Тепловые насосы типа «грунт-вода» для вашего дома
Суть работы подобных насосов сводится к переносу тепловой энергии от грунта к теплоносителю, который отдаёт тепло системе отопления, ну и водопроводной воде, разумеется. Особенности конструкции насосов таковы, что даже при небольшой разнице между температурой грунта и воздуха, теплоноситель прогревается в десятки раз по сравнению с первоначальной температурой.
Возьмём для примера обычный тепловой насос, который призван обеспечить теплом загородный дом средних размеров. Тепло в дом приносит система из трёх контуров, связанных между собой. Первый контур переносит тепло непосредственно от грунта к теплоносителю. Желательно использовать в качестве носителя незамерзающую жидкость, иначе извлечь и починить промёрзший трубопровод будет очень и очень непросто, а вероятность разрушения его при замерзании очень велика. Тепло отбирается либо системой погружных зондов, либо грунтовым коллектором. Выбор системы отбора тепла зависит от многих факторов – распределения тепла в почве, площади участка, который выделен для работы устройства, и многих других.
Использование глубинных зондов подразумевает бурение скважин глубиной в несколько десятков и сотен метров. Именно бурение скважин требует наибольшего финансового вложения при установке подобной системы. Гораздо дешевле выйдет устройство грунтового коллектора. В этом случае трубы с теплоносителем вкапываются горизонтально, ниже уровня промерзания почвы. Тогда расходы на прокладку труб несомненно ниже, нежели бурение скважин, но стоит учесть, что площадь, занятая коллектором, должна быть больше площади жилого дома в несколько раз, а это доступно не всегда.
Вторым контуром является система, объединяющая дроссель, испаритель, конденсатор и компрессор. Эта система ничем не отличается от обычного кондиционера и служит для передачи тепла от первого контура к третьему.
Третий контур – дом, со своими системами отопления и нагрева воды. Если углубиться в работу каждого контура по отдельности, то вот что выяснится:
В первичном контуре маломощный насос прокачивает теплоноситель. Температура грунта на глубине мало зависит от температуры воздуха, потому теплоноситель нагревается незначительно при прохождении труб под землёй. Проходя через вторичный контур, он отдаёт тепло и отправляется дальше, на второй круг. Вторичный контур и есть настоящий тепловой насос. В нём используется принцип низкой температуры кипения определённых веществ. Хладагент, содержащийся во втором контуре, быстро испаряется после прохождения через него теплоносителя, а затем, в газообразном состоянии, отправляется в компрессор. Там его сжимают, заставляя нагреться примерно до ста градусов по Цельсию, отправляют в конденсатор. Хладагент отдаёт конденсатору накопленное тепло, сам же превращается в жидкость и возвращается к испарителю для следующего цикла работы.
Третий контур – система отопления дома и подача горячей воды. В качестве теплоносителя можно использовать всё что угодно – антифриз, машинное масло, воду, множество иных жидкостей. Вода – самый дешёвый и распространённый вариант, но подобные радиаторы нельзя оставлять без присмотра – риск замерзания воды, деформации и разрыва трубопроводов очень велик. Для нагревания воды в системе водоснабжения используется тот же самый конденсатор.
При проектировании подобной системы отопления стоит учесть, что теплоноситель ни при каких условиях не сможет нагреться выше 60°С, потому стоит озаботиться покупкой радиаторов с большой площадью рабочей поверхности, а то и установкой тёплых полов. Учитывая, что тепловой насос мало чем отличается от кондиционера, он вполне может служить и для охлаждения дома. В этом случае процесс теплообмена во вторичном контуре обращается вспять, и теплоноситель начинает отнимать тепло, перенося его в грунт.
Тепловые насосы имеют массу преимуществ:
• Экономичность. Величина КПД подобного насоса гораздо выше единицы, притом, что в работе используются практически бесплатные ресурсы;
• Повсеместность применения. Источники рассеянного тепла есть по всей поверхности Земли, а в случае, если нет возможности подключить компрессор к электрической сети, можно использовать бензиновые или дизельные двигатели;
• Экологичность. В процессе работы насоса не используется топливо, а значит, и вредных веществ, наподобие оксидов азота, углерода и серы не выделяется;
• Универсальность. Тепловые насосы умеют не только отнимать тепло у почвы и воздуха, но и возвращают его обратно в случае использования в качестве охладителя;
• Безопасность. В конструкции тепловых насосов не используются горюче-смазочные материалы, потому можно не беспокоиться – гореть и взрываться нечему. Благодаря тому, что детали насоса не нагреваются до температуры горения, он даже косвенно не станет причиной пожара.