Захотелось написать о тепловых насосах - "как оно есть на самом деле", с точки зрения практики. Поскольку среди знакомых я известен как "физик", практики с расчётами всякого странного непрофильного у меня много, и при расчёте/установке двух систем ТН с грунтовым контуром я участвовал. (Все, кто знаком с "говорят, ты программист тут надо винду поставить", легко поймут, как так получилось).
Сначала 3.5 минуты очень простой теории. Тепловой насос - это холодильник, машина, которая охлаждает холодное и вытащенным теплом нагревает тёплое (точнее, наоборот: холодильник - это один из случаев теплового насоса, но холодильник-то все видели и знают). Этот процесс, согласно второму закону термодинамики, требует вложения механической (электрической или любой другой низкоэнтропийной) энергии. И чем меньше разница температур, тем меньше нужно вложить электрических ватт на каждый ватт перекаченного тепла. Идеальная машина, работающая по обратному циклу Карно, тратила бы в Тгор/(Тгор-Тхол) меньше электричества на каждый перекачаный ватт (NB: температуры тут абсолютные, "градусы цельсия + 273", это важно).
Реальные машины в 2-5 раз хуже идеальной, так что на практике получается в разы больше, но принцип остаётся тем же: чем меньше разница температур, тем выгоднее тепловой насос. Это основной, фундаментальный факт, из которого прямо следует всё остальное на практике, все технические решения с их сложностями, плюсами, минусами, вся экономика напрямую следуют из этого.
Скажем, если мы забираем тепло при 0С и нагреваем что-то с 30С, то теоретический КПЭ (коэффициент преобразования энергии) равен чему-то там около е = 313/(313-273) ~= 10. Плюс 1, то есть, в сумме ~= 11. (Потому что мы скидываем потраченную нами механическую энергию в тепло на "горячей" стороне, и вся она нам в плюс - тоже идёт в нагрев. Если мы охлаждаем (холодильник, кондиционер), то это рассеянное тепло нам для целевой функции бесполезно, и там единички не прибавляется.) На практике машины в несколько раз хуже идеальной, так что обычный кондей даст КПЭ что-то там около 4-5 (ну, 5 - это очень хорошие машины).
Для любого ТН доступны графики - зависимость КПЭ от температур на входе и на выходе. Их (помимо всего прочего) нужно внимательно смотреть перед решением о покупке.
Важно ещё понимать, что для на любом теплообмене теряются градусы. Скажем, если ТН греет воду, которая греет пол, который греет воздух, то нужен большой перепад температур, чтобы в компактном теплообменнике достаточно быстро греть воду, нужен перепад температур, чтобы греть пол, и пол тоже должен быть горячее воздуха, чтобы греть воздух. На каждом этапе нужен тепловой напор в несколько градусов, и если их просуммировать, то выходит, что ТН греет воду до куда более высокой температуры, чем нужно... а помним: больше разница температур - больше затраты электричества. Лишняя разница температур - это напрямую затраты бабла на эксплуатации.
Всё.
...
Теперь, зная эти основы, посмотрим: где можно взять "холодное" тепло для нагрева жилища или горячей воды.
- Самое простое и доступное везде - воздух.
И да, так делают: нынче многие, почти все кондеи умеют работать в режиме отопления. Проблем тут две, и первая - никак не поборима: отопление требуется тогда, когда снаружи холодный воздух. И чем он холоднее, тем больше требуется отопления. Но чем воздух холоднее, тем сложнее отбирать от него тепло, тем меньше КПЭ и итоговая тепловая мощность кондея на отопление. Получается очень неудобно: когда отопление больше всего нужно, его меньше всего, зато максимальная мощность доступна именно тогда, когда нафиг не нужна.
Значит ли это, что кондей (ТН "воздух-воздух") бесполезен? Не, нифига. Во-первых, как расскажет любой продаван, есть машины (конкретно пример: "Мицубиси", серия "Зубадан"), которые нормально работают при -20С и имеют КПЭ около 2. Два больше одного у электрокотла, как ни крути. Во-вторых, много где (к географии ещё вернёмся) значительная часть отопительного сезона проходит при более высоких температурах, а чем теплее снаружи - тем выгоднее воздушный ТН. В межсезонье, весной-осенью ТН "воздух-воздух) вполне может быть единственным источником тепла, и он отлично комбинируется с печкой, например. Топить печку, когда снаружи 0..+10С не очень удобно - либо перетоп, либо топить нужно понемногу и часто (что для печки нехорошо), кондей в режиме отопления закрывает вопрос полностью.
По плюсам:
- ставятся такие машины просто, дёшево и быстро, за день, никаких особо сложных и дорогих работ не требуют. Купил, приехали, поставили, всё - в тот же день работает;
- сами по себе они недорогие, и это вещь в себе - сам себе и котёл, и система отопления, поставил - всё сразу есть;
- плюс, как ни крути, кондей с функцией обогрева - машина двойного назначения: жарко - холодит, прохладно - греет.
- КПЭ относительно высок, потому что ТН "воздух-воздух" греет воздух без посредников.
