Опалювання заміського будинку

Для опалювання заміського котеджу все частіше застосовують теплові насоси, які не тільки завжди забезпечують тепло в будинку і нормальне функціонування системи гарячого водопостачання, але також і є одним з найекономічніших і екологічно чистіших методів опалювання

У цьому житті немає нічого постійного: все тече, все міняється, і в першу чергу ціни на енергоносії. Ціна рідкого, «блакитного» і іншого палива скаче то вгору, то вниз, електроенергія постійно дорожчає, а будинок в холодну пору року, як і раніше, потрібно опалювати. Ця проблема могла б зробитися нескороминущим головним болем домовласників, тим часом джерело тепла завжди поряд, причому вічний, — це земля.

Більшість господарів заміських будинків, вирішуючи проблему опалювання, потрапляють в залежність від того або іншого джерела енергії. Якщо в котеджі встановлений електричний казан, то господар стає заручником не тільки тарифів на електроенергію, але і стану електричних мереж. А це стан, як відомо, нерідко залишає бажати кращого. Газові і жідкотоплівниє казани зав'язані на тиск в трубі або наявність солярки в накопичувальній місткості; та і твердотоплівниє страждають тим же недоліком.

Останнім часом особливої цінності набуває такий різновид опалювального устаткування, як теплові насоси. Палива, як такого, для них не потрібний, а джерело тепла практично невичерпне. Тому що це джерело — земля. На глибині температура грунту постійна і завжди на декілька градусів вище за нуль. Цей низькотемпературний потенціал і використовується тепловим насосом.

Чи може цей потенціал коли-небудь вичерпатися? Не може. Чи можливі перебої з надходженням такої енергії? Немає. А значить, ми отримуємо по-справжньому незалежне і невичерпне джерело теплової енергії, якою можна опалювати індивідуальний будинок. Але це не єдина гідність теплових насосів.

Просто, як все геніальне

Спершу відзначимо, що тепловий насос дозволяє опалювати будинок без щонайменшого забруднення навколишнього середовища. Спалювання вугілля і солярки в екологічному відношенні небезпечно, навіть використання газу спричиняє за собою шкідливі викиди. Тут же ніяких викидів, оскільки принцип роботи таких опалювальних систем не припускає утворення шкідливих речовин.

Спершу перерахуємо агрегати, з яких складається типовий тепловий насос. Це теплообмінник (випарник), що підвищує тиск компресор і конденсатор. Вони зв'язані між собою замкнутим трубопроводом, в якому циркулює хладагент. У одній частині циклу цей хладагент є рідина, в іншій — газ, тобто в процесі циркуляції він міняє агрегатний стан.

Джерело тепла в даному випадку не можна використовувати безпосереднім чином. Посудите самі: якщо температура землі складає 5–10 градусів, то як можна безпосередньо підключитися до такого «джерела»? Проте, оскільки температура навколишнього середовища в холодну пору року ще нижча, використовувати можна і це джерело. Тобто відбирати надлишок тепла у землі (або води — тут немає різниці), щоб потім нагрівати повітря в приміщенні.

Принцип дії теплового насоса заснований на правильно організованому обміні теплом. Трубопровід укладається, допустимий, в землю або на дно озера, де температура стабільна і, як правило, вище за нуль. По трубах циркулює охолоджений теплоносій, який нагрівається на декілька градусів. Потім він поступає в теплообмінник (випарник), де віддає отримане тепло у внутрішній контур теплового насоса, заповнений хладагентом.

Носій має дуже низьку температуру кипіння і, проходячи через випарник, міняє агрегатний стан, перетворюючись з рідини в газ. Процес протікає при низькому тиску і низькій температурі: -50С. Далі газоподібний хладагент потрапляє в компресор, де стискається до стану високого тиску і високої температури, після чого поступає в другий теплообмінник — конденсатор. І вже там відбувається теплообмін між гарячим газом і теплоносієм з трубопроводу системи опалювання. Віддавши тепло системі опалювання, хладагент охолоджується і знову переходить в рідкий стан, тоді як нагрітий теплоносій в системі опалювання нагріває повітря в будинку.

Після цього хладагент може бути охолоджений додатково — з тим щоб його тепло поступило в систему опалювання і ще більше підвищило температуру теплоносія. Здійснюється ця операція за допомогою сабкулера — пристрою, що забезпечує витягання додаткової енергії. Лише потім хладагент (використаний, так би мовити, за повною програмою) через редукційний клапан знову потрапляє у випарник, а далі в зовнішній контур системи, і цикл повторюється.

Можливо, комусь це пояснення здасться складним, хоча насправді принцип роботи простий, як все геніальне. Головне: витягнути природне тепло, яке у нас буквально під ногами, після чого його можна використовувати.
В реальному вимірюванні
Втім, від одного лише виклади принципу дії нам, як мовиться, ні тепло ні холодно. Вся ця теорія повинна бути адаптована до конкретної ділянки і мати реальне і наочне наповнення.

Трубопровід прокладається на глибині 1–1,5 м. Мінімальна відстань між сусідніми трубопроводами повинна складати близько метра. Готувати грунт при цьому не потрібний — він і так поділиться природним теплом. Хоча, звичайно, в одних грунтах цей процес йде інтенсивніше, ніж в інших. Бажано використовувати ділянку з вологим грунтом, краще всього — з близько відповідними грунтовими водами. Хоч і сухий грунт не стоятиме на заваді для пристрою системи, потрібно тільки збільшити довжину трубопроводу.

