Отопление тепловыми насосами


Тепловой насос – это современный отопительный котёл, используемый для отопления и горячего водоснабжения жилой и коммерческой недвижимости. В отличие от других отопительных котлов (газовый, дизельный, твердотопливный) тепловой насос не сжигает топливо для производства тепла. Источником тепловой энергии является окружающая среда. Воздух, вода, грунт.

gru.jpg

С тепловыми насосами каждый из нас знаком с самого детства. Фактически обычный бытовой холодильник и есть тепловой насос. Мы привыкли употреблять понятие «холодильник охлаждает продукты заложенные в холодильную камеру». Фактически холодильник не охлаждает продукты, а высасывает из продуктов лишнее тепло и выбрасывает его в окружающую среду, т.е. за пределы холодильника. Каждый из нас обращал внимание на то, что с тыльной стороны холодильник всегда тёплый. Это как раз то тепло, которое холодильник «высосал» из продуктов и выбросил наружу. Если это тепло собрать, то его можно использовать для обогрева.


Тепловой насос состоит из двух контуров, внешнего и внутреннего. Внешний контур служит для сбора тепла из окружающей среды (вода, грунт, воздух), внутренний – для концентрации и передачи тепла в систему отопления. В обоих контурах циркулирует хладогент, чаще всего используется фреон. Попадая во внешний контур фреон кипит с поглощением тепла из окружающей среды, затем сжимается компрессором до жидкого состояния. При переходе их газообразного в жидкое состояние, фреон выделяет тепло, собранное внешним контуром и отдает его в теплообменник системы отопления.
1.gif

Откуда же всё таки берётся тепло?

Существует три наиболее распространённых типа тепловых насосов.

1. Воздух-вода.
2. Вода-вода.
3. Грунт-вода.

В первом варианте источником тепла служит воздух, получателем тепла служит вода. В данном случае и далее под получателем тепла подразумевается вода, циркулирующая в системе отопления. Кроме традиционных жидкостных систем отопления существуют воздушные, но мы их рассматривать не будем. Сразу возникает вопрос. Как из воздуха температурой -10 можно получить тепло? Ответ на этот вопрос кроется в свойствах фреона. При определённой комбинации температуры и давления фреон способен закипать при температурах до -50 градусов. Как было описано выше, фреон кипит с поглощением тепла. Соответственно если температура окружающего воздуха -10, а температура кипения фреона -20, разница в 10 градусов поглощается при кипении и выделяется при сжатии. Ведь никого не смущает тот факт, что например мороженное охлаждённое до -10 можно охладить и до -20, т.е. «высосать» из мороженного ещё 10 градусов. Как раз эти дополнительные 10 градусов в итоге и будут выброшены холодильником в виде тепла. Таким образом современные воздушные тепловые насосы способны производить тепло из окружающего воздуха температурой до -28 градусов, что для наших климатических условий вполне эффективно.
voz.jpg
Несомненным преимуществом воздушных тепловых насосов является относительно небольшая стоимость, высокая скорость монтажа. При монтаже воздушных тепловых насосов не требуется бурение скважин, земляных работ. В качестве внешнего контура используется наружный блок, напоминающий по внешнему виду кондиционер. КПД (COP) воздушного теплового насоса в среднем 3.5 , т.е. на 1 кВт электрической энергии вырабатывается 3.5 к Вт тепловой. Второй и третий вариант тепловых насосов в качестве источника тепла используют воду либо грунт. Всем известно, что практически любой водоём в зимнее время покрывается коркой льда, но не промерзает до дна (за редким исключением). Почему под коркой льда вода жидкая? Всё дело в том, что под коркой льда температура воды остаётся положительной даже в лютые морозы. Лёд и снег служат своеобразной шубой и не пропускают холод. Благодаря этому температура воды подо льдом +1 у поверхности до +4 у дна. Это свойство воды и используется для получения тепла. На дно водоёма помещаются зонды, представляющие из себя полиэтиленовые трубы, по которым прокачивается незамерзающая жидкость (пропиленгликоль). Зонды соединены с теплообменником теплового насоса, в котором происходит обмен теплом между пропиленгликолем и кипящим фреоном.

