Тепловой насос — это универсальный прибор, сочетающий в себе отопительный котел, источник горячего водоснабжения и кондиционер. Основное отличие от всех остальных источников тепла заключается в исключительной возможности использовать возобновляемую низкотемпературную энергию окружающей среды на нужды отопления и нагрева воды. Порядка 80% от выдаваемой мощности тепловой насос фактически “выкачивает” из окружающей среды используя рассеянную энергию Солнца.
Как работает тепловой насос?
Холодильник, всем известно, переносит тепло из внутренней камеры на радиатор, и мы пользуемся холодом внутри холодильника. Тепловой насос — это холодильник “наоборот”. Он переносит рассеянное тепло из окружающей среды в наш дом. В этом и кроется “чудо” — КПД намного превосходящее 100%. Теплоноситель (в роли которого выступает вода или рассол), взявший несколько градусов из окружающей среды, проходит через теплообменник теплового насоса, называемый испарителем, и отдает собранное из окружающей среды тепло во внутренний контур теплового насоса.
- Внутренний контур теплового насоса заполнен хладагентом, который имея очень низкую температуру кипения, проходя через испаритель, превращается из жидкого состояния в газообразное. Это происходит при низком давлении и температуре 5°С. Из испарителя газообразный хладагент попадает в компрессор, где он сжимается до высокого давления и высокой температуры. Далее горячий газ поступает во второй теплообменник — конденсатор, где происходит теплообмен между горячим газом и теплоносителем из обратного трубопровода системы отопления дома. Хладагент отдает свое тепло в систему отопления, охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, а нагретый теплоноситель системы отопления поступает к отопительным приборам.
По теме: Тепловые насосы с функцией отопления и охлаждения домаК очевидным преимуществам теплового насоса можно отнести:
- Экономичность. Низкое энергопотребление достигается за счет высокого КПД (от 300% до 800%) и позволяет получить на 1 кВт фактически затраченной энергии 3–8 кВт тепловой энергии или до 2,5 кВт мощности по охлаждению на выходе;
- экологичность. Экологически чистый метод отопления и кондиционирования как для окружающей среды, так и для людей, находящихся в помещении. Применение тепловых насосов — это сбережение не возобновляемых энергоресурсов и защита окружающей среды, в том числе и путем сокращения выбросов СО2 в атмосферу. Тепловые насосы установки, осуществляя обратный термодинамический цикл на низкокипящем рабочем веществе, черпают возобновляемую низко потенциальную тепловую энергию из окружающей среды, повышают ее потенциал до уровня, необходимого для теплоснабжения, затрачивая в 1,2–2,3 раза меньше первичной энергии, чем при прямом сжигании топлива;
- Безопасность. Нет открытого пламени, нет выхлопа, нет сажи, нет запаха солярки, исключена утечка газа, разлив мазута. Нет пожароопасных хранилищ для угля, дров, мазута или солярки;
- Надежность. Минимум подвижных частей с высоким ресурсом работы. Независимость от поставки топочного материала и его качества. Защита от перебоев электроэнергии. Практически не требует обслуживания. Срок службы теплового насоса составляет 15–25 лет;
- Комфорт. Тепловой насос работает бесшумно (не громче холодильника), а погодозависимая автоматика и мультизональные климатический контроль создают комфорт и уют в помещениях;
- Гибкость. Тепловой насос совместим с любой циркуляционной системой отопления, а современный дизайн позволяет устанавливать его в любых помещениях;
- Универсальность по отношению к виду используемой энергии (электрической или тепловой);
- Широкий диапазон мощностей (от долей до десятков тысяч киловатт).
Область применения тепловых насосов поистине безгранична
Все вышеуказанные преимущества этого оборудования позволяют легко решать вопросы теплоснабжения городского комплекса и объектов, расположенных вдали от коммуникаций — будь то фермерское хозяйство, коттеджный поселок или АЗС на трассе. В целом тепловой насос универсален и применим как в гражданском, промышленном так и в частном строительстве.
На сегодняшний день тепловые насосы широко применяются во всем мире. Количество тепловых насосов, работающих в США, Японии и Европе, исчисляется десятками миллионов штук. Производство тепловых насосов в каждой стране, прежде всего, ориентировано на удовлетворение потребностей внутреннего рынка. В США и Японии наибольшее применение получили теплонасосные установки (ТНУ) класса “воздух–воздух“ для отопления и летнего кондиционирования воздуха. В Европе — ТНУ класса “вода–вода“ и “вода–воздух“. В США исследованиями и производством тепловых насосов занимаются более шестидесяти фирм. В Японии ежегодный выпуск ТНУ превышает 500 тысяч единиц. В Германии ежегодно вводится более 5 тысяч установок. В Швеции и странах Скандинавии эксплуатируются, в основном, крупные ТНУ.
В Швеции уже к 2000 году эксплуатировалось более 110 тысяч теплонасосных станций (ТНС), 100 из которых имели мощность около 100 МВт и выше. Наиболее мощная ТНС–320 МВт работает в Стокгольме.
- Популярность тепловых насосов в Западной Европе, США и странах Юго-Восточной Азии во многом обусловлена мягкими климатическими условиями в этих регионах (с плюсовой средней температурой зимой), высокими ценами на топливо и наличием целевых государственных программ поддержки этого направления климатического рынка.
Ситуация с тепловыми насосами в нашей стране принципиально иная, и на, то есть свои причины:
- Во–первых, особенности российского климата с минусовой средней температурой зимой предъявляют особые требования к параметрам тепловых насосов и условиям их установки. В частности, при возрастании мощности теплового насоса встает проблема теплосъема, так как теплоотдача сред (водоем, грунт, воздух) ограничена и достаточно мала.
 |
 “рассол-вода”, горизонтальный теплообменник в озере, реке… |
 “воздух-вода” |
 “вода-вода”, проточный |
 “рассол-вода”, вертикальный теплообменник |
 “рассол-вода”, горизонтальный теплообменник |
- Кроме того, в России искусственно занижены цены на газ и об ощутимых экономических выгодах от использования такого рода оборудования говорить не приходится, особенно при отсутствии культуры потребления и экономии электроэнергии. У нас нет государственной поддержки программы энергозамещения, не было и нет отечественных производителей тепловых насосов.
Вместе с тем, потребности России в таком оборудовании огромные и востребованной представляется вся “линейка” тепловых насосов мощностью 5, 10, 25, 100 и 1000 кВт. Так, в средней полосе России для отопления дома площадью 100 м² необходимо иметь тепловую мощность в 5–10 кВт, а насоса с тепловой мощностью 100 кВт достаточно для отопления:
- типовых школ,
- больниц,
- административных зданий.
Тепловые насосы мощностью 1000 кВт удобны для задач возврата тепловых отходов, использования горячих источников. По оценкам специалистов, стоимость установки теплового насоса в российских условиях оценивается примерно от 300 долларов США за 1 кВт тепловой мощности при сроке окупаемости оборудования от двух до четырех лет, что в первую очередь зависит от цен на топливо и климатических условий конкретного региона.
Заключение
Введение в эксплуатацию порядка 100 тысяч тепловых насосов суммарной тепловой мощностью в 2 ГВт позволит дать тепло 10 миллионам человек при среднем сроке службы теплового насоса в 15 лет. Объем продаж такого оборудования может составить более полумиллиарда долларов в год.