Воздух вода или грунт вода

Правда и мифы о КПД теплового насоса

Преимуществом альтернативных источников энергии является их доступность и дешевизна. Тепловые насосы (тн) используют преобразованную энергию воздуха, воды или грунта, которые являются бесплатными в отличие от газа или угля. Но следует учитывать, что при установке тепловых насосов большие капитальные вложения, которые требуют времени, чтобы окупиться.

Расчет КПД теплового насоса может привести к абсурдным значениям, когда он будет больше 100%. Стандартная формула вычисления КПД некорректна и ошибкой обычно является неучтенный источник энергии (воздух, вода или грунт). У тепловых насосов 2 источника энергии — это электричество и внешний источник тепла (энергия воды, грунта, воздуха), а обычные формулы учитывают только электроэнергию, поэтому получаются значения больше 100%.

Некорректный расчет КПД тн:

• потребление электричества 2 КВт;
• отдает в систему 5 Квт;
• из внешнего источника 6 Квт.

Pпотр./Pсети = 5/2 = 2,5

Такой расчет неправильный, так как здесь нет данных второго источника энергии.

Корректный расчет КПД тн:

Pпотр. /(Pсети + Pист.) = 5 /(2 + 6) = 0,63

Узнать количество низкопотенциальной энергии довольно затруднительно, что и приводит к ошибке.

Чтобы избежать неправильных расчётов были введены специальные коэффициенты:

• COP — определяет во сколько раз тепловая энергия, которую получил потребитель, превышает количество работы необходимой для переноса тепла от низкопотенциального источника;
• степень термодинамического совершенства — оценивает насколько действительный тепловой цикл насоса приближен к идеальному.

В поисках теплонасоса можно наткнуться на рекламное объявление, содержащее неправильную характеристику устройства. Продавцов, распространяющих подобные данные, следует остерегаться. Ведь заявлять, что КПД теплового насоса составляет 300 – 1000% – не только безграмотно, но и некорректно по отношению к покупателям.

Сравнение КПД тепловых насосов: вода, грунт, воздух

Поскольку реально оценить количество энергии, извлекаемой из альтернативного источника, задача достаточно сложная, сделать сравнение КПД тепловых насосов вода, грунт, воздух так же затруднительно. Разумнее сопоставить расходы на эксплуатацию оборудования и эффективность обогрева объекта.

Воздушный тепловой насос

Установка воздушного тн обходится дешевле, но он будет потреблять много электроэнергии. Его эффективность напрямую зависит от температуры окружающей среды. В сильные морозы — ниже -25°С — такое устройство обогрев помещения не обеспечит, есть модели до -40°С.

Водяной тепловой насос

Водяные тн начнут терять эффективность в сильные морозы, внешней энергии будет недостаточно и потребуется дополнительный источник тепла.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тн работают стабильно круглый год. Температура земли на глубине является неизменной, поэтому эффективность таких устройств от поры года не зависит. Однако, для бурения скважин и обустройства коллектора необходимо вложение крупных сумм денег, поэтому установка геотермального теплового оборудования оправдана только в расчете на долгосрочную перспективу.

Расчет COP теплового насоса

СОР рассчитывают на основании показателей температуры источника (Т1) и воды в системе обогрева (Т2), по формуле: СОР = Т2/(Т2 – Т1). Следует учитывать, что tº в этом случае измеряется в Кельвинах. К принятому у нас показателю в Цельсиях добавляют число 273 и производят дальнейшие расчеты.

Для примера: если tº земли составляет 5 градусов Цельсия, а в отопительном контуре она держится на уровне 55, сперва следует преобразовать данные в другую систему измерения: 5+273 = 278 К, 55+273 = 328 К. СОР = 328 / (328 – 278) = 6,56.

Производя расчет COP теплового насоса, необходимо помнить, что он предполагает работу оборудования без учета потерь (при идеальных условиях). На практике значение COP будет гораздо ниже.

Температуру источника изменить невозможно, поэтому для повышения эффективности следует позаботиться о низкотемпературной системе отопления.

Источник

Реальный опыт эксплуатации теплового насоса «воздух-вода»

Выбираете энергоэффективные решения?

Обратите внимание на геотермальные тепловые насосы FORUMHOUSE

Геотермальный тепловой насос EU (старт/стоп)

Геотермальный тепловой насос IQ (псевдоинвертор)

Геотермальный тепловой насос IQ (инвертор)

Постоянный рост цен на энергоносители заставляет собственников загородной недвижимости задуматься, как сократить затраты на отопление. Один из вариантов — построить утеплённый дом с минимальными теплопотерями. Второй шаг — смонтировать низкотемпературную систему отопления. Третье — нагреть теплоноситель тепловым насосом класса «воздух-вода». На первый взгляд кажется, что это — неоправданно дорогое решение, а воздушный тепловой насос будет неэффективно работать зимой. Проверим, так ли это, на примере пользователей FORUMHOUSE, которые установили в доме тепловые насосы.

