Тепловой насос в вопросах и ответах

Тепловой насос для отечественного потребителя пока еще экзотика, и поэтому вызывает острый интерес. Вопросы читателей по этой теме редакция переадресовала Виктору Гершковичу, кандидату технических наук, руководителю центра энергосбережения КИЕВЗНИИЭП, усилиями которого в Киеве был реализован ряд проектов систем отопления зданий на базе теплового насоса задолго до того, как эта техника появилась на рынке.

Серия публикаций о тепловых насосах наводит на мысль об организованной рекламной кампании в пользу устройства, о котором раньше никто не знал. Не следует ли рассматривать эти публикации как некую дань моде?

Устройство, о котором во многих странах знают все, в Украине известно, увы, немногим, и здесь можно говорить скорее о дефиците информации, чем об организованной рекламной кампании, которой как раз и недостает нам. Имеется в виду дефицит целенаправленного информирования граждан теми структурами, которые должны быть озабочены энергетической независимостью государства.

Я хотел бы построить усадебный дом площадью около 300 м2, обогреваемый тепловым насосом. Какие средства я должен буду вложить в строительство, и сколько буду платить за электроэнергию, потребляемую тепловым насосом?

Сумма составит около $18 000, из которых сам тепловой насос будет стоить не более $8000, а остальные $10 000 придется вложить в грунтовый теплообменник, низкотемпературную систему отопления, 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, 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 тепло грунта, при этом будет не выше 4 кВт. При обычной нашей зиме хорошо автоматизированный тепловой насос использует не более 7000 кВт часов электроэнергии за отопительный период. При нынешних ценах за нее придется заплатить около 700 грн. в год. При газовом отоплении такого дома хорошо автоматизированный котел израсходует за отопительный период примерно 3400 м3 природного газа. При существующих ценах на газ для потребителя (686 грн. за 1000 м3) за него придется заплатить около 2300 грн. в год. Если говорить о мировых ценах на топливо, которые придут в Украину, возможно, раньше, чем будет построен проектируемый сегодня дом, теплонасос окупится быстрее. Но главное экономическое преимущество теплового насоса состоит не в скорости окупаемости инвестиций, а в том, что при умеренных затратах можно гарантировать независимость своего жилища от поставщиков природного газа, обеспечив при этом возможность охлаждения помещений летом.

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 работает тепловой насос. Воздух был бы идеальным источником низкопотенциального тепла, если бы его температура зимой не опускалась ниже нуля. При температурах наружного воздуха около нуля градусов работа теплового насоса становится неэффективной, при более низких он вообще работать не сможет. На южном берегу Крыма, где отрицательные температуры крайне редки, тепловые насосы «воздух/вода » или «воздух/воздух » могли бы применяться, и их стоимость была бы относительно невелика, поскольку воздуха много и отнять от него тепло технически несложно. В других районах Украины такие установки 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 нуля,более под ходит как источник тепла. Вместе с тем воду из открытых водоемов использовать довольно трудно, поскольку ее температура зимой близка к точке замерзания, и отнять тепло без замораживания практически невозможно — водоем промерзнет до дна. Обычно используют более теплую (около +10О С) воду из скважин, если гидрогеологические условия позволяют закачать охлажденную 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 м в течение всего года мало отличается от +10OС. Тепло грунта, правда, отнять технически непросто, но мировой практикой уже отработаны решения, позволяющие делать это практически на любом участке земли, за исключением, быть может, песков пустыни или горных скал. Таким образом, у проектировщика здания и его владельца в общем не так уж много возможностей выбора источника тепла для теплового насоса. Если отсутствуют благоприятные гидрогеологические условия, позволяющие добывать в нужном количестве воду из скважины и закачивать ее обратно, то выбирают грунт.

Какие грунтовые теплообменники предпочтительнее — горизонтальные или вертикальные? И можно ли использовать земную поверхность охлаждаемого грунта для земледелия?

Горизонтальные грунтовые теплообменники дешевле вертикальных, поскольку не требуют буровых работ и процесс их сооружения достаточно прост. Но у них есть недостатки. Зимой температура грунта на глубинах до 2 м ниже, чем на более глубоких уровнях, а значит, энергетическая эффективность теплового насоса, работающего с горизонтальным грунтовым теплообменником, будет ниже, чем при работе с вертикальным. Другой недостаток связан с ограничениями в области земледелия. Над горизонтальным теплообменником могут расти только трава, цветы и огородные культуры, в то время как на участке с вертикальными теплообмен никами можно высаживать также садовые и парковые деревья.

Какое вещество циркулирует в грунтовых теплообменниках?

Чаще всего используют водный раствор этиленгликоля, который не замерзает при отрицательных температурах. Его охлаждают в испарителе теплового насоса, где кипит холодильный агент, и с помощью циркуляционного насоса прокачивают через грунтовый теплообменник, отнимая при этом тепло от грунта. Некоторые фирмы организуют процесс так, что холодильный агент подается непосредственно в грунтовый теплообменник, где происходит его кипение. При этом энергетическая эффективность теплового насоса повышается, поскольку холодильный агент кипит при более высокой температуре, и энергия на циркуляцию промежуточного теплоносителя (этиленгликоля) не расходуется. Реализация такого процесса требует высокой культуры производства работ, что бы исключить возможные утечки холодильного агента в разветвленной сети подземных трубопроводов.