Зразкове значення теплової потужності, що доводиться на один метр трубопроводу, — 20–30 Вт. Простій арифметичний підрахунок підкаже, що для установки теплового насоса продуктивністю 10 квт потрібно буде укласти в землю контур завдовжки 350–450 м. Для цього підійде ділянка площею близько 400 кв. метрів.

Чи слід укладати трубопровід нижче за рівень промерзання грунту? Фахівці вважають, що це не є обов'язковою вимогою, оптимальна глибина — 1–1,5 м. При цьому ніякої шкідливої дії на садовий-городну або ландшафтну рослинність трубопроводи теплових насосів не надають.

У деяких місцях нашого регіону (зокрема, на півночі Карельського перешийка) спостерігається вихід на поверхню скельних порід. Так от, їх теж можна використовувати для збору природного тепла. При цьому в скелі буриться теплова свердловина завглибшки декілька десятків метрів і діаметром 10–15 см, в неї встановлюють трубопровід, що має форму букви «U». Принцип дії теплового насоса з вертикальним колектором такий самий, як укладеного в землю горизонтально.

Крім того, можна експлуатувати глибинне тепло природних водоймищ. В цьому випадку контур укладається на дно водоймища. Оскільки зовнішній контур порівняно короткий, а температура води у водоймищі навіть взимку не опускається нижче за плюс чотири градуси, коефіцієнт перетворення енергії тепловим насосом високий. Орієнтовне значення теплової потужності, що доводиться на метр трубопроводу, — 30 Вт, а значить, для установки теплового насоса продуктивністю 10 квт в озеро необхідно укласти 300-метровий контур. Щоб трубопровід не спливав, на шланг навішують спеціальні вантажі.

Нарешті, тепловий насос може «смоктати» тепло і з тієї води (щодо теплої), яка скидається в каналізацію, а також з викидів вентиляції і димових газів. Словом, всяке тепло можна поставити на службу.

Відзначимо також реверсивний характер роботи подібної системи. Тобто в холоди тепловий насос, як і належить, забезпечує опалювання будинку і нормальне функціонування системи гарячого водопостачання. А літом він може віддавати надлишок тепла, що скупчується в будинку, грунту.

Зрозуміло, що таку непросту систему розрахувати і встановити самостійно не представляється можливим. Допоможуть спеціалізовані фірми, що мають всі необхідні ліцензії. Слід звернути увагу, що теплові насоси — це не газові казани, які поставляються на ринок сотнями фірм. Професійно ними поки займаються небагато компаній. Тільки їх фахівці допоможуть здійснити вибір оптимального теплового джерела, розрахувати параметри майбутньої системи, а потім встановити устаткування і налагодити його ефективну роботу.
Экономический аспект
Якщо говорити про моделі побутових теплових насосів, то ринок зараз пропонує вже досить широкий вибір. Можна зустріти теплові насоси шведських компаній IVT, MECMASTER, THERMIA, австрійською OCHSNER, німецьких VAILLANT, VIESSMANN і STIEBEL ELTRON, італійською CLIMAVENETA, а також ряду інших фірм. Це устаткування розрізняється за принципом дії, потужністю, ну і, звичайно, за вартістю. Але для всіх типів теплових насосів характерні загальні особливості, які треба пам'ятати при виборі.

Слід знати, що тепловий насос виправдовує себе тільки в добре утепленій будівлі: чим тепліше будинок, тим більше вигода. Друга особливість полягає в тому, що найбільш вигідне підключення агрегату до низькотемпературних систем опалювання. Є на увазі, зокрема, обігрів від водяної полови або теплим повітрям, оскільки в цих випадках теплоносій не повинен бути гарячіше 35°С.

А ось ніж гарячішу воду агрегат готує для вихідного контура, тим меншу потужність він розвиває і тим більше витрачає електрики. Крім того, для більшої ефективності практикується експлуатація теплових насосів з додатковим генератором тепла. Нерідко потужність теплового насоса 70–80% від розрахункової отопітельной. Вона покриватиме всі потреби будинку в теплі до тих пір, поки вулична температура не опуститься нижче визначеною, наприклад -10°С. За цим температурним порогом в роботу включається другий генератор тепла — невеликий электронагреватель або, допустимий, жідкотоплівний казан. Оптимальний варіант, виходячи з можливостей домовласника і особливостей домашньої інженерії, допоможе вибрати фахівець.

Ще треба пам'ятати, що працює таке теплове устаткування з використанням електрики. Проте, витрачаючи один кіловат електричної енергії, ви маєте на виході 3–4, а то і 5 квт енергії тепловою, тобто вигода тут очевидна.

Що стосується вартості таких систем опалювання, то вона варіює в досить широких межах. Наприклад, тепловий насос потужністю 10–11 квт може коштувати приблизно 6–7 тис. євро, а якщо його потужність 15–20 квт, то ціна буде 10 тис. євро і вище. Хоча можна знайти і досить могутній тепловий насос за порівняно скромною ціною — тут все залежить від виробника. Як затверджують ті, хто давно експлуатує таке устаткування, воно окупається за декілька опалювальних сезонів. Після чого ви користуєтеся теплом зовнішніх джерел практично безкоштовно.

Невипадково теплові насоси вже давно з успіхом застосовують в Америці і Європі, причому як для опалювання індивідуальних будинків, так і для теплопостачання крупних міст. Зокрема, вони обігрівають Стокгольм, а як джерело тепла служить Балтійське море. Отже, думається, у цього невичерпного джерела велике майбутнє