В настоящее время активно используют нетрадиционные источники получения тепла для обогрева помещения. Одним из самых эффективных является тепловой насос, принцип действия которого основан на обратном цикле Карно.
Принцип работы
Основной принцип действия работы тепловых насосов основан на двух физических свойствах:
- Передача энергии между жидкостями с высокой и низкой температурой.
- Увеличение температуры жидкости за счет ее сжатия (давления).
Наглядно работа геотермального теплового насоса показана на рисунке:
Принцип действия теплового насоса
Как известно, чем глубже от поверхности земли, тем выше будет температура среды. Грунтовые воды, протекающие на глубине от 5 м никогда не замерзают и имеют среднюю температуру около 10°С.
[box type=»info» ]Для организации передачи тепловой энергии от них потребуется 3 жидкостных контура. Первый – это постоянно циркулирующие грунтовые воды. Это и есть основной источник получения тепловой энергии. Данный контур с помощью капиллярной системы соединен с хладагентом. Он имеет низкую температуру кипения — 10°С.[/box]
При быстром понижении давления хладагент (фреон) испаряется и начинает движение по 2-му контуру. По мере прохождения через зону 1-го контура с грунтовыми водами он получает от них тепловую энергию (около 4°С из 10). После этого фреон с повышенной температурой переходит снова в жидкое состояние и поступает в компрессор. В процессе возрастания давления происходит резкое повышение температуры Фреона (до 125°С). С помощью теплообменника эта энергия передается теплоносителю системы отопления. Далее фреон снова переходит в газообразное состояние и цикл повторяется.
На практике, вместо грунтовых вод используют незамерзающую жидкость, которая собирает энергию из почвы.
Использование данного типа получения энергии имеет ряд преимуществ и недостатков.
Преимущества:
- Экономическая эффективность использования. Энергия, в данном случае – электрическая, затрачивается только на работу компрессора. Для нагрева теплоносителя применяют только физические свойства фреона.
- Экологическая чистота процесса. При соблюдении всех норм данная система обогрева является самой экологически безопасной для окружающей среды.
- Используя реверсивный клапан, можно не только отапливать дом в зимний период, но и охлаждать его в летние месяцы.
Недостатки:
- Главным недостатком данной системы отопления является большая протяженность первого контура с грунтовыми водами или незамерзающей жидкостью. Для получения тепловой энергии на 1 м² необходима труба 5 м.п. Т.е для дома в 120 м² протяженность 1-го контура составит 600 м. Для реализации этого трубы укладывают «змейкой», но даже в этом случае общая площадь будет велика. В качестве альтернативы можно сделать 2 скважины и использовать грунтовые воды, температура которых в некоторых регионах может быть даже выше 10 °С.
- Применение теплового насоса возможно только в доме с хорошей термоизоляцией, т.е. с минимальными тепловыми потерями.
- Из-за низкой температуры теплоносителя (60-65°С) потребуется установка радиаторов большой площадью. Вместо этого рекомендовано делать обогрев дома с помощью систем «теплый пол», что дороже и сложнее при монтаже.
- Высокая стоимость. Организация данной системы нагрева теплоносителя довольно высока. Это связанно со сложными конструкциями трубопроводов и большой стоимостью оборудования.
Несмотря на все недостатки , использование геотермальных тепловых насосов растет с каждым годом. В настоящее время существуют системы, способные забирать тепловую энергию не только из грунта, но и из воздуха. Они распространены в странах с теплым климатом, где температура не опускается ниже 0°С.