По такому же принципу работает тепловоё насос грунт-вода (геотермальный). Температура грунта ниже глубины промерзания (в нашем климате 1-1,2 м) положительная и колеблется от +2 до +10, в зависимости от глубины. Для извлечения тепла из грунта бурятся вертикальные безобсадные скважины глубиной 50-100 м. В скважины монтируется полиэтиленовый U-образный зонд, по которому прокачивается пропиленгликоль, собранное тепло через теплообменник передаётся фреону и далее в систему отопления. КПД (COP) тепловых насосов вода-вода и грунт-вода примерно одинаков и в среднем составляет 4.5-5.5 т.е , т.е. на 1 кВт электрической энергии вырабатывается 4.5-5.5 к Вт тепловой.

vod.jpg
Образец расчета экономичесности

От теории прейдём к практике. Сколько всё таки придется ежемесячно тратить на отопление? Приведём пример для дома площадью 200 м.кв. Для того, чтобы оценить затраты на отопление, необходимо определить требуемую тепловую мощность котла для данной площади. Если рассматривать современные дома с наружным утеплением, то в среднем теплопотери составляют 70 Вт/м.кв или 14 кВт. на площадь 200 м.кв. Далее в зависимости от типа теплового насоса вычислим электропотребление по формуле: Тепловая мощность/COP Для воздушного теплового насоса потребуется мощность 4 кВт/час Для геотермального 2,8 кВт/час Среднее время работы отопительного котла в период отопительного сезона (для нашего климата октябрь-апрель) составляет 300 часов месяц. Соответственно воздушный тепловой насос «съест» приблизительно 1200 кВт в месяц, геотермальный 840 кВт в месяц. Далее умножаем на тариф, например 3,5 рубля/кВт и получаем соответственно 4200 руб./месяц и 2940 руб./месяц.


Пример №1

Тип дома – дом постоянного проживания.3f7035b0c0.jpg

Площадь дома - 200 м.кв.

Количество этажей – 2

Площадь 1-го этажа – 110 м.кв

Площадь 2-го этажа – 90 м.кв.

Материал стен – блок газосиликатный 600/250/300 мм.

Наружное утепление – каменная вата 100 мм.

Окна – пятикамерный энергосберегающий профиль, двухкамерный стеклопакет 32 мм.

Система отопления 1-го этажа – водяной тёплый пол.

Система отопления 2-го этажа – стальные радиаторы.

Расчётные теплопотери дома – 12 кВт.


Выбранное оборудование:


Воздушный тепловой насос - Dimplex LAW 14ITR, 14 кВт.

Тепловой насос Dimplex LAW 14ITR – это полностью готовое решение для отопления и горячего водоснабжения. Состоит из двух модулей. Внутренний и наружный.

Внутренний модуль моноблочного исполнения, состоящий из отопительного агрегата, бойлера косвенного нагрева ГВС 300 л., буферного накопителя 100 л., насосной группы, блока автоматики со встроенной погодозависимой системой управления. Габариты внутреннего модуля (ширина х высота х глубина, мм.) 740х1920х950, масса 222 кг.

Наружный модуль всепогодного исполнения, предназначен для установки на землю у стены дома либо монтируется на фасад. Габариты наружного модуля (ширина х высота х глубина, мм.) 950 х 1380 х 300, масса 116 кг.

Максимальная потребляемая мощность в режиме отопления – 3,11 кВт.


Расчёт стоимости:

Наименование

Цена, руб.

Количество

Стоимость, руб.

Тепловой насос Dimplex LAW 14ITR

487000

1

487000

Монтажный комплект

12000

1

12000

Монтаж, пуско-наладка

23000

1

23000

Общая стоимость оборудования и монтажных работ*

522000

*Все цены указаны по курсу евро 50 рублей


Пример №2

Тип дома – дом постоянного проживания.anl-vitocal_242-sjpg.jpg

Площадь дома - 150 м.кв.

Количество этажей – 2

Площадь 1-го этажа – 80 м.кв

Площадь 2-го этажа – 70 м.кв.

Материал стен – блок газосиликатный 600/250/300 мм.

Наружное утепление – каменная вата 100 мм.

Окна – пятикамерный энергосберегающий профиль, двухкамерный стеклопакет 32 мм.

Система отопления 1-го этажа – водяной тёплый пол.

Система отопления 2-го этажа – стальные радиаторы.

Расчётные теплопотери дома – 9 кВт.


Выбранное оборудование:


Насос тепловой геотермальный грунт/вода Viessmann Vitocall 222-G BWT 221.A10, 10 кВт

Тепловой насос Vitocall 222-G – это полностью готовое решение для отопления и горячего водоснабжения. Внутренний модуль моноблочного исполнения, состоящий из отопительного агрегата, бойлера косвенного нагрева ГВС 170 л., насосной группы, блока автоматики со встроенной погодозависимой системой управления. Габариты внутреннего модуля (ширина х высота х глубина, мм.) 680 х 600 х 1829, масса 256 кг.

Максимальная потребляемая мощность в режиме отопления - 2,3 кВт.


Расчёт стоимости:

Наименование

Цена, руб.

Количество

Стоимость, руб.

Тепловой насос Viessmann Vitocall 222-G BWT 221.A10

355000

1

355000

Контур геотермальный (зонды, пропиленгликоль, коллекторы, фитинги, арматура)

155000

1

155000

Монтаж, пуско-наладка (бурение скважин, монтаж коллектора, пуско-наладка)

290000

1

315000

Общая стоимость оборудования и монтажных работ*

825000

*Все цены указаны по курсу евро 50 рублей


Срок службы и почему он такой большой? Обслуживание.  