Из таких уж явных минусов:
- основной системой отопления может быть лишь на югах (из русских югов это юг Краснодарского края и Крым, и то с оговорками);
- шум (от компрессора, от внутреннего и от наружнего блоков - ещё и аэродинамический, воздуха нужно гонять много и быстро);
- вода и всё с ней связанное: она то конденсируется на внутреннем блоке, то замерзает на внешнем, то на внутреннем пыль копится и всякая микронечисть плодится. Производители с этим борятся с переменным успехом. Часто даже полным, но тут нужно специально смотреть и проверять: скажем, далеко не все кондеи могут работать на отопление при температуре улицы ниже нуля - наружный блок может обмерзать;
- температуры ниже нуля могут загнать теплононоситель и машину в целом в неэффективную зону работы. Есть машины, которые это могут легко и штатно, но это нужно отдельно спрашивать и проверять. Это не недостаток технологии, но машины бывают очень разными, при покупке об этом нужно знать и это нужно учитывать, чтоб потом не было "я купил ваш дико дорогой разрекламированный "мерседес", а он по льду ездит плохо, в воде тонет просто тонет нафиг".
В целом для южных и приморских регионов может быть частью неплохого решения, если нет трубопроводного газа. Не нужно зацикливаться на пиковых морозах - для них есть печка (или электронагрев, или что там ещё). Нужно смотреть на профиль температур по году. Если 5 месяцев в году ТН работает со средним КПЭ три, и только два месяца нужно догреваться чистым электричеством, то это не значит, что ТН бесполезен. В сумме по году выходит очень приличная экономия при очень небольших затратах (ну, конечно, если устраивают остальные недостатки воздушного ТН).
Есть ТН "воздух-вода". Наружный блок - как обычно (как огромный наружный блок кондея), а внутри - тёплая вода идёт в тёплый пол. Это удобно тем, что внутри нет шума и воздушных потоков, кроме того, второй ступенью можно обеспечить ГВС (внутри установки ещё один ТН помельче берёт горячую воду 25-30С первого как источник тепла и догоняет до требуемой для бытовой горячей воды температуры 60-70С). Их ставят в южных странах, иногда ставят у нас, рекламируют в России, но... они пригодны для более южных стран, где в основном отопление идёт при наружних небольших плюсах. У них меньше полный КПЭ (помните про потери градусов на теплообмене?), они дороже в эксплуатации, они сильно дороже из-за теплообменников и требуют, чтобы у дома уже был тёплый пол (без этого вообще бесполезны).
В Эстонии (и Питере, скажем) установку ТН "воздух-вода" по последним годам можно обсуждать (и не факт, что это будет гут), всё зависит от конкретных местных чисел, цен и предложений. Но для бОльшей части России (кроме Краснодара-Сочи-Крыма и т.п.) они, КМК, бесполезны: слишком дорого как дополнительная система, слишком малый КПЭ для основной. Плюс моё личное субъективное: я видел такие системы в жизни... наружние теплообменники для полноценного отопления - большие, и шума от них тоже много, и стоЯт они вплотную к дому. Надо ли оно?
Есть интересный подвид таких систем, совмещённый с приточно-вытяжной вентиляцией. Идея в том, что тепло забирается из выходящего после рекуператора) из дома воздуха, охлаждая его до температуры ниже уличной) и отдаётся входящему в вентиляцию и воде для тёплого пола/ГВС. Для больших офисных зданий, где велики потери именно на вентиляцию, кондеи всё равно обязательный причиндал, а системы большие и удалены от людей - ну, может быть неплохим решением. Для частных домов (предлагаются и небольшие) - это чуть лучше варианта выше. Лучше. Но лишь чуть. :) Опять же, дом уже должен иметь систему приточно-вытяжной механической вентиляции.
- Второе по популярности решение - брать зимой тепло из грунта (которое критиковалось тут странным образом ранее).
Идея очень проста: зимой воздух холодный, но грунт-то - грунт, он тёплый. Про гиперболическую зависимость от разницы температур помним? Это очень сильная зависимость. При температуре в грунтовом контуре +5С и температуре в системе отопления +27С КПЭ у нормальных машин порядка 5. Это много, экономия в 5 раз - это хорошо. Но система эта более сложная в проектировании и установке, и есть несколько вещей, которые обязательно нужно смотреть (и до установки, и во время) в совокупности.
Во-первых, пойду от печки. Эффективность теплового насоса, работающего на тёплый пол, сильно (очень сильно!) зависит от тёплого пола. Многие этого не понимают и откровенно тупят. Так вот, тупить не надо: помните про разницу температур. Чем горячее вода в системе отопления, тем больше электричества тратится, тем меньше ТН даёт тепла. Тёплый пол под ТН лучше делать по всем правилам: ставятся металлические распределители тепла, толстый линолиум с теплоизоляцией - противопоказан, 3мм пенополиэтилен под ламинат тоже ухудшает теплоотдачу. Вы знаете свои вкусы и привычки, так что подумайте заранее... если у вас будет лежать толстенный ковёр на 20 квадратных метров из 30 квадратов гостиной, то как, нафиг, тёплый пол будет греть через него комнату? Скорее всего, очень плохо будет греть. Тут не нужно даже знать никакой физики, тут просто подумать на шаг вперёд. Автоматика, конечно, будет стараться, температура теплоносителя поднимется до 40С, на оставшихся квадратах пол будет очень тёплым... но это же напрямую горят ваши деньги. Если вы любите пол в коврах, то ТН с тёплым полом не принесёт вам выгод как в рекламе, реальный КПЭ будет меньше.