• Отопление зимой тепловым насосом «воздух-вода» — миф или реальность
• Сколько тепла вырабатывает тепловой насос «воздух-вода» при отрицательных температурах
• Выводы и рекомендации

Тепловой насос «воздух-вода» — реальные факты

Этот вид теплового оборудования вызывает массу споров. Пользователи делятся на два лагеря. Одни считают, что, для отопления дома, ничего лучше не придумано. Другие полагают что, из-за дороговизны тепловых насосов (ТН) и суровых климатических условий во многих регионах РФ, первоначальные вложения не отобьются. Выгоднее положить деньги в банк, а, на полученные проценты, отапливать дом электричеством. Как всегда, истина посередине. Забегая вперёд скажем, что, в статье речь пойдёт только о тепловых насосах «воздух-вода». Сначала немного теории.

Источники тепла для теплового насоса:

Важный момент: Тепловой насос не производит тепло. Он перекачивает тепло из внешней среды к потребителю, но, чтобы тепловой насос функционировал, требуется электричество. Эффективность работы теплового насоса выражается в соотношении перекаченной тепловой энергии к потреблённой из электрической сети. Эта величина называется коэффициент трансформации теплоты COP (coefficient of performance). Если в технических характеристиках теплового насоса заявлено, что COP = 3, то, это означает, что ТН перекачает в три раза больше тепла, чем «возьмёт» электричества.

Кажется, что вот оно, — решение всех проблем — условно говоря, потратив за один час 1 кВт электричества мы, за это время, получим 3 киловатт-часа тепла для системы отопления. В действительности, т.к. речь идёт о воздушных тепловых насосах с внешним блоком, установленным снаружи дома, коэффициент трансформации за отопительный сезон будет варьироваться в зависимости от температуры на улице. В сильные морозы (-25 — -30 °C и ниже) СОР воздушника падает до единицы.

Это останавливает загородных жителей от установки тепловых насосов «воздух-вода» — оборудования, в котором перекаченное тепло используется для нагрева жидкого теплоносителя. Люди считают, что для наших условий — не южных регионов страны, лучше всего подходят геотермальные тепловые насосы с закопанным в землю грунтовым теплообменником — системой труб, уложенных горизонтально или вертикально.

Я часто сталкиваюсь с мифом, что тепловой насос «воздух-вода» неэффективен в морозы, а вот геотермальный ТН — самый то. Сравните коэффициент трансформации теплоты оборудования весной. Геотермальный контур после зимы истощен. Хорошо если там температура около 0 градусов. А вот воздух уже достаточно прогрет. Потребность в тепле уменьшается, но не пропадает летом, т.к. горячее водоснабжение нужно круглый год. Геотермальные ТН отлично подходят для регионов с суровой зимой и длительным отопительным периодом. Для Южного федерального округа и Московской области ТН «воздух-вода» показывает сравнимый с геотермальником среднегодовой СОР.

Можно ли дешево отопить загородный дом зимой тепловым насосом «воздух-вода»

Я инженер. С 2003 года профессионально занимаюсь промышленными холодильниками и климатическими системами и поэтому в теме ТН. В феврале 2017 года я купил дом без внутренней отделки в пригороде Воронежа. Встал вопрос, как отопить коттедж. Была возможность за 400 тыс. руб. завести на участок магистральный газ. Но я выбрал тепловой насос «воздух-вода». На покупку потратил 8 тыс. евро и ничуть не жалею об этом.

Прежде, чем рассказать об эксплуатационных затратах Bavares36 и выгоде использования теплового насоса, опишем, а это важно знать, конструктив дома:

• Отапливаемая площадь двухэтажной «коробки» 130 кв. м.
• «Пирог» стен — панели из арболита толщиной 3.5 см, монолитный сердечник цемент + опилки — 25 см, несъёмная опалубка — пенопласт толщиной 9 см, отделка — декоративная штукатурка 0.5 см. Итого: общая толщина стены – 38 см.
• Перекрытие второго этажа деревянное.
• Крыша утеплена пенопластом толщиной 14 см.
• В доме, на первом и втором этаже, установлены большие окна в пол.

1. Отопление.