Срок службы теплового насоса без капитального ремонта в среднем составляет 25-30 лет.

Возникает вопрос – почему?

Тепловой насос не сжигает никакого топлива. Нет подвижных частей.

Температуры жидкостей в тепловом насосе не превышают 80 градусов.

Срок службы геотермальных зондов ограничен периодом распада полиэтилена в грунте, который по некоторым оценкам составляет 100 лет и более.

Надёжность компрессорных установок в тепловых насосах на порядок выше, чем в бытовых холодильниках и кондиционерах.

Обслуживание теплового насоса не требует высококвалифицированного персонала, заключается в периодической профилактике и периодическом контроле режима работы.

Часто ли вам приходится обслуживать ваш холодильник? Особенно современный, с системой no frost? Не говоря уже о том, что во многих дома прекрасно и безо всякого ремонта работают холодильники, произведённые в середине прошлого века.

Сравнение затрат относительно других источников (дизель, электрокотёл).

Для сравнения рассмотрим 3 отопительных котла: электрокотёл, дизельный котёл, геотермальный тепловой насос.

Тепловая мощностью - 15 кВт.

Время работы котла - 300 часов/месяц

Продолжительность отопительного сезона - 7 месяцев.


Тип системы отопления

Цена единицы энергоносителя

Ежемесячное потребление

Ежемесячные

затраты, руб.

Стоимость ежегодного обслуживания

Затраты за отопительный сезон

Электрическая система отопления.

Тепловая мощность

15 кВт, потребляемая 15 кВт

3.5 Руб кВт/час

4500 кВт/часов

15750

0

110250

Дизельное топливо.

Тепловая мощность 15 кВт.

33 Руб/литр

600 литров

19800

4000

142600

Геотермальный тепловой насос

Тепловая мощность 15 кВт

3.5 Руб кВт/час

1000 кВт/часов

3500

0

24500


расход мес.png




Капитальные затраты на оборудование котельной.


Тип котла

Стоимость котельного

оборудования, отопление + ГВС с обвязкой

руб.,

Стоимость монтажа (без учёта системы отопления) руб.

Итого капитальные затраты, руб.*

Электрическая система отопления. Электрический котёл

15 кВт

60000

20000

80000

Дизельное топливо.

Котёл дизельный

15 кВт.

90000

70000

160000

Геотермальный тепловой насос

Тепловая мощность 15 кВт

600000

300000

900000

*В таблице приведены среднерыночные цены на октябрь 2014 г.

капит. затраты.png



Окупаемость


Тип котельной

Общие затраты 1-й год эксплуатации -оборудование + монтаж + затраты на отопление

Затраты за 10 лет* эксплуатации – оборудование + монтаж + затраты на отопление

Электрокотёл

190250

1182500

Котёл на дизельном топливе

302600

1586000

Тепловой насос

924500

1145000

*В таблице окупаемости не учтены ежегодный рост тарифов на энергоносители, стоимость текущего и капитального ремонта.


окупаемость.png


Безопасность.

Тепловые насосы абсолютно безопасны. В них нет топлива, открытого пламени, больших токов. Нельзя отравиться или угореть. Нет элементов, способных вызвать пожар.

Все современные тепловые насосы могут быть оснащены системами удалённого управления и мониторинга. Управлять и наблюдать за состоянием теплового насоса можно с любого мобильного устройства (мобильного телефона, ноутбука, планшета) или стационарного компьютера.

Тепловой насос – это единственный вид отопительных котлов, который можно спокойно оставлять без присмотра.


Минусы и плюсы.

Единственный минус теплового насоса – это размер первоначальных инвестиций.

Хотя минусом это можно назвать весьма условно. Затраты на тепловой насос – это именно инвестиции, которые гарантированно окупаются по сравнению с другими системами отопления.

К несомненным преимуществам теплового насоса можно отнести экономичность, безопасность, отсутствие эксплуатационных расходов, экологичность.

Тепловой насос использует энергию намного эффективнее любого отопительного котла,

У тепловых насосов в процессе отопления отсутствуют опасные газы, открытый огонь или вредные смеси. Детали теплового насоса не нагреваются до высоких температур, способных стать причиной пожара. Остановка теплового насоса не приведет к его поломке, им можно смело пользоваться после длительного простоя. Также исключено замерзания жидкостей в компрессоре или других составных частях.

Тепловой насос не требует обслуживания.

В тепловом насосе не сжигается топливо, значит, не образуются вредные окислы типа CO, CO2, NOх, SO2, PbO2. Потому вокруг дома на почве нет следов серной, азотистой, фосфорной кислот и бензельных соединений.