Все мы привыкли, что для отопления наших домов используется тепловая энергия от сжигания горючего или требуется большой расход электроэнергии. Постоянный рост цен на энергоносители заставляет собственников домов задуматься, как сократить затраты на отопление. А что если отапливать дом, используя для этого бесплатную тепловую энергию лужайки перед вашим домом или даже прудовой воды?
Такой способ существует. Основное отличие теплового насоса от традиционных способов отопления в том, что энергия тратится не на прямой нагрев теплоносителя, а на перекачку и «умножение» тепла из окружающей среды.
Для передачи тепла при работе теплового насоса используется второй закон термодинамики, в основе которого лежит тезис: тепло всегда передается от более нагретого тела к менее нагретому.
Несмотря на то, что для его сбора и использования природного тепла все равно нужно затратить какую-то часть электрической энергии, тепловые насосы примерно на 80% экономичнее по сравнению с традиционными источниками обогрева.
Задача теплового насоса – собрать природное тепло, усилить и передать его для дальнейшего использования в систему отопления и горячего водоснабжения вашего дома.
Кроме того, тепловой насос намного безопаснее газовых котлов. Работу теплового насоса часто сравнивают с холодильником, так как принцип их работы аналогичен.
Тепловой насос можно использовать также и в режиме кондиционирования дома.
История создания и принцип работы
В 1940-х годах изобретатель-энтузиаст Роберт Вебер прикоснулся к горячей трубе на выходе из холодильной камеры и задумался о том, что это тепло можно было бы использовать для нагрева воды. Он удлинил трубопроводы, которые отводят тепло из морозилки и поместил их в емкость с холодной водой.
Таким образом ему удалось обеспечить себя и свою семью горячей водой. Позднее он понял, что излишки тепла можно использовать ещё и для обогрева собственного дома. Для этого он стал пропускать нагретую воду по трубе через змеевик, позади которого изобретатель разместил вентилятор.
Фото: samogonpil.ru
Так у Вебера получилось решить сразу несколько проблем: охлаждать продукты, а полученное при этом тепло использовать для нагрева воды и отопления. Но одной морозилки было недостаточно для обогрева всего дома, поэтому изобретателю пришла еще одна идея – собирать тепло из недр земли прямо перед его домом.
Вебер знал, что на большой глубине земля хранит в себе накопленную энергию солнца. Поэтому он вкопал в землю медные трубы, заполненные солевым раствором. Этого было достаточно, чтобы нагревать трубы на несколько градусов.
После этого удачного эксперимента старая угольная печь Веберу больше не пригодилась.
Как работают современные тепловые насосы?
Фото: Oboiman.ru
Современный тепловой насос состоит из трех независимых контуров:
- первый контур – незамерзающая жидкость для отбора тепла из природных источников;
- второй контур – хладагент, жидкость, которая кипит и испаряется даже при отрицательных температурах;
- третий контур – замкнутая система отопления.
Трубопроводы с незамерзающим раствором, температура которого должна быть ниже используемого тепла земли, воздуха или воды, подводят к окружающей среде.
Фото: strojvodproekt.ru
В случае обустройства теплового насоса по принципу «вода-грунт» источником обогрева служит геотермальная энергия земли. Для этого перед домом бурят глубокую скважину и опускают внутрь трубопроводы в виде петли.
Если позволяет площадь земельного участка, можно размещать трубы в виде горизонтального грунтового коллектора.
Фото: hitmoll.com
Если рядом с домом расположено озеро или пруд, можно использовать тепловую энергию воды. В этом случае трубы первого контура укладывают в водоем в виде горизонтального кольцевого коллектора.
Фото: twitter / @WaterlooEnergy
Поглощая тепло из земли/воды, трубы возвращаются в дом, нагреваясь на несколько градусов и отдают тепло во внутренний контур теплового насоса, который заполнен хладагентом.
Важным отличием хладагента как теплоносителя является то, что он использует фазовый переход – кипение, испарение и конденсацию, а температура кипения хладагента ниже ноля. Поэтому для его нагрева подходит даже прудовая вода в холодное время года.
Получая тепло в теплообменнике-испарителе, хладагент закипает и превращается в пар, а затем в газообразном состоянии передается в компрессор, который сжимает его пары, тем самым нагревая его до температуры 50–60 градусов и отравляет в третий контур.
Чтобы понять почему происходит нагрев газа в в компрессоре, можете вспомнить как нагревается корпус велосипедного насоса, когда вы накачиваете с его помощью колеса. Атомы воздуха, которые отталкиваются от поршня внутри насоса, движутся вниз с большей скоростью, чем те, что движутся ему навстречу. Мы привыкли все разделять на холодное и горячее. Но температура это всего лишь скорость движения атомов. И чем она выше, тем выше их температура.
Теперь нагретый и сжатый до горячего состояния хладагент готов, чтобы передать тепло в отопление вашего дома. Проходя через теплообменник отопительного контура, хладагент остывает, отдавая тепло и снова становится жидким.
Но пока температура хладагента недостаточно низкая, чтобы можно было снова забрать тепло окружающей среды. Его нужно дополнительно охладить, а также снизить его давление, поэтому после теплообменника с отоплением его пропускают через дроссель.
Этот эффект вы также можете вспомнить из жизни. Когда вы распыляете краску из баллончика, его корпус становится очень холодным.
После прохождения через дроссель, цикл повторяется снова.
Тепловой насос также отлично подходит для кондиционирования воздуха в летний период. В этом случае тепловой насос переключается в летний режим с помощью трехходового крана и функции испарителя и конденсатора меняются местами.
К недостаткам теплового насоса можно отнести его относительную дороговизну. Окупается тепловой насос лишь через несколько лет работы.
Таким образом, тепловой насос позволяет отапливать дом и значительно сэкономить ваш бюджет. Работает в автоматическом режиме, безопасен, так как не использует открытого огня, а при его работе не выделяются вредные для человека и природы вещества.
Но нужно помнить, что монтаж теплового насоса лучше доверить специалистам, так как неправильная установка часто является причиной неэффективности всей системы.
Комментарии (9)