивает

Не обеспечивает

Обеспечивает при наличии резервного электрогенератора 6 кВт

Возможность охлаждения помещения

Не обеспечивает

Не обеспечивает

Не обеспечивает

Обеспечивает

Окупаемость

Не окупается

Не окупается

Не окупается

Окупается за 3 - 5 лет



Из сравнительных характеристик представленных в таблице напрашиваются соответствующие выводы:

  • Уже на данный момент тепловые насосы являются более экономичными чем котлы надизельном топливе илиэлектрическое отопление, а в ближайшем будущем, когда цены на энергоносители сравняются с европейскими они станут бесспорными лидерами и будут превосходить даже газовые котлы.
  • Также можно предположить, что рост цен будет более резким, поскольку природных запасов нефти и газа осталось всего лишь на 40 и 60 лет соответственно.
  • За 10 лет эксплуатации теплового насоса можно получить экономию, по сравнению с электрическим отоплением, 35 тыс. $, за 15 лет – 60 тыс. $, за 20 лет – 87 тыс. $.

  • Кроме прямого экономического эффекта, тепловой насос абсолютно экологически безвредный источник теплоснабжения, пожаро- и взрывобезопасен.
  • Поскольку тепловые насосы не используют в своей работе топливо, то соответственно стоимость их эксплуатации не будет зависеть от изменения цен на энергоносители. 

     Срок службы тепловых насосов несравнимо больше, чем у классических котельных, а поэтому это вложение в будущее и для следующих поколений.
      Уже сейчас, при сравнительно низких ценах на энергоносители, многие прогрессивные и образованные люди, думающие о будущем, выбирают тепловые насосы для отопления и приготовления горячей воды, делая сознательный вклад в будущее. 

  • Яндекс.Метрика