История

Принцип работы теплового насоса был отображен еще в 1824 году в диссертации Карно, так называемый цикл Карно. Однако практическое применение данный принцип получил только в конце 20 века. Одним из ведущих производителей геотермальных тепловых систем является компания Nibe, которая завоевала доверие покупателей не только в родной Швеции, но и в Дании, Норвегии, Финляндии, Англии и других европейских странах. В настоящее время внимание к тепловым насосам и масштабы их внедрения в мире просто огромно: в Японии ежегодно производится около 3 миллионов тепловых насосов; в США – 1 миллион; в Швеции 50% всего отопления обеспечивают именно тепловые насосы; значительная часть города Стокгольма «греется» от Балтийского моря. Интерес к тепловым насосам, как источникам энергии, растет и в России.

Принцип действия

Тепловой насос состоит из четырех основных элементов: испарителя, компрессора, конденсатора и дросселя, по которым циркулирует фреон.

К испарителю подводится теплота от источника тепла — грунта, воды, воздуха. В теплообменнике испарителя эта теплота передается фреону, который находится под низким давлением и при данной температуре закипает. Образовавшийся пар втягивается в компрессор и в нем сжимается. Температура пара при сжатии повышается до 90 — 100°С   и горячий фреон под давлением поступает в конденсатор — теплообменник, по внешнему контуру которого циркулирует вода, которая является теплоносителем для системы отопления. В конденсаторе пары фреона конденсируются на его холодных поверхностях, передают свою теплоту теплоносителю внешнего контура, а сами, охлаждаясь, переходят в жидкую фазу. Далее жидкий фреон проходит через специальное устройство, после которого его давление резко уменьшается, а температура становится ниже температуры источника тепла. В завершение цикла фреон снова попадает в испаритель, закипает, испаряется и  цикл автоматически повторяется. Тепловой насос отбирает тепловую энергию у среды, температура которой может быть отрицательной и «закачивает» ее в теплоноситель потребителя, температуру которого может довести до 60 - 80°С.

Стоит обратить внимание, что в тепловых насосах  расходуется энергия, необходимая только для работы компрессора. Количество тепловой энергии, переданной от источника  тепла потребителю может быть в несколько раз больше, чем затраты электроэнергии на привод компрессора.

Основные преимущества использования тепловых насосов:

• Универсальность. Подходит для использования как в промышленном так и в частном строительстве;
• Экономичность. Низкое энергопотребление достигается за счет высокого коэффициента полезного действия (КПД).
• Экологичность. Экологически чистый метод отопления и кондиционирования как для окружающей среды так и для людей, находящихся в помещении;
• 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. Защита от перебоев электроэнергии. Практически не требует обслуживания. Срок службы теплового насоса составляет 15–25 лет;
• Комфорт. Работает практически бесшумно (не громче холодильника);
• Гибкость. Совместим с любой циркуляционной системой отопления, а современный дизайн позволяет устанавливать его в любых помещениях.
• Возможность управления тепловыми насосами на расстоянии через Интернет или GSM при установке дополнительного устройства

Для отопления помещений используются 5  источников тепла:


1. Тепло поверхности грунта.
Летом солнечная энергия, а также тепло дождя и воздуха накапливается в грунте. Эту энергию можно использовать для отопления. Причем, чем водонасыщение грунт, тем выше теплоотдача. Тепло передается из земли через пластиковые трубы. По трубопроводу циркулирует безвредная для окружающей земли незамерзающая жидкость. Коллектор, в котором циркулирует экологически чистая, морозостойкая жидкость, укладывается в землю на глубину 1 м. Минимальное расстояние между соседними трубопроводами – 0,8-1 метр. Один метр трубопровода обеспечивает 15 - 20 Вт тепловой мощности.  Таким образом, для работы теплового насоса производительностью 10 кВт необходим трубопровод длинной 350 - 450 метров. и участок земли площадью около 400м . Коллектор не будет оказывать влияния на зеленые насаждения.

2.  Скважина.
Нижний почвенный слой, или так называемый «верхний геотермальный слой» является источником тепла. Этот источник можно использовать в любое время года, так как температура его остается постоянной. С помощью такого источника можно отапливать помещения различных размеров и назначений. Для такой скважины не нужно много места – она может быть установлена на небольшом участке земли. Однако не обязательно использовать одну очень глубокую скважину, можно пробурить несколько неглубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину. В скважину опускаются пластиковые трубы «U» формы, по которым циркулирует вода и смесь гликоля. Один метр трубопровода опущенного в скважину обеспечивает 20 - 25 Вт тепловой мощности. Так, например,  для работы теплового насоса производительностью 10 кВт  необходима одна скважина глубиной 150 м. или пять скважин глубиной по 30 м. каждая.


3. Грунтовые воды.
Используется в том случае, если грунтовые воды легко доступны. Их температура в любое время года колеблется от 7 до 12 градусов. Для частных домов, где живут одна или две  семьи использовать грунтовые воды в качестве источника тепла нецелесообразно с глубины более 15 метров, так как затраты  существенно увеличиваются.


4.  Воды ближайшего водоема.
Удобен, если здание находится на берегу, водоема, озера и пр. В этом случае коллектор укладывается на дно водоема. Преимущества этого метода в отсутствии большого объема земляных работ. Один метр трубопровода обеспечивает около 30 Вт тепловой мощности. Следовательно, для производства 10 кВт необходим трубопровод длинной 300 метров.


5. В качестве источника тепла используется энергия воздушной среды.
Если по какой-либо причине нет возможности пробурить скважину или установить горизонтальный коллектор, в качестве источника тепла можно использовать энергию окружающей воздушной среды.
В этом случае насос преобразовывает тепло находящееся в воздухе и направляет его в помещение – тем самым, обеспечивая необходимую температуру воздуха в доме.

Экономия ресурсов

Тепловые насосы Nibe на 75% снижают энергетические затраты на отопление.

Nibe производит 15 видов различных тепловых насосов, мощностью от 5кВт до 40кВт. При параллельном соединении общая мощность может достигать 360кВт. По сравнению с тепловыми системами на минеральном топливе, это система позволяет сэкономить до 75% энергии, используемой для отопления и приготовления горячей воды.
Системы с тепловыми насосами являются экономичными   в обслуживании и в эксплуатации. И если  начальная цена системы может быть немного выше, чем газового котла или центральной системы кондиционирования, то в процессе эксплуатации значительно экономятся деньги так как:

• Не требуется закупать  топливо;
• Срок службы системы от 25 до 50 лет без особого внимания к себе. Отпадает необходимость обслуживания, заправки фреоном и сложности с запуском, присущие котлам и кондиционерам.
• Низкое энергопотребление за счет высокого коэффициента полезного действия (КПД). Позволяет получить на 1 кВт затраченной энергии 3-7 кВт тепловой энергии или 2-5 кВт мощности по охлаждению на выходе.
• Установив модуль коммуникации,  Вы сможете регулировать работу системы с помощью Интернета или мобильного  телефона, у которой существует функции «сигнал тревоги» и защита от замораживания системы. Это также поможет сэкономить деньги, так как в случае длительного отсутствия Вас дома, Вы сможете устанавливать такой режим работы, который не позволит, например зимой заморозить систему, но не будет сильно нагревать помещение. Но при возвращении домой, Вы заранее можете дать сигнал системе нагреть помещение и воду до нужной Вам температуры.