23 июля 2013 г.

Ответы на вопросы про тепловые насосы

Перечень однотипных вопросов от заказчиков натолкнул на мысль создать этот пост. Думаю перечень вопросов-ответов можно в будущем расширять.


Вопрос 1. Серия публикаций о тепловых насосах наводит на мысль об организованной рекламной компании в пользу устройства, о котором раньше никто не знал. Не следует ли рассматривать эти публикации как некую дань моде?:
Скорее наоборот. Устройство, о котором во многих странах знают все, в Украине известно, увы, немногим, и здесь можно говорить о дефиците информации, скорее чем об организованной рекламной компании, которой как раз и недостает нам.
Вопрос 2. Я хотел бы построить усадебный жилой дом, площадью около 300 м2, обогреваемый тепловым насосом. Какие дополнительные (по сравнению с газовым отоплением) средства я должен буду вложить в строительство этого дома и сколько я буду платить за электроэнергию, потребляемую тепловым насосом? Когда окупятся дополнительные затраты, связанные с тепловым насосом?:
Около 18 тыс. долларов, из которых сам тепловой насос будет стоить не более 8 тысяч, а остальные 10 тысяч придется вложить в грунтовый теплообменник, в низкотемпературную систему отопления, во вспомогательное оборудование и монтаж. При благоприятных геологических условиях возможно сокращение затрат на 15 - 20 %. Стоит отметить, что удорожание одного квадратного метра площади усадебного дома составит при этом около 65 долларов или всего лишь несколько процентов от общих затрат на строительство.

Если дом хорошо утеплен, тепловая мощность системы отопления не должна превышать 15 кВт, а потребляемая электрическая мощность теплового насоса, использующего теплоту грунта, при этом будет не выше 4 кВт. При обычной нашей зиме хорошо автоматизированный тепловой насос использует не более 7 тыс. кВт-часов электрической энергии за отопительный период. При нынешних ценах на электроэнергию за неё придтся заплатить около 1700 грн. в год.

При газовом отоплении этого дома хорошо автоматизированный котёл израсходует за отопительный период примерно 3,4 тыс. м3 природного газа. При нынешних ценах на газ для потребителя (686 грн. за 1000 м3) за него придётся заплатить около 2300 грн. в год. Это означет, что тепловой насос сэкономит около 600 грн. в год, и дополнительные затраты ($18000) при этом практически не окупаются.

Если же говорить о мировых ценах на газ, которые придут в Украину, возможно, раньше, чем будет построен проектируемый сегодня дом, то при цене газа 500 долларов за 1000 м3 затраты на его покупку составят около 8,6 тыс. грн., а экономия при устройстве теплового насоса достигнет 7 тыс.грн. в год при сроке окупаемости сократится до 6 лет.

Главное экономическое преимущество теплового насоса состоит не в коротких сроках окупаемости инвестиций, а в том, что при умеренных затратах можно обеспечить независимость своего жилища от поставщиков природного газа, обеспечив при этом возможность охлаждения помещений летом.
Вопрос 3. Какой источник тепла для теплового насоса предпочтительнее: грунт, вода или воздух? На основании чего принимается решение о выборе источника?:
Чем выше температура источника, тем эффективнее будет работать тепловой насос.

Воздух был бы идеальным источником низкопотенциальной теплоты, если бы его температура зимой не опускалась ниже нуля. При температурах наружного воздуха около нуля градусов работа теплового насоса, использующего теплоту наружного воздуха, становится неэффективной, а при более низких температурахтакой тепловой насос вообще работать не сможет. На южном берегу Крыма, где отрицательные температуры воздуха крайне редки, тепловые насосы "водух-вода" или "воздуз-воздух" могли бы применяться, и их стоимость будет относительно невелика, потому что воздуха много, и отнять от него тепло технически несложно. В других районах Украины такие тепловые наосы могли бы применяться только в бивалентных системах, где наряду с тепловым насосом есть обычный источник тепла,который может включаться в работу при низких температурах наружного воздуха.

Вода, температура которой не опускается ниже неуля, более подходит для теплового насоса. Вместе с тем, воду из открытых водоемов использовать довольно трудно, потому что её температура зимой блика к точке замерзания, и отнять от неё тепло без замораживания практически невозможно. Обычно используют более тёплую (около 100С) воду из скважин, если гидрогеологические условия позволяют закачать охлаждённую воду обратно в водоносный слой. Такие благоприятные условия встречаются не везде.

