Миф про тепловые насосы

В климатических условиях Урала использование теплового насоса является весьма проблематичным . Но не и невозможным. Тепловой насос работает точно так же как и холодильник. Принцип работы теплового насоса заключается в том, чтобы «отнять» тепло у некоего продукта (охладив его) и передать это тепло в отопительную систему. Согласно закону сохранения энергии, тепло (как вид энергии) никуда не теряется, не пропадает и не возникает из ниоткуда. Оно или меняет свой вид, или переходит от одного тела к другому.

Кухонный холодильник, «отняв» тепло у продуктов, поддерживает их низкую температуру. Поэтому работает периодически, компенсируя теплопотери через свои стенки. Но если продукты постоянно заменять – то холодильник будет работать непрерывно. Так и устроен тепловой насос. Он постоянно охлаждает какой то источник тепла (воздух, воду, грунт), и передает отнятое тепло воде в системе отопления или воздуху внутри дома.

Особенность теплового насоса состоит в том, что на 1 кВт затраченной при его работе электроэнергии, мы можем получить 3-5 кВт тепловой энергии! Такое соотношение «затраты – результат» делает использование теплового насоса весьма заманчивым и перспективным. И стоимость отопления с помощью теплового насоса становится весьма конкурентоспособной даже по сравнению с пеллетами и дровами! При этом оно гораздо экологичнее и чище.

Для нормальной работы теплового насоса требуется «бесконечный» источник материала, у которого можно отнимать тепло. В их качестве выступает атмосферный воздух, вода (грунтовая, озерная или проточная), сам грунт ниже глубины промерзания (там он имеет температуру +4 градуса). Каждый из вариантов теплового насоса имеет свои особенности, поскольку в тепловом насосе используется хладагент, который способен «отнимать тепло» до определенной температуры (минус 15-20 градусов).

Тепловой насос типа «воздух – вода» или «воздух-воздух» использует в качестве источника тепла атмосферный воздух. Его теплообменник представляет собой «абстрактную» скульптуру из труб, высотой несколько метров. Она устанавливается на самом продуваемом месте участка. Дело в том, что для того, что бы отопить дом, потребуется примерно 10 КВт в час. (или 36.000 КДж тепла). Один кубометр воздуха имеет теплоемкость около 1,3 КДж на 1 градус. Воздух мы сможет остудить только до -15 градусов. И если он имеет температуру, например, -5 градусов, то мы сможет «отнять» всего лишь 10 градусов его температуры, т.е. 13 КДж тепла. А что бы отопить дом, надо будет охладить 36.000/13 = 2800 кубометров воздуха за час! Не стоит пугаться такой большой цифры… В часе 3600 секунд, в ветер дует со скоростью несколько метров в секунду… Т.е. теплообменник площадью в несколько метров с лихвой перекроет наши потребности.

Проблема тут в том, что температура воздух зимой на Урале значительно ниже рабочей температуры теплового насоса. Поэтому использовать тепловой насос «воздух» в чистом виде весьма проблематично.

Тепловой насос использующий тепло Земли, вернее грунта более надежен. Если уложить достаточное количество труб в грунт и прокачивать по ним некий промежуточный теплоноситель, то он будет нагреваться до температуры +4 градуса. Но и тут не все так просто. Нагреваясь, он будет охлаждать прилегающий к нему грунт. И необходимо некоторое время, что бы тот снова нагрелся. Т.е. требуется прокладка трубопроводов в грунте очень большой длины (сотни метров). Трудозатраты на обустройство такого коллектора делают проект трудноосуществимым.

Тепловые насосы типа «вода-вода» более перспективны. Они для своей работы используют тепло грунтовых, проточных и других вод, включая сточные. Вода значительно более теплоемкое вещество по сравнению с воздухом. И что бы получить заветные 36.000 КДж, требуется охладить примерно 3-4 тонны воды на 3-4 градуса. Это не мало, так как грунтовая вода имеет тоже не высокую температуру в + 4-5 градусов и сильно ее переохлаждать нельзя, что бы она не замерзла, а дренировалась обратно в землю. Добыть такое количество воды проблема, грунтовых вод у нас на недостаток. Проблема также и в дренаже. За сутки придется достать, охладить и дренировать десятки тонн воды! Многие ошибочно полагают, что ее можно просто сливать в точно такую же скважину, как и та, через которую ее добывают. Но это не удастся сделать, так как грунт будет неспособен принять такое большое количество воды из-за трудности ее всасывания в грунт. Выход проблемы – сброс воды в ближайший ручей, речку, дренажную сточную систему. Хорошо тем, кто живет на берегу реки. Фактически только там без больших дополнительных затрат можно использовать тепловой насос типа «вода-вода», так рядом – естественная дренажная система, способная отвести любое разумное количество воды.

Тепловой насос «лед – вода». Как видите, ни один из предлагаемых дилерами тепловых насосов не подходит для российских условий. Однако, возможен вариант устройства теплового насоса типа «лед-вода». Дело в том, что вода, при замерзании выделяет очень много тепла (330 КДж/кг), что почти в 80 раз больше, чем она выделяет при остывании на 1 градус. При этом она фактически не меняет свою температуру (около -1 градусов) пока не замерзнет вся. Это тепло фазового перехода воды из жидкого в твердое агрегатное состояние заманчиво использовать. Для получения часовой нормы отопления (36.000 КДж) потребуется заморозить всего 120 литров воды! И при этом можно использовать тепловой насос «воздух-вода». Необходимо лишь доработать теплообменник, что бы он охлаждал не воздух, а воду и мог избавляться ото льда. Так же потребуется разработать систему удаления льда после его образования. Формально, его можно просто складировать, а весной и летом он сам растает… За зиму его может накопиться около 200-300 тонн. (Примечание редактора. Бред какой-то. Про лед особенно, закончим статью)