Альтернативне опалення будинку

Альтернативне опалення будинку - схема з тепловим насосом.

Альтернативне опалення будинку

Альтернативним опаленням називають обігрів будинку за допомогою, так званих, альтернативних джерел енергії, до яких в першу чергу відноситься внутрішня енергія планети Земля. На певній глибині, яка залежить від географічного положення місцевості, її температура практично постійна і позитивна в будь-який час року.

Простий приклад: в середній смузі Росії, на півночі України на відстані 170 см від поверхні землі температура становить 8-10 градусів Цельсія. Таку ж температуру мають грунтові води, а річки та озера навіть взимку під товщею льоду мають температуру 3-4 С.

У місцевості, розташованій на півночі, «теплий» грунт може залягати глибше, а в південних районах, навпаки, ближче до поверхні землі. Це означає, що навіть у сильні морози надра Землі мають запас теплової енергії, достатній для обігріву житла. Проблема лише в тому, щоб правильно його використовувати для альтернативного опалення будинків.

Для цього необхідно вирішити непросте завдання: передати тепло від менш нагрітого тіла до більш нагрітого тіла – теплоносієві, використовуваному в системах опалення (нагадаємо, що температура надр землі на прийнятній глибині становить 8-10 С).
Нижче в статі мова піде  про альтернативне опалення будинку тепловим насосом.

 

Просте вирішення складної задачі опалення

Зробити це вдалося лише в середині минулого століття, після винаходу і широкого розповсюдження побутових холодильників, конструкція яких наштовхнула швейцарського «Кулібіна» Роберта Вебера на ідею направити теплову енергію, яка виділяється морозильною камерою,  на господарські потреби і використовувати її для нагріву гарячої води.

Саме так був винайдений сучасний тепловий насос, що представляє собою не що інше, як «зворотний холодильник», образно кажучи, «пристрій відбирає холод у опалювального приміщення і передає його масі Землі».

Зрозуміло, правильніше, з точки зору професіоналів, вести мову про використання запасу теплової енергії менш нагрітого тіла і передачі його більш нагрітого тіла.

У примітивному вигляді цей процес можна описати за допомогою простої формули:

Q = CM (T2-T1), де

  • Q-отримане тепло
  • C-теплоємність
  • M- маса
  • T1-T2 різниця температур, на яку було вироблено охолодження тіла

Це означає, що кількість теплової енергії, що передається при охолодженні того чи іншого тіла, неважливо, чи йде мова про нагрітої російської печі масою кілька тонн або про радіатори опалення, що важить пару десятків кілограмів, прямо пропорційна теплоємності матеріалу, з якого вона виготовлена, його масі і різниці температури, на яку відбувається охолодження.

Неважко здогадатися, що при охолодженні одного кілограма речовини на 50 градусів виділиться така ж кількість теплової енергії, як і при охолодженні 50 кг цієї ж речовини на 1 градус. Іншими словами, при зниженні температури грунту масою в кілька сотень тонн всього лише на частку градуса, можна отримати кількість тепла, цілком достатню для опалення приватного будинку. При цьому охолоджувати можна не тільки грунт, але і воду у водоймах, а також повітря, маса якого також володіє колосальним запасом теплової енергії.

 

На допомогу прийде тепловий насос

Для альтернативного опалення приватного будинку досить купити і встановити тепловий насос, пристрій, спеціально призначене для використання низькотемпературної енергії для опалення та гарячого водопостачання і працює за принципом сучасного кондиціонера або холодильника. До речі, зовні, тепловий насос нагадує звичайний побутовий холодильник, та й по габаритах мало від нього відрізняється.

Для того щоб зрозуміти, як саме працює тепловий насос, досить згадати пристрій і принцип дії холодильника, в якому тепло «відбирається» у продуктів і «викидається» в навколишнє середовище. Саме тому рекомендується при установці холодильного обладнання створювати навколо нього вільний простір, що забезпечує своєчасний відвід тепла.

Якщо холодильник забирає тепло у продуктів і генерує холод, то тепловий насос забирає його у маси землі, води або повітря і направляє отриману теплову енергію для опалення будинку. У ньому, так само, як і в холодильнику, мається випарник, дросель, компресор і конденсатор. Основна відмінність в роботі в цих пристроїв створюється за рахунок налаштувань.

Принцип роботи теплового насоса описується за допомогою циклу Карно. Розглянути його можна на прикладі системи опалення будинку за допомогою теплового насоса, що перекачує низькотемпературну енергію маси землі.

 

Як працює тепловий насос

Холодоагент, що циркулює по замкнутому контуру, надходить у випарник, де відбувається його розширення, що супроводжується збільшенням об’єму і зниженням рівня тиску. При цьому також відбувається випаровування холодоагенту і зниження його температури. У ході цього процесу холодоагент активно забирає теплову енергію від стінок випарника, з’єднаних з теплообмінником, по якому рухається теплоносій, званий в системі теплових насосів «розсолом». У цей час в систему теплового насоса надходить теплова енергія маси землі.

Потім холодоагент надходить у компресор, де відбувається його стиск, а потім виштовхування в конденсатор, в ході якого відбувається підвищення температури холодоагенту до 80-120 С.

При цьому відбувається передача тепла теплоносію, циркулюючому по теплообміннику, з’єднаному з конденсатором. Охолоджений холодоагент надходить у випарник і процес повторюється.

Працює тепловий насос від електричної мережі, але споживання електроенергії та витрати на неї мізерно малі в порівнянні з отримуваним ефектом, що особливо важливо для альтернативного опалення приватного будинку.

Під час роботи теплового насоса теплоносій може нагріватися до температури вище 100 градусів Цельсія, що цілком достатньо для опалення та гарячого водопостачання і дозволяє створювати певні запаси тепла, нагріваючи, наприклад, тепловий акумулятор.
Для забезпечення комфортних умов та скорочення споживання електроенергії теплові насоси оснащують термостатами, за допомогою яких підтримується необхідна температура нагріву теплоносія.

 

Види теплових насосів

Теплові насоси класифікують залежно від виду теплової енергії, використовуваної для їх роботи. У цьому зв’язку розрізняють:

  • Геотермальні насоси, вертикальні і горизонтальні, що використовують тепло підземних вод. При цьому передача тепла йде за схемою «вода-вода»
  • Водні, що використовують тепло озер, річок і морів. При цьому передача тепла також йде за схемою «вода-вода»
  • Повітряні, що використовують тепло повітряних мас. Передача тепла йде за схемою «повітря-вода»
  • Грунтові, що використовують теплову енергію грунту. Передача тепла йде за схемою “грунт-вода”

 

Переваги і недоліки теплових насосів

Альтернативне опалення на базі теплового насоса має ряд переваг:

  • Він безпечний для навколишнього середовища і людини. З ним можна бути впевненим, що дому не загрожує пожежа від несправного обладнання, у приміщення не надійдуть димові гази, а навколишнє середовище не постраждає від двоокису вуглецю
  • Тепловий насос дозволяє отримувати дешеву теплову енергію
  • Він може змінювати режими роботи і влітку використовуватися для кондиціонування повітря
  • Він надійний і довговічний

Не випадково в розвинених країнах, наприклад, Японії, саме використання теплових насосів вважається найперспективнішим напрямом в альтернативному опаленні будинків.

Залишити коментар