Универсальным источником тепла для теплового насоса является грунт, естественная температура которого на глубине более 2 метров в течение всего года мало отличается от 100С. Теплоту грунта, правда, отнять технически непросто, но мировой практикой уже отработаны технические решения, позволяющие это делать практически на любом участке земли, за исключением, быть может, песков пустыни или горных скал.

Таким образом, у проектировщика здания и его владельца в общем случае имеется не так уж много возможностей для выбора источника тепла для теплового насоса. Если отсутствуют благоприятные гидрогеологические условия, позволяющие добывать в нужном количестве воду из скважины и закачивать её обратно в грунт, то выбирают грунт.
Вопрос 4. Какие грунтовые теплообменники предпочтительнее- горизонтальные или вертикальные, и можно ли использовать земную поверхность охлаждаемого грунта для земледелия?:
Горизонтальные грунтовые теплообменники дешевле вертикальных, потому что они не требуют буровых работ, и процесс их сооружения достаточно прост. Но у них есть недостатки. Температура грунта зимой на глубинах до 2 метров ниже, чем на более глубоких уровнях, а это значит, что энергетическая эффективность теплового насоса, работающего с горизонтальным грунтовым теплообменником, будет ниже, чем при работе с теплообменником вертикальным. Другой недостаток связан с ограничениями в области земледелия.Над горизонтальным теплообменником могут расти только огородные культуры, трава и цветы, в то время как на усадебном участке с вертикальными теплообменниками могут расти также садовые и парковые деревья.
Вопрос 5. Какое вещество циркулирует в грунтовых теплообменниках?:
Чаще всего используют водный раствор этиленгликоля, который не замерзает при отрицательных температурах. Этот раствор охлаждают в испарителе теплового насоса, где кипит холодильный агент, и при помощи циркуляционного насоса прокачивают через грунтовый теплообменник, отнимая при этом теплоту от грунтового массива.

Некоторые фирмы организуют процесс так, холодильный агент подаётся непосредственно в грунтовый теплообменник, где происходит его кипение. При этом энергетическая эффективность теплового насоса повышается, потому что холодильный агент кипит при более высокой температуре и не расходуется энергия на циркуляцию промежуточного теплоносителя (этиленгликоля). Реализация такого процесса требует высокой культуры производства работ, с тем, чтобы исключить возможные утечки холодильного агента в разветвлённой сети подземных трубопроводов.
Вопрос 6. Можно ли собрать теплонасосную установку самостоятельно?:
Конечно, можно. Есть умельцы, которые собирают неплохие автомобили и могут собрать все, что угодно, но их очень мало.
Вопрос 7. Можно ли установить тепловой насос в доме, построенном 20 лет назад?:
Вполне возможно. Только для этого старый дом рекомендуется предварительно хорошо утеплить, заменить в нём окна и устроить вентиляцию с рекуперацией тепла. Тогда его теплопотери уменьшатся настолько, что для устройства теплового насоса и грунтового теплообменника потребуется умеренные затраты.
Вопрос 8. Как подобрать тепловой насос для дома? Нужен ли для этого проект? Кому можно поручить разработку такого проекта?:
Проект нужен обязательно. К сожалению, немногие проектные организации Украины сегодня выполнить такой проект из-за отсутствия опыта.

В то же время,несмотря на отсутствие опыта, есть фирмы, готовые выполнить всю работу "под ключ", начиная от проекта и заканчивая пуском системы отопления в эксплуатацию. И, хотя некоторые из этих фирм обычно имеют достаточно информации о зарубежном опыте строительства зданий с тепловыми насосами, владельцам зданий следовало бы до начала монтажных работ запросить у такой фирмы проект теплонасосной установки в полном объёме и передать его специалистам для рецензирования.
Вопрос 9. Как осуществляется охлаждение зданий с помощью теплового насоса?:
Тепловой насос может выполнить функции холодильной машины. Для того, чтобы эта машина могла охлаждать помещения, дополнительно нужны только комнатные воздухоохладители. Обычно для этой цели используют фанкойлы различных фирм. Но, поскольку фанкойлы, как и любые кондиционеры, при работе создают некоторый шум, который особенно заметен ночью, иногда в жилых домах устраивают панельное охлаждение. Для этого в потолок или в стены заделывают трубки, по которым циркулирует охлаждённая вода. Автоматика должна следить за тем, чтобы температура этой воды была на уровне 19 С, потому что при более низкой температуре возможно намокание охлаждённых поверхностей. Когда на улице 30-градусная жара, прохладные стены и (или) потолки создают приятный температурный фон в помещении при совершенно бесшумной работе системы. Открытые окна при этом не мешают работе системы охлаждения.
Вопрос 10. Я купил кондиционер, и поставщики этого оборудования сказали, что он может выполнять функции теплового насоса. Чем отличается отопительный тепловой насос от моего кондиционера?:
Автономный кондиционер (например, сплит-система) может работать как тепловой насос "воздух-воздух". Зимний температурный диапазон, внутри которого такой кондиционер может эффективно работать в режиме только осенью и весной.