• На первом этаже дома смонтировано 8 контуров низкотемпературной системы отопления — тёплый пол (6 контуров) и теплые стены (2 контура).
• На втором этаже 6 отопительных контуров. Два контура теплых стен. Теплый пол в ванной и три контура в комнатах.

1. Система ГВС.

• В доме два санузла. Водопотребители — ванная, душ + мойка на кухне.
• В системе ГВС стоит циркуляционный насос.
• Дополнительно в доме, в санузлах, установлены полотенцесушители.

Для теплоснабжения дома используется тепловой насос «воздух-вода». Оборудование смонтировано и запущено 5 октября 2017 года. Важный нюанс! У ТН «воздух-вода» основная цена приходится на внутренний блок, т.к. в нём находятся: ТЭНы для нагрева воды для ГВС и для дополнительного нагрева теплоносителя в сильные морозы, теплоаккумулятор и прочее оборудование.

Переходим к цифрам. За шесть месяцев отопительного сезона Bavares36 потребил, по данным выделенного на ТН электросчётчика, электроэнергии:

• октябрь — 1000 кВт*ч;
• ноябрь -1000 кВт*ч;
• декабрь — 1000 кВт*ч;
• январь — 1700 кВт*ч;
• февраль — 1900 кВт*ч;
• март — 1900 кВт*ч.

Итого, общее потребление, с октября по март, составило 8500 кВт*ч. Тариф на электроэнергию — 2.52 руб. за 1 кВт*ч. Теперь считаем сколько заплатил пользователь за отопительный сезон включая ГВС: 8500х2.25= 21420 рублей.

За теплый период (с апреля по сентябрь включительно) счетчик теплового насоса «намотал» порядка 2500 киловатт-часов. Т.е. — 6300 руб. Итого, за календарный год, затраты на отопление и горячее водоснабжение — 27720 рублей. Я считаю, что тепловой насос «воздух-вода» отлично подходит для моих климатических условий. ТЭНы подключались периодически, при большом потреблении воды и при морозах -25 градусов Цельсия. А это всего две недели за зиму.

Для полноты картины приведём наблюдения пользователей портала, также эксплуатирующих тепловые насосы «воздух-вода».

У меня дом площадью 250 кв. м построенный из газобетона. Толщина газосиликатных блоков – 300 мм. Стены снаружи утеплены каменной ватой толщиной 10 см и оштукатурены. На первом этаже смонтированы теплые полы. Установленная температура +23 °C. На втором этаже радиаторы. Температуру выставил +24 °C.

Сначала пользователь отапливал дом электрокотлом мощностью 24 кВт. Потом, коттеджей в поселке стало больше, и начались проблемы с подачей электричества. Vovanadm поставил твердотопливный котел мощностью 30 кВт. Но ему быстро надоело быть кочегаром. В итоге пользователь установил тепловой насос «воздух-вода». Почему? Не нужно копать или бурить землю на участке под грунтовый теплообменник. ТН потребляет 2.35 кВт в час. СОР в отопительный сезон 3. Это дешевле, чем отапливать дом электричеством. Далее пользователь хочет перейти на дневной-ночной тариф. Ниже прилагаются фото со смонтированной системой и потреблёнными киловатт-часами с конца сентября по конец октября.

Источник

Грунт-вода или воздух-вода

Для сравнения двух типов тепловых насосов, рассмотрим их особенности, технические характеристики и реальную выгоду от применения

Идея, заложенная в работу теплового насоса, до гениальности проста. Природа насквозь пропитана энергией. Земля, вода, воздух, пески пустынь, скальные породы и даже льды Антарктиды являются накопителями и вторичными источниками, содержащими неиссякаемые запасы низкопотенциальной энергии. Все, что требуется – взять ее, привести к компактному виду и пустить в свои дома. Для этого и был создан тепловой насос (ТН).

По сути, он является термодинамической системой, способной отбирать из низкотемпературных природных источников их рассеянный тепловой потенциал и преобразовывать в концентрированную высокотемпературную энергию, используемую для отопления и горячего водоснабжения.
Уникальность данного оборудования заключается в том, что в мире не существует мест, где оно не может быть использовано. Земля, вода, воздух присутствуют повсеместно, и тепловой насос всегда найдет себе «пищу».

Геотермальные тепловые насосы

Эффективность использования тепловых насосов определяется двумя важнейшими факторами – средой, выступающей источником рассеянной энергии и видом теплоносителя, которому преобразованная энергия передается.
Таким образом, несмотря на множество классифицирующих признаков, наиболее справедливым, объективным и удобным можно считать деление ТН по видам теплоносителей входного и выходного контуров.