Плюс очень важно общее утепление дома и температура дома. Если у вас теплопотери такие, что нужно обеспечить отоплением 150Вт на квадратный метр, то учтите, что теплоотдача тёплого пола - что-то там порядка 8-10Вт с квадрата на каждый градус разницы между полом и воздухом. 150Вт делим на 8Вт, получаем почти 20С. Если у вас в комнате уже +20С, то вам нужен пол уже в почти +40С, это недопустимо! Санитарный предел: 35С (выше у вас будут проблемы с сердцем, с ногами, с иммунитетом, в общем - честно, ну не нужно этого делать). А если вы любите в гостиной +25С, то вот вам предел на разницу - 10С, и предел на теплопотери дома - порядка 80-100Вт/м2 (10кВт на 100м2 дом) в самый сильный мороз. Это вовсе не жёсткие ограничения, это не сильно утеплённый дом, но это нужно учесть: ТН имеет смысл только в утеплённом доме.
Туда же, ту же в строку и чисто экономические аргументы: посмотрите, сколько стОит грунтовый ТН на 15кВт. Потом посмотрите, сколько стОит на 5кВт. Оцените эту разницу - почти миллион в рублях (а то и больше). Нафига? До определённого момента выгоднее утеплять дом, чем увеличивать мощность ТН, проблему нужно смотреть в комплексе.
Из этого же следует ещё один смешной прикол, источник критики ТН как технологии у жертв злобных (или добрых, но просто тупых) продаванов. Мощность ТН - довольно дорогая. Компрессор дорогой, теплообменники дорогие, грунтовый контур дорогой... это всё дорого, да. Поэтому, что делают умные и экономные буржуи (тут без сарказма)? Допустим, они посчитали, что 2 недели в году им требуется мощность 7кВт, одну неделю - 10кВт, а всё остальное время хватит 5кВт. Они ставят в 5кВт ТН электрокотёл на 5кВт и заставляют автоматику ТН догревать чистым электричеством, если мощности компрессора не хватает. Почти любой ТН имеет внутри электрокотёл - это правильно и выгодно. Что делают продаваны? Они смотрят пиковую мощность установки и ставят покупателям как 10кВт... не смотря на профили нагрузки, не смотря на потребление дома... вообще бездумно. Что происходит? Правильно: пол-зимы потребляемая мощность по теплу 7кВт и 2кВт чистого электронагревателя просаживают КПЭ до полутора. Жертва продаванов смотрит на счёт, смотрит на свою кебенейматику, которая обошлась в круглую сумму и начинает посулать проклятья... нет, не продаванам и своей глупости, но изобретателям тепловых насосов и тем, кто ими доволен и честно об этом говорил. :)
Не надо так делать: смотрите на свой профиль потребления, смотрите в характеристики ТН - мощность компрессора там и электрокотла всегда указывается отдельно, производители вовсе не хотят вас обмануть. Обман случится только если вы сами этого очень уж захотите и сделаете известную позу "сделайте мне красиво! плачУ!". Обычно такие люди потом не только платят, но и плачут. Правило простое: минимум 70-80% тепловой нагрузки должно закрываться ТН.
Один из способов решить проблему пиков и даже сэкономить - увеличить тепловую инерцию системы: "шведская плита", монтирование тёплого пола в утеплённый плитный фундамент, можно увеличить размер теплоаккумулятора. Вне пиковых холодов это ещё и позволяет использовать по бОльшей части дешёвое "ночное" электричество, автоматика это часто позволяет. Это увеличивает безопасность дома - хорошо утеплённый дом с большими баками-аккумуляторами запросто "проедет" на одной тепловой инерции несколько дней. Это ещё выгодно ещё и потому, что уменьшает число включений-выглючений компрессора, прямая выгода в экономии ресурса (в отличие от некоторых заявлений, ТН работают десятки лет подряд, одна из систем из моего небогатого опыта работает 12 лет без всяких проблем и заканчиваться не собирается, лет через 20-25 может потребоваться заменить компрессор - несколько сотен евро вместе с работой).
И только теперь добрались до, собссно, грунтового контура.
Частные решения по месту могут быть оригинальными и куда более эффективными, но в основной массе контуры делаются двух видов - скважины и поверхностные коллекторы.
Попросту: поверхностные дешевле и рекомендуются в регионах с тёплыми зимами, скважины дороже, но выгоднее и отбиваются потом (и для холодных регионов лучше).
Установка поверхностного дёшева (можно и вообще без техники - затакжикить канаву или даже копать самостоятельно, хоть это и очень много-долго), но требует перерывать участок. Копается канава, туда кидается обычная полиэтиленовая труба спиралью, закапывается канава. Засады с поверхностными коллекторами в бОльшем количестве нюансов. Нужно знать почву, нужно знать глубину промерзания, средние температуры и профили по году, желательно осадки, нужно прицениться к местности (некоторые вещи типа высокой верховодки могут сильно менять оптимум и влиять на цену). Глубина и шаг канав рассчитываются (просто кинуть как-то наугад - сыграть в лотерею, в лотерею редко выигрывают). Если используются типовые решения, обязательно проследить, чтобы они были типовыми для данной местности. Типовые решения для Франции совсем не те, что для Подмосковья или Прибалтики (хотя и там, и там, и там ТН могут быть установлены с большой выгодой и пользой). Если ТН у вас редкость, лучше попросить референтное решение для своей местности, которое работает не менее 3 лет (за это время полигон примерно выходит на новые средние значения) - посмотреть, прицениться.
