Desktop [1320] Ipad [990] Tablet [660] Mobile [100%]

Как выбрать и установить тепловой насос для загородного дома

Тепловые насосы являются одними из самых эффективных инструментов для отопления загородных домов. Рассказываем, как они устроены, как их устанавливать и какое дополнительное оборудование может потребоваться.
Качаем тепло

Фото: Viessmann

Качаем тепло

Тепловые насосы и по сей день воспринимаются многими далёкими от физики людьми как нечто загадочное и сложное. Между тем у них есть близкие «родственники», которые хорошо знакомы всем. Это кондиционеры. Когда кондиционер работает в режиме обогрева, он, по сути, мало чем отличается от теплового насоса. Точнее, в бытовом кондиционере используется один из типов теп­лового насоса (о них речь пойдёт ниже). И в некоторых случаях энергоэффективность кондиционеров тоже сопоставима с энергоэффективностью тепловых насосов и значительно превышает эти показатели у нагревательных устройств традиционной конструкции (например, электрических обогревателей). 

Качаем тепло

Варианты устройства первичного контура в грунте: вертикальное (скважинное) залегание, горизонтальное залегание. Визуализация: Игорь Смирягин/Burda Media

Коэффициент эффективности COP. Так называется отношение мощности обогрева к потребляемой мощности, грубо говоря — сколько киловатт тепловой мощности мы получим на каждый потребляемый киловатт электроэнергии. Для электро­обогревателя коэффициент COP примерно равен единице. А вот у кондиционеров и тепловых насосов он может быть 3,0–5,0 и выше. 

Как устроен тепловой насос?

Качаем тепло

Тепловой насос переносит тепло одной среды в другую с помощью трёх взаимо­связанных тепловых контуров. В качестве первой среды может выступать атмосферный воздух, вода (из водоёмов) или земля (грунт). В качестве второй — либо теплоноситель, нагревающий затем радиаторы или водяной тёплый пол (вода), либо воздух внутри помещения. Соответственно, все тепловые насосы можно разделить на шесть типов: воздух-воздух (этот тип и используется в бытовых кондиционерах), вода-воздух, земля-воздух, воздух-вода, вода-вода, земля-вода.

Наибольшее распространение получили модели, в которых первой средой выступает воздух или земля — просто потому, что пригодные для использования водоёмы есть далеко не везде, — а второй средой вода, так как у нас распространено водяное отопление.

Качаем тепло

По среде, выступающей в роли источника тепла, проложен низкотемпературный контур из труб, по нему циркулирует теплоноситель. В процессе прохождения по контуру теплоноситель приобретает такую же температуру, как и среда. Затем он поступает на теплообменник испарителя насоса, где, в свою очередь, нагревает до кипения жидкий фреон, находящийся во вторичном контуре (температура кипения фреона, в зависимости от его состава, может быть –15...–20 °С и ниже). Газообразный фреон переходит в компрессор, где при сжатии происходит его сильный нагрев до 55–75 °С. Далее фреон попадает в теплообменник-конденсатор, где нагретый газ отдаёт тепло среде номер два, воздуху или жидкости-теплоносителю из системы отопления (в третий контур).

Качаем тепло

Тепловой насос «рассол-вода» Bosch Compress 7000i LW/M, мощность от 3 до 12 кВт. Фото: Bosch

4 ошибки при устройстве грунтового теплообменника

  1. Слишком близкое расположение скважин или ниток трубопровода друг к другу. В результате ухудшается теплоотвод от трубопровода, и грунт может быть слишком сильно заморожен — тепловой насос перестанет работать.
  2. Размещение горизонтальных труб в грунте слишком глубокое, ниже уровня промерзания. Аналогично: грунт может быть слишком сильно заморожен и не успеет прогреться за летний сезон.
  3. Размещение коллектора слишком близко к поверхности. При сильных морозах в конце зимы эффективность работы теплового насоса будет резко падать.
  4. Над коллектором возводятся какие-либо строения или сооружения, затрудняющие теплообмен. В этом месте может образоваться своеобразная «вечная мерзлота», ледяная линза, которая не успеет прогреться за летний сезон.
Качаем тепло

Тепловые насосы Ariston Nimbus M. Модель Compact со встроенным баком и аккумулятором

Эффективен ли тепловой насос?

Качаем тепло

Сам тепловой насос (наружный и внутренний блоки) с мощностью, достаточной для отопления и горячего водоснабжения небольшого коттеджа (15–20 кВт), стоит примерно 200–400 тыс. руб. (китайского производства) либо 400–600 тыс. руб. европейского, японского или американского производства. Среди наиболее известных торговых марок тепловых насосов можно назвать Ariston, Buderus, De Dietrich, Mammoth, Mitsubishi Electric, Nibe, Viessmann.

Но помимо теплового насоса вам потребуется низкотемпературный теплообменный контур, стоимость которого может быть сопоставима, а то и выше самого насоса, если этот контур прокладывается в земле. Воздушный низкотемпературный контур будет стоить гораздо дешевле, но его применение в быту ограничивается, во-первых, из-за заметного шума, который производит вентилятор. А во-вторых, низкая температура воздуха в сильный мороз резко снижает эффективность теплообмена. Для комфортной жизни в сильный мороз потребуется устройство бивалентной системы отопления, в которой используется два источника тепла, например теп­ловой насос и газовый конвектор, котёл на жидком топливе, дровяная печь, камин и т. д. Бивалентная система расширяет рабочий диапазон уличных температур. Скажем, до –20 °С работает тепловой насос, а при дальнейшем понижении включается дополнительный источник.