1. Геотермальные тепловые насосы — для отбора тепла используют грунтовые скважины глубиной 50-100 м (грунтовый зонд), либо заглубленные параллельно поверхности земли на 0,80-1,50 м грунтовые коллекторы.

Преимущества:

• остается постоянным источником тепла, независимо от изменения внешних температур;
• возможность реализации пассивного охлаждения;
• среднегодовой COP = 4,5…5,5 (зависит от производителя)

Недостатки:

• значительные капиталовложения;
• установка требует значительную площадь для бурения скважин или прокладки коллекторов в грунтовые коллекторы;
• Как правило применяется компрессор типа «старт-стоп» — повышенное электропотребление за счет больших пусковых токов. Как следствие низкий ресурс долговечности компрессора; Для уменьшения количества пусков-остановок компрессора обязательным является применение буферной емкости в системе отопления. Геотермальный тепловой насос с инверторным компрессором не имеет вышеперечисленных недостатков и также не требует применения буферной емкости.
• сложное техническое обслуживание.

Этапы монтажа первичного контура теплового насоса «грунт-вода» с бурением скважин:

• Бурение скважин, опрессовка зондов
• Копка траншей от скважин к распределительному колодцу и укладка горизонтальных участков зондов
• Монтаж и опрессовка распределительного коллектора

Пример таблицы характеристик теплового насоса Vaillant:

2. Тепловые насосы «вода-вода» — используют тепло, накопленное водоемами или подземными водами.

Преимущества:

• демонстрируют самый высокий коэффициент эффективности по отношению к другим типам насосов;
• при установке в открытых водоемах не требуют дорогостоящих бурильных и монтажных работ;
• среднегодовой COP = 5,5

Недостатки:

• Как правило применяется компрессор типа «старт-стоп» — повышенное электропотребление за счет больших пусковых токов. Как следствие низкий ресурс компрессора;
• нецелесообразность использования вдали от водоемов и при глубоком залегании грунтовых вод;
• требуют установки промежуточных теплообменников для защиты теплообменника теплообменника теплового насоса;
• сложное техническое обслуживание;
• возможность непредвиденных поломок вследствие загрязнения теплообменников.

3. Тепловые насосы «вода-вода» – работающие по принципу выработки тепла и холода одновременно.

Пример такого применения

• Любое промышленное предприятие где есть необходимость в охлаждении технологического оборудования (станки, серверы, печи, термопластавтомат и т.п.).

• 
• 
• 

• Зимний режим: охлаждение технологического оборудования и обогрев помещений административного и др. назначений
• Летний режим: охлаждение технологического оборудования и сброс тепла через выносной теплообменник (градирню сухого типа)

Преимущества:

• Самый высокий показатель COP среди тепловых насосов.
• Нет необходимости в монтаже первичного контура. Первичный контур в данном случае — уже имеющееся оборудование, которое выделяет тепло.

Воздушные тепловые насосы

Воздушные тепловые насосы используют тепло наружного воздуха для преобразования ее в тепло

Преимущества:

• Стоимость теплового насоса «воздух-вода» в 1,5-2 раза дешевле чем геотермального;
• Тепловые насосы «воздух-вода» можно применять как для новых объектов так и для модернизации старых систем отопления;
• Тепловые насосы «воздух-вода» функционируют бесшумно и абсолютно безопасны для экологии и человека, так как их работа не связана с взрывоопасными и токсичными веществами, открытым пламенем, выделением газа или дыма;
• Среднегодовой COP = 3,5…4,5 (зависит от производителя);
• Применение инверторной технологии управления компрессором позволяет сократить потребление электроэнергии минимум на 40% по сравнению с обычным «старт-стоп»;
• Работают стабильно даже при низких температурах (до -30°С работают тепловые насосы серии ZUBADAN)
• Не требуют сложного технического обслуживания — достаточно следить за чистотой наружного блока. Остальное идентично любой другой системе отопления/охлаждения;
• Нагревает горячую воду до +60°С. Тепловому насосу необходимо 20-25 минут для нагрева бойлера объемом 300 литров до температуры +45°С;
• В летний период работает для охлаждения и нагрева горячей воды одновременно.

Недостатки:

Уменьшение коэффициента преобразования COP в зависимости от наружной температуры. Данное утверждение совершенно справедливо, но, если учитывать что средняя температура отопительного периода для Киева составляет +1°С, а температура -15..-20°С бывает сутки-двое за зиму, то этим абсолютно можно принебречь, что и подтверждается на практике;

Пример таблицы характеристик теплового насоса Zubadan:

Источник