Очень важна не только общая длина труб, но и площадь по которой они раскиданы: это даже интуитивно понятно, что если уложить 1км труб в бобину на пятачке 2х2 метра, то всё выморозится очень быстро. Минимальная длина между канавами 2-3 метра, но больше - больше. Чем больше охватываемая площадь и объём, тем легче всё прогреется летом, больше солнца, больше дождевой воды, больше доступных запасов тепла зимой.
Заметьте: в нашей местности (не франциях-германиях) в грунтовый контур заливается антифриз (температура в трубе ниже, чем температура грунта - она ж должна охлаждать). Объём труб имеет значение - вы ж будете заливать их антифризом, гидросопротивление - тоже (поэтому разложить несколько петель с коллектором может быть гораздо выгоднее, чем одну длинную, несмотря на то, что коллектор стОит денег). Но всё это такие вещи, которые уже должен считать установщик. Со стороны пользователя, незнакомого с нюансами можно лишь грубо оценить достаточность полигона... по площади он не должен быть менее 1.5-2 отапливаемых площадей в Эстонии, 2-3 в Подмосковье. Есть зависимость от грунтов и т.п., но если вам под Питером предлагают закопать трубу для 200м2 дома на лужайке перед домом 20 на 10 метров... ну, должлго и счастливо работать оно точно не будет. Пара холодных зим, и привет. Не недооценивайте требуемую площадь под полигон.
Про мёрзлые лужайки - фигня, трава-цветы над полигоном растут нормально. Не верьте страшилкам. Деревья и кустарники непосредственно над контуром сажаться не должны, кроме того, тень, изоляция от дождя и ветра ухудшают прогрев летом. Грунт тёплый не сам по себе, некоей магией, нет, он прогревается за лето. Всё тепло, что вы вытащили за зиму, должно как-то попасть вниз за лето - учтите при планировании участка. Лучше собирать тепло внизу склона, чем вверху, лучше - на южном склоне, чем на северном и т.п.
Скважины. Их бурят и бетонируют специально обученые люди за специальные деньги, заколхозить их нельзя и пробовать не советую. Обычно приезжает бур, вынимает грунт на 30-50 метров в глубину, опускает туда одну или две пары труб, с т.н. u-зондом, наконечником, заливают всё это специальным раствором. Опять же, чем больше расстояние между скважинами и больше объём полигона - тем лучше. Тепло попадает в грунт сверху, не слушайте никакой бред про вечно тёплую землю и прогрев с глубины - это на 2-3-4 года, не более, долговременная температура определяется только поступлениями летнего тепла. Представьте себе путь тепла сверху в скважину, его должно быть как можно больше, исходите из этого. Расчёт теплосъёма прост: 30-80Вт средних ватт с погонного метра, в зависимости от грунта, то есть, если расчётно от ТН требуется 5кВт, нужно 3 скважины. Если 10кВт - 5-7.
...
Есть целый класс решений, которые помогают восстанавливать тепло в земле летом (и даже прогревать землю до высоких температур), но их очень много разных и они пока применяются нечасто. Обсуждать их все смысла нет, хотя каждый разумный мужик, обладая твёрдыми знаниями в школьной арифметике, физике и калькулятором, сможет сам по месту решить, с чего он может (и может ли) снять дополнительные рубли экономии по месту. Принцип знаете - "чем меньше разница температур, тем выгоднее ТН", дальше сообразить несложно. Замечу только, что до десятки КПЭ догнать можно, а вот сильно перегревать "холодный" контур ТН нельзя: компрессор и его внутренний контур рассчитан на определённое давление хладагента, если весь контур будет слишком тёплый, то хладагент будет под большим давлением. Может и лопнуть.
...
Отдельно отмечу двухконтурные ТН: сначала большой насос качает тепло и поднимает температуру для отопления, потом дополнительный маленький насос греет воду для ДВС. КПЭ тут меньше (термодинамику количеством контуров не обманешь), но всё равно раза в два дешевле, чем чистый электробойлер. Ну и иногда это тупо удобно: ставится одна железяка, от неё и отопление, и горячая вода. Одна установка, одно подключение.
...
Упоминал уже, но отдельно отмечу, что размер бака-аккумулятора (и под отопление, и под ГВС) имеет значение. Чем больше - тем лучше. Обычно он несколько десятков-сотен литров, но бывают и большие.
...
Отдельно отмечу "тёплые стены". Чуть дороже пола, не всегда вообще возможны, но и теплоотдача с них (на квадрат) выше. Профит прямой: чем больше площадь теплообмена - тем меньше нужен тепловой напор, а эти градусы, как помним, - напрямую деньги при эксплуатации. Плюс бОльшая гибкость при размещении мебели-ковров. Плюс, что тоже очень важно - в комнате с большой площадью тёплых поверхностей можно иметь температуру воздуха меньше при том же (точнее, бОльшем) комфорте. Вообще, про излучательный теплообмен и ощущения тепла человеком отдельный разговор, но в целом это даёт особый, очень приятный микроклимат, знакомый каждому, кто зимой резко открыв окно, за десятки секунд проветривал комнату - одновременно и свежесть, и тепло.
...
Плюсы грунтовых ТН очевидны:
- высокий средний КПЭ зимой. А высокий КПЭ это не только меньше расход электроэнергии, это, например, ещё и в разы меньшая постоянно подключенная мощность (кто сидит на далёком проводе от большой деревни - тот поймёт). Нормально посчитанная и поставленная система у нас даёт экономию в 3.5 раза в среднем по году по КПЭ, в сравнении с электричеством, плюс возможность использовать ночные тарифы... получается сильно дешевле газа (хотя дороже в установке).