Можно ли собрать теплонасосную установку самостоятельно?

Конечно, можно. Есть умельцы, которые собирают неплохие автомобили и могут собрать все, что угодно, но таких очень мало.

Можно ли установить тепловой насос в доме, построенном 20 лет назад?

Вполне. Только предварительно старый дом рекомендуется хорошо утеплить, заменить в нем окна и устроить вентиляцию с рекуперацией тепла. Тогда его теплопотери уменьшатся настолько, что для установки теплового насоса и грунтового теплообменника потребуются умеренные затраты.

Как подобрать тепловой насос для дома? Нужен ли для этого проект и кому можно поручить его разработку?

Проект необходим. К сожалению, сегодня немногие проектные организации Украины могут выполнить его из-за отсутствия опыта. Несмотря на это есть фирмы, готовые сделать всю работу «под ключ », начиная от проекта и заканчивая пуском системы отопления в эксплуатацию. И хотя некоторые из них обычно имеют достаточно информации о зарубежном опыте строительства зданий с тепловыми насосами, заказчикам следовало бы до начала монтажных работ запросить у такой фирмы проект теплонасосной установки в полном объеме и передать его специалистам для рецензирования.

Как осуществляется охлаждение зданий с помощью теплового насоса?

Тепловой насос может выполнять функции холодильной машины. Чтобы эта машина могла охлаждать помещения, дополнительно нужны только комнатные воздухоохладители. Обычно для этой цели используют фанкойлы раз личных фирм. Но поскольку они, как любые кондиционеры, при работе создают некоторый шум, особенно заметный ночью, иногда в жилых домах устраивают панельное охлаждение. Для этого в потолок или стены заделывают трубки, по которым циркулирует охлажденная вода. Автоматика должна следить за тем, чтобы температура этой воды была на уровне +19ОС — при более низкой возможно намокание охлажденных 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 не мешают работе системы охлаждения.

Я купил кондиционер, и поставщики сказали, что он может выполнять функции теплового насоса. Чем отличается отопительный тепловой насос от моего кондиционера?

Автономный кондиционер (на пример, сплит система) может работать как тепловой насос «воздух/воздух ». Зимний температурный диапазон, в пределах которого такой кондиционер может эффективно работать в режиме отопления, очень ограничен. В нашем климате его используют в таком режиме только поздней осенью и ранней весной. В отличие от автономных кондиционеров, отопительный тепловой насос обеспечивает постоянное отопление зданий.

Можно ли с помощью теплового насоса поддерживать в различных помещениях одного дома разную температуру?

За температурой в помещениях должны следить средства автоматики. Если проект отопления выполнен с использованием надлежащей автоматики, нужная температура в помещении будет поддерживаться независимо от того, какой источник тепла при этом используется — тепловая сеть, котел или тепловой насос.

Хватит ли тепловой энергии, получаемой от теплового насоса, для горячего водоснабжения и подогрева воды в бассейне?

Энергии хватит. Весь вопрос в том, какой ценой она может быть получена. Система горячего водоснабжения, например, характеризуется неравномерностью потребления 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 ее в емкостях. При наличии емкостей 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 дешевым по капитальным затратам. Энергию на подогрев воды для бассейна тоже лучше брать непосредственно из электрической сети в ночное время, а вот поддерживать нужную температуру в бассейне целесообразно при помощи теплового насоса.

Имеет ли тепловой насос преимущества по сравнению с другими альтернативными источниками энергии — солнечными батареями, солнечными коллекторами и ветрогенераторами?

Да, имеет. Перечисленные альтернативные источники могут подавать энергию временами, тогда как тепловой насос способен полностью обеспечить потребности в ней дома.

Могут ли служить источниками низкопотенциального тепла для теплового насоса вытяжной воздух и бытовые стоки?

Могут, но тепло вытяжного воздуха целесообразнее использовать в рекуператорах для подогрева приточного воздуха, а количества тепла, содержащегося в бытовых стоках, может хватить только для системы горячего водоснабжения. В одном из реализованных в Украине проектов тепло канализационных стоков уже применяется для подогрева в тепловом насосе воды, используемой в системе горячего водоснабжения.

Где можно купить тепловой насос? Каким отечественным или зарубежным производителям отдать предпочтение?

Купить тепловой насос в Украине нетрудно — несколько зарубежных компаний предлагают свои изделия. Сегодня трудно выбрать из них лучшее, поскольку, 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.

Каков срок эксплуатации теплового насоса и от чего он зависит?

Домашние холодильники советского производства, купленные в 60-х годах прошлого века, кое-где работают и сегодня. А большинство из них люди выбросили не потому, что они перестали работать, а потому, что 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 эксплуатации будет служить долго.