Качаем тепло

Наружный блок воздушного теплообменника. Фото: Viessmann

С земляным низкотемпературным контуром таких проблем не возникает. Температура грунта ниже уровня промерзания не опускается ниже 0 °С, на глубине от 3–4 до 40–50 м она примерно равна среднегодовой температуре воздуха для данной местности (для Москвы, например, это 5,5 °С), а при глубине ниже начинает постепенно повышаться (каждые 50 м на 1 °С). И работает грунтовой теплообменник практически бесшумно.

Практика применения тепловых насосов показывает, что правильно подобранный отопительный комплекс на базе грунтового теплообменника окупается примерно за 20 лет. И это при современных ценах на электричество. В будущем, скорее всего, электричество будет расти в цене, а срок окупаемости, соответственно, сокращаться. Срок службы теплового насоса, заявленный производителями, обычно превышает 20 лет, а срок службы теплообменника и вовсе доходит до 70–100 лет. Так что использование теплового насоса, действительно, может быть экономически оправданно.

Качаем тепло

Фото: De Dietrich

Как выбрать оборудование для теплового насоса?

Выбор отопительного оборудования обычно начинается с определения его требуемой мощности. Производится тепловой расчёт помещения, подсчёт теплопотерь, учитывается необходимое количество горячей воды для ГВС. Этот расчёт — дело ответственное, и поручать его лучше специалисту, чтобы избежать дорогостоящих ошибок. Примерный порядок цифр можно узнать с помощью программ-калькуляторов на сайтах компаний-производителей.

Далее можно выбирать тип насоса с учётом особенностей участка. Если в вашем распоряжении имеется достаточно большой водоём (несколько сотен кубических метров), то, возможно, он подойдёт для размещения теплообменника. Последний выполнен в виде змеевика из гибких полимерных труб, его аккуратно укладывают на дно и закрепляют там грузом.

Воздушные теплообменники  вполне годятся для ветреных южных регионов нашей страны или для бивалентных систем. Их можно размещать на удалении до 30 м от внутреннего блока. На деле их стремятся расположить как можно ближе к дому, так как длинные соединительные линии увеличивают потери и снижают полезную мощность. В идеале это глухая стена дома, подальше от окон спален.

Выбирая тепловой насос с воздушным теплообменником, обращайте внимание на такой параметр, как «минимальная температура наружного воздуха в режиме нагрева». У специально адаптированных к морозам моделей она может составлять –25 °С (у неадаптированных –10...–15 °С).

К преимуществам теплового насоса можно отнести комфортный режим работы, так как насос практически не шумит при работе и не загрязняет атмосферу; летом тепловой насос  может работать как кондиционер, в режиме охлаждения воздуха.

Грунтовой теплообменник (коллектор) может быть устроен несколькими способами. Например, в виде горизонтальной прокладки длинного (несколько сотен метров) трубопровода на плоскости с заглублением выше уровня промерзания (обычно 1,5–2,0 м). Трубопровод может быть уложен по периметру участка или змейкой, как трубопровод тёплого пола, но с гораздо большим шагом. Общая площадь участка земли, занимаемая теплообменником, составляет несколько соток, причём возможности дополнительного использования этой земли существенно ограниченны. На ней не получится разводить огород или сажать деревья. Поэтому многие домовладельцы считают горизонтальную прокладку коллектора нерациональной и предпочитают вертикальную, в виде нескольких скважин, разнесённых друг от друга на 5–10 м. Или в виде одного «куста» скважин (скважины бурятся из одной точки на поверхности, но не вертикально, а под углом обычно не менее 30° по азимуту). Такой «вертикальный» подход позволяет сэкономить на площади, занятой под теплообменник, но удорожает строительство на 30–50 %.  

Принципиальная схема теплового насоса

Качаем тепло

1— источник тепла; 2 — низко-температурный первичный контур; 3 — испаритель; 4 — компрессор; 5 — конденсатор; 6 — третий контур (отопления). Визуализация: Игорь Смирягин/Burda Media

В силу технических особенностей как тепловых насосов, так и систем отоп­ления, работающих с ними, наиболее рациональный сценарий использования — это дом для круглогодичного проживания. Максимальной эффективности тепловые насосы достигают в сочетании с системами «тёплый пол», которые при всех своих преимуществах весьма инерционны. К тому же экономическая эффективность от использования теплового насоса прямо пропорциональна интенсивности его использования. В отечественных условиях (Европейская часть России) наибольшее распространение получили тепловые насосы типа «рассол (земля) — вода» с вертикальными зондами. Они обес­печивают возможность полного покрытия нагрузок по отоплению и ГВС практически независимо от климатических условий.

Сергей Соловьев

Инженер по развитию направления «возобновляемые источники энергии и энергоэффективные технологии» Viessmann Russia



Комментарии (0)