Минусы:
- цена. Нет, не так, а так - цена! Да, отбивается довольно быстро, но на установку деньги нужны одним куском, а при строительстве и на новый дом они и так летят со свистом.
- для поверхностного контура надо перекопать участок. Для скважин - тоже, бур должен подъехать, не везде и не всегда это вообще реально.
...
Звучит сложно? Долго? Сложнее, чем "ТН - бессмысленное зелёное говно" и сложнее, чем "проведём газ - заживём, наконец, как люди"? Да.
Но тут кому что нужно. Ещё замечу, что к "зелени" (если подразумевать экологичность, "углеродный след" и всё такое) ТН имеет отношения мало: ТН - это для тех, у кого надёжное внешнее электроснабжение. На автономке (от СБ) применение ТН малореально или нереально совсем по целому ряду причин (могу изложить подробно, но не думаю, что кому-то нужно). То есть, это такая отоплялка для тех, кому очень дорого вести себе трубопроводный газ, а ставить нормальную печку и топить дровами влом. Это очень комфортное отопление, легко автоматизируется полностью, не требует никакого обслуживания, поэтому частый выбор для частников в новом доме (у нас) чуть подальше от города, но с нормальной сетью. В Эстонии по сравнению с электричеством окупается за 5-10 лет (что в сравнении с домом - ничто, и далее можно считать это инвестицией с 10-20% годовых). Это далеко не экзотика, установки их массовы, решения опробованы, экономика десятилетия как доказана. В России их пока очень мало, поэтому, КМК, эта вводная может быть кому-то полезна.
Если кто хотел понять для себя, какие есть способы топить, кроме газа - вот, ещё один из них я изложил.
Для расширения кругозора - эксперимент с получением электричества из низкопотенциального тепла на острове Науру
Комментарии
Скважина с U-образным теплообменником все же разновидность технического онанизма - при любой теплоизоляции "подача" и "обратка" образуют теплообменник на встречных потоках, а т.к. диаметр скважины маленький, а глубина не маленькая - теплообменник оказывается весьма эффективным. Разумно иметь две скважины с учетом направления движения воды в горизонте, на скважине "повыше" поднимать воду к теплообменнику ТН и сливать ее после в скважину "пониже". Расход энергии на перекачку воды будет определяться гидродинамическим сопротивлением трубопроводов и теплообменника, т.е. будет незначительным. Но российское законодательство запрещает закачку воды в подземный горизонт после использования...
Как бы и да... и нет. В смысле, факт, что труба туда-обратно - не самый лучштй способ снимать тепло. Но нет технически простых, надёжных и более-менее везде применимых альтернативных решений. Не только в России, нигде нет. Дело не в законах, непонятно, как это сделать (направленное управляемое бурение не предлагать, пока оно не подешевеет для этого досьаточно).
Являюсь владельцем такой вот фиговины Если бы софт не глючил, то примерно до +3 градусов ее достаточно (дом ~70 кв м, Питер, установка самая маленькая, 0,7 кВт)
Да, у меня на квартире примерно такая же. Сильно уменьшает потери тепла, так что дотапливаться электричеством при плюсах вполне реально...
Но сама по себе она бесполезна, её нужно с приточно-вытяжной вентиляцией ставить. А это разводка, которая нормально делается только при строительстве или капитальном ремонте. Дело не в том, что трудно, просто эстетика сильно страдает, если воздуховоды просто под потолком вести.
Идиот.
1. Для теплового насоса важна температура съема, а вот для электротенов нет, в широком диапазоне.
2. Надо не просто физику писать, но и экономику. Сколько потребляется, например электричества в год на отопление, сколько сэкономит насос, и за сколько он окупится.
https://prosadidom.ru/nedvizhimost/gkh/teplovoj-nasos-dlya-otopleniya-doma/
Проще уже солнечные панели на крыше поставить
https://vseofinansah.ru/worldeconomics/skolko-stoit-vozobnovlyaemaya-ene...
Ну, это не для Сибири.
Вот тут рекламируют какие-то штуковины. Я сам не проверял, но если кому-то надо подобную штуковину, изучите подробнее.
http://komfort-42.ru/?utm_source=yandex&utm_medium=cpc&utm_campaign=komfort
Почему? Законы Физики одинаковые....
Интересно читать тут о работе...
Тепловой насос устройство на порядок сложнее котла, больше элементов и защитной автоматики.
Про обмерзание воздушного теплового насоса - оно вызвано тем, что температура теплообменника ниже так называемой точки росы, поэтому во влажном климате уже в +5 он может обмерзать и довольно быстро, что негативно сказывается на эффективности. В автоматике предусмотрен цикл разморозки: реверс и оттайка горячим газом.
Митсубиши зубадан мозностью меньше 8 квт не более, чем коммерческий ход, выше уже компрессор со впрыском и охлаждением спиралей.
Геотермальный хорош, но по стоимости в РФ отобьется около никогда, учитывая стоимость обслуживания и ремонта.
Один некорректно работающий датчик давления запросто приведет к смерти компрессора. Смерть компрессора может привести к загрязнению механическими частицами или окислению масла в системе.
стоимость ремонта выйдет немалая.
про срок службы 30 лет - перебор. Митсубиши те же рекомендуют менять компрессор после 80-100 тыс. часов наработки, потому что дальше начнется механический износ.