В отличие от автономных кондиционеров, отопительный тепловой насос обеспечивает постоянное отопление зданий.
Вопрос 11. Можно ли с помощью теплового насоса поддерживать в различных помещениях одного дома разную температуру?:
Температура в каждом помещении должна поддерживаться на желаемом уровне средствами автоматики. Если проект отопления выполнен с использованием надлежащей автоматики, то нужная температура в помещении будет поддерживаться независимо от того, какой источник тепла при этом используется,- тепловая сеть, котёл или тепловой насос.
Вопрос 12. Хватит ли тепловой энергии, получаемой от теплового насоса, для горячего водоснабжения и для подогрева воды в бассейне?:
Энергии хватит. Весь вопрос в том, какой ценой эта энергия может быть получена. Система горячего водоснабжения, например, характеризуется неравномерностью потребеления тепла. Принимая душ, один человек потребляет за единицу времени больше тепла, чем система отопления его дома. Подбирать тепловой насос на пиковую нагрузку горячего водоснабжения было бы неразумно. Горячую воду нужно греть постоянно, накапливая её в ёмкостях. При наличии ёмкостей целесообразно рассмотреть возможность подогрева воды электрическими водонагревателями в ночное время, когда действует льготный тариф на электроэнергию. Как правило, такой способ приготовления горячей воды оказывается сопоставимым по эксплуатационным затратам с приготовлением в тепловом насосе, но более дешёвым по капитальным. Энергию на подогрев воды, наливаемой в бассейн, тоже лучше брать непосредственно из электрической сети в ночное время, а поддерживать нужную температуру в бассейне целесообразно при помощи теплового насоса.
Вопрос 13. Имеет ли тепловой насос преимущества по сравнению с другими альтернативными источниками энергии - солнечными батареями, солнечными коллекторами и ветрогенераторами?:
Да, имеет. Перечисленные в этом вопросе альтернативные источники могут подавать энергию временами, в то время как тепловой насос способен полностью обеспечить потребности дома в тепловой энергии.
Вопрос 14. Могут ли служить источниками низкопотенциального тепла для теплового насоса вытяжной воздух и бытовые стоки?:
Могут, но теплоту вытяжного воздуха более целесообразно использовать в рекуператорах для подогрева приточного воздуха, а количества теплоты, содержащейся в бытовых стоках, может хватить только для системы горячего водоснабжения. В одном из реализованных в Украине проектов теплота канализационных стоков уже используется для подогрева в тепловом насосе воды, используемой в системе горячего водоснабжения.
Вопрос 15. Где можно купить тепловой насос? Каким отечественным или зарубежным производителям можно отдать предпочтение?:
Купить тепловой насос в Украине не трудно, потому что несколько зарубежных компаний предлагают свои изделия. Сегодня трудно выбрать из них лучшее, потому что, как уже упоминалось, отечественного опыта их применения пока практически нет. Можно лишь предположить, что качество всех изделий, реализуемых на европейском рынке, в целом, соответствует требованиям, этим рынком сформированным.
Вопрос 16. Каков срок эксплуатации теплового насоса?:
Домашние холодильники советского производства, купленные в 60-х годах прошлого столетия, кое-где работают и сегодня. Большую часть тех холодильников люди выбросили не потому, что они перестали работать, а потому, что они морально устарели. Те холодильники были собраны из компрессора, испарителя и конденсатора. Из этих же деталей собирают и тепловые насосы. Поэтому есть все основания предполагать, что купленный сегодня тепловой насос при правильной его эксплуатации будет служить долго.