Это в случае со спиральными компрессорами.
В целом вещь очень такая в себе. Реально эффективная и надежная установка стоит в три раза дороже агрегата со средней эффективностью.
Хотя в японии или англии решение крайне популярное.
В целом все верно, но по большей части это игрушка для тех мест, где нет газа или доступного угля.
Ну и это вы зря написали:
Есть такое понятие как глубина (или зона) постоянной температуры. Это обычно около 3-5 градусов. В разных регионах эта глубина разная. Для юга западной Сибири это от 90 до 120 метров. В европейской части России выше - от 60 до 90 метров.
Тепература выше этой зоны колеблется сильно, зависит от того что растет на поверхности и из чего сложены верхние отложения, а так же какова их влажность. Если вы говорите о скважина глубиной 30 метров, то вы правы.
Но вот у нас в регионе бурят скважины под тепловые насосы в водоносные горизонты на глубину до 150 метров. Это например для садиков. В таком случае достаточно одной скважины.
Понятие есть только пока тепловой насос не включили. Если из грунта постоянно выкачивать тепло, то оно вскоре вокруг скважины закончится. И всё будет определяться теплопритоком сбоку скважины... ну, то есть, в конечном итоге - сверху.
Скважина в водоносные горизонты работает именно потому, что вода принесёт тепло с округи... а оно там берётся сверху. И да, относительно быстро (10-20 лет) температура в скважине заметно упадёт. Тепло в грунте не бесконечно, грунт плохо его проводит, так что выкачать со всей земли не выйдет.
Бесконечно только то тепло, которое восстанавливается летом.
Вот об этом я и говорю. А то многие уверены, что достаточно добуриться куда-то, где теплее...
Тогда почему на глубине 100 метров 4 градуса, а на глубине 1000метров 40?
Именно потому, что грунт ОЧЕНЬ плохо проводит тепло.
Изнутри земли идёт тёпло от радиоактивного распада и остаточного гравитационного сепарирования пород (тяжёлые элементы "медленно падают" вниз, лёгкие "вспывают" - это выделяет энергию). Там очень малые теплопотоки - от 30 до 120мВт/м2, но поскольку грунт фигово проводит тепло, этого достаточно, чтобы установить градиент.
Почему это абсолютно неважно для работы теплового насоса? Потому что ТН откачивает десятки Вт (в среднем) с метра скважины - в сотни раз больше, а пиковые значения - ещё выше. Чтобы 10кВт ТН работал за счёт потоков изнутри Земли, он должен собирать тепло с площади не менее чем 100000-200000м2. Реально, какой-то мощный водоносный пласт должен быть с подземным течением или что-то в этом роде. Это исключительные условия. В любых других температура в скважине будет проседать год от года, пока градиент температур не обеспечит стабильный поток (и при этом в скважине будет уже хороший такой минус).
В реальности всё чуть лучше, потому что тепло идёт с поверхности с просачивающейся водой (в сотни раз больше, чем из земли).
Для работы ТН той же мощности с поверхностным коллектором (или скважины, но с учётом теплопотоков сверху) нужна в сотни раз меньшая площадь сбора - тысячи с небольшим м2 уже достаточно. И это тепло бесконечно, потому что возобновляется летом.
Понятно. Вы просто не в курсе, что такое промышленные тепловые насосы, как выбирается глубина скважины под них, какие работы выполняются перед спуском оборудования и какое оборудование туда спускается.
Я в курсе.
Просто я более в курсе, чем Вы. :)
...
Чтоб мериться письками профессионально, предлагаю вспомнить стационарное уравнение градиента - Пуассона. И коэффициент теплопроводности грунта:
Порядок величин видите?
Ну это же простой вопрос: "дан теплопоток (десятки Вт на погонный метр скважины), при какой разнице температуре он (в стационарном решении) будет достигнут?" Пусть в осесимметричном решении, по радиусу - как будет распределена температура и её градиент?
Представьте, что нет никакого потока тепла сверху вообще. Только снизу. Это уже чуть сложнее, но суть та же - какая будет установившаяся температура скважины?
С вами все стало понятно, когда вы сказали про площадь, с которой снимается тепло в глубокой скважине. И про сами глубины...
Ну, со мной давно уже всё ясно. :)
А вот Вы себя только что зарекомендовали вполне определённо. :)
Поток тепла в скважину в конечном итоге идёт либо с поверхности, либо (если ты веришь в сказки) изнутри земли. Всё. И там, и там - решают площади сбора.
У вас плюрализм двух мнений в одной голове.
я вам не зря сказал про промышленные тн. Когда разговор идет про сотни киловатт и стоимости только скважин за второй миллион рублей (для глубин от 400 метров в районе Новосиба, тн установлен в офисное здание за 1000м2).
Так же вы не вкурсе по всей видимости про движение воды в водоносных горизонтах, измеряющееся от метров в год, до метров в месяц. Вы не в курсе водообильности некоторых горизонтов. Кубов на 1500-2000 в сутки при просадке уровня всего на 30-50 метров. С температурой 30-40 градусов.
По этому если вы занимаетесь тн для населения с мощностью до 15квт, то не надо дальше замахиваться.
Нет. Я пытаюсь донести простую мысль: тепло изнутри земли для теплового насоса - не фактор вообще. Не те мощности. Этот теплопоток есть, но он в сотни раз меньше, чем с поверхности, меньше погрешностей в расчётах.
По конкретным ценам и условиям конкретных мест я, конечно, не в курсе.
Где-то там в конкретном месте много что может быть - подземная река, вода в законсервированной и затопленой шахте, родник с дебитом в десяток л/с, просто сброс тёплых сточных вод, наконец. Но полагаться на это нельзя. Рассчитывать на то, что у тебя под домом подземная река - нельзя. Это удача. И улыбнулась ли она - можно сказать только после того, как на руках данные геологического исследования. И то - сказать с оговорками, а уверенность будет только после 20 лет эксплуатации. А поскольку геология стОит ощутимых денег, обычно её делают уже после того, как решили, что ТН может принести профит. Тут большинство вообще считают это игрушкой, блажью богатых (кстати, судя по помянутым глубинам 400м у Вас тоже такие странные представления - сколько стОит скважина на полкилометра с диаметром хотя бы 100-150мм - знаете, да? :)).
Я писал статью в общем: что может технология, на что может рассчитывать её пользователь. И очень простую статью, без подробностей, без каких-то чисел вообще, просто потому что люди вообще имеют очень странные представления об этом. Задача была - приблизить к практике.
...
Я не занимаюсь "ТН для населения", я лишь знаю, как это работает в жизни и дважды делал расчёты для них.
Замахиваться я никуда не собираюсь, но физика везде одна и та же. Будет нужно - посчитаю и промышленную установку.
Я же не просто так вам все это говорю.
Все, о чем вы написали занимается наука - гидрогеология.
Когда разговор идет про миллионы рублей инвестиций то обычно идет немного по другому.
О чем я кстати вам в самом начале и сказал, что у вас все правильно, за одним маленьким но.
Из статьи я понял что ни одной системы с тепловым насосом автор не рассчитал (всё на уровне теории, на словах всё правильно) ну вот литература если кто-то решит это сделать:
ДСТУ Б В 2.5-4 2010 Проектування систем опалення будівель з тепловими насосами (адаптированная европейская норма, можно купить первоисточник)
Тепловые насосы_Logatherm (справочник пр-ка)
Док-ция по проектированию_Logatherm WPS 6-17
Logatherm WPS_draft
Рей Д., Макмайкл Д. - Тепловые насосы - 1982
Янтовский Е.И., Левин Л.А. - Промышленные тепловые насосы - 1989
Янтовский Е.И., Пустовалов Ю.В. - Парокомпрессионные теплонасосные установки - 1982
бонус (чтоб 2 раза не вставать
) ДСТУ-Н Б В.2.5-43-2010_Сонячне теплопостачання
П.С. в моей практике много реализованных проектов с ТН...
Спасибо за подборку!
Я, конечно, делал расчёты. :)
Приводить литературу не стал, потому что это статья очень описательная "как оно всё на самом деле", людям задурили голову про какие-то мифические сложности, задача была дать хоть какое-то близкое к реальности представление. Расчёты - это уже совсем иной уровень, когда человек решил хотя бы, что ему это хотя бы в принципе может быть нужно.
Могли бы вы подсказать, что стоит почитать более подробно об энергобалансе грунта и системы сбора тепла с него?
Теплофизика шахт и рудников...фундаментальный труд по теплопереносу в гоных массивах...тут во только один существенный нюанес, - некто не знает ваши локальные условия - грунты, влажность , подземные воды
http://www.geokniga.org/books/18208
https://www.studmed.ru/vengerov-ir-teplofizika-shaht-i-rudnikov-matematicheskie-modeli-tom-1-analiz-paradigmy_a16d56bf544.html
у всех дома есть тепловой насос и все "выбрасывают" дармовое тепло. примерно мегаватт*час тепла в год. а можно было воду греть и хотябы руки посуду мыть. потери ~140 млрд руб в год если в электричество перевести.
Там относительно "холодное" тепло - 27-35С... и главная проблема в том, что держать такую воду опасно с санитарной точки зрения.
Вода, соприкасающаяся с человеком (и воздухом, который человек потребляет), должна быть холоднее ~20-25C или горячее ~60-70C. Иначе в ней на остатках органики и кислорода может жить и активно размножаться такая дрянь, которая прекрасно себя чувствует и в человеке. Выпив водички или вдохнув брызги, можно огрести так, что врачи не помогут: эти штуки нынче бывают резистентны ко многим, если не всем антибиотикам.
Легионелла - самый знаменитый пример, но она не одна.
Поэтому - посмотрите СанПиНы: в системе водоснабжения не должно быть мест, где температура постоянно находится в пределах 25-70С. Хотя бы временами она должна подниматься выше.
в сетевой воде же хлороподобная гадость, никаких бактерий.
ладно пусть на подогрев пола на кухне, подогрев приточного воздуха и т.п.
В сетевой воде минимум хлора - только чтобы подавить рост некоторых бактерий. От многих опасных термофилов такое количество не спасёт, и это не мои измышления - это санитарные требования. Проверенные на практике, кстати, и оплаченные жизнями - посмотрите, откуда вообще взялось название "легионелла": это были не римские легионеры, а американские, собравшиеся на конгресс в гостинице с кондеем-пульверизатором. Там в первый раз с бактерией встретились во весь рост. Были трупы. Были и выводы.
Подогрев приточки - это мысль правильная (бо синергия - и холодильнику сильно легче же), но воплощение её на практике стОит денег, боюсь, несоразмерных с профитом. А воздух в жилище холодильник греет и так и этак, по-любому.
А если ТН состыковать с солнечным коллектором. летом избыток тепла туда, зимой обратно
Так делают иногда. Но выгода меньше, чем некоторым представляется: тепло рассеивается так же легко, как и собирается. Средняя температура, если специально прогревать землю, может подняться на 5-10С, но вот выше - тепло уже просто будет в слишком больших количествах вечно утекать (так же, как без прогрева оно вечно притекает).
Обычно это делают при уже имеющейся солнечной водогрейке большой мощности тупо от избытка тепла летом, которое некуда девать.
я предполагал это со скважинами. там тепло уйдет наверное тоже, но не на поверхность. как компенсация зимнего охлаждения.
автор АБСОЛЮТНО правильно рассказал об особенностях тепловых насосов, и нюансах, связанных с их эксплуатацией.
Но как всегда, есть элемент манипуляции.
В чем он заключается?
А заключается в перестановке приоритетов:
1. Одним из самых последних вопросов, да и то походя, указано, что требуется стабильное электроснабжение. Так вот: для ТН это ОБЯЗАТЕЛЬНОЕ требование. Оценить выполнимость этого требования предлагаю каждому потенциальному потребителя самому.
2. Справедливо указывается, что наиболее высокий коэффициент использования энергии ТН - это нагрев воздуха внутри помещения. Это не очень оптимальный способ обогрева (сугубо с точки зрений комфорта проживающих), поэтому следующий по оптимальности - теплый пол (ТП).
3. Теплый пол: У автора заявлена температура теплоносителя в ТП не более 35 градусов
АБСОЛЮТНО согласен с этой температурой, так как прямо СЕЙЧАС у меня в номере гостиницы температура поверхности полов градусов 40 (от теплосети!!) )))).
Если качать такую температуру в ТП из среды около 0 град, то КПЭ будет около 3 (оппоненты поправят). Также, по умолчанию рассматривается отопление ЧАСТНОГО дома. Думаю, что многие со мной согласятся, что частный дом не имеет смысла строить с площадью менее 200 м2. У автора мелькают цифры энергопотребления от 150 Вт/м2 (верхняя цифра) до 80 Вт/м2. Т.е. мощность отопления должна быть не менее (200 м2х80 Вт/м2=) 16 000 Вт или 16 кВт. С учетом КПЭ =3, ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ мощность, выделенная на отопление, должна быть не менее 5,3 кВт
С учетом того, что действительно, ТН имеет смысл использовать в базовом режиме, т.е. покрывать мощность не более 50% расчетной, а остальное другими способами, может показаться, что электрическую мощность на отопление можно снизить в примерно 2 раза. Но у автора НЕ пики предлагается покрывать электрокотлами, поэтому выходим на те же 5,3 кВт.
И это БЕЗ учёта расходов на микроволновки, посудомойки, стиралки и прочее. Т.е. по хорошему, выделенная мощность должна быть не менее 10 кВт, а лучше 15 кВт. Каждому потребителю предлагается самому оценить реальность этого.
4. Судя по значку автора, он из Эстонии. Поэтому буду судить по референтному городу: Таллину.
Для Таллина глубина промерзания почвы составляет 1 м (загугленная думаю, реально не более 0,6 м). С учетом того, что систему отопления всегда считают с запасом, закапывать в Таллине трубы выше 1,5 м – это рисковать. Для широты Москвы глубина промерзания составляет 1,4 м. Т.е. контур надо закапывать на глубину свыше 2 м. Из эмпирического опыта следует, что каждый 1 м глубины увеличивает стоимость земельных работ в 2 раза. Потенциальному потребителю предлагается оценить применимость для своего региона, скачав график глубины промерзания почвы.
5. Вывод: при всех плюсах ТП, для условия РФ зачастую это не рентабельно. Кроме того, желательно самому разбираться в этой технике, т.к. обслуживание дорогое. Т.е. решение не для всех.
6. Поэтому автор (как и отметившийся в комментариях Nordiscx - судя по всему, связанный с Норвегией) и "топят" за ТН. Нашему человеку надо крепко подумать.
ПЫСЫ: по факту, живя в многоэтажке с централизованным отоплением (расчетная температура -25 град), я ограничился тепловым насосом: поставил кондиционер-сплит. Т.е. в межсезонье, когда уже холодно, но ещё не включили отопление, дома тепло. Правда, не очень комфортно: теплый воздух собирается вверху.
1. Дык, это очевидно же вполне. Нет электричества - нет отопления. Сейчас так вообще со всеми СО, кроме печек, каминов и буржуек, которые своей поверхностью греют, и куда дрова руками заталкивают. А так - как только насос в системе, так сразу привет отоплению без электричества. Большинство современных газовых котлов без электричества даже не заведутся: со спичкой не залезешь, а электроподжиг не работает.
2. Обогрев воздуха радиаторами - худший, но популярнейший же способ отопления. У радиаторов центрального отопления тоже излучательного тепла малый процент, в основном греют воздух. Разве что бесшумно греют, надо признать. Ну... это плохо, но живём мы так, уж сотни лет как живём. Многие привыкли. Хотя, конечно, нужно менять вещи к лучшему.
3. Не у меня "заявлена", а есть Санитарные Норма и Правила. И не просто абстрактные правила, а вполне выстраданные чьими-то болячками. Система отопления для своего дома (а не временного обиталища или конуры перекантоваться пару дней; и не только отопление, а и вентиляция, и электропроводка, и вода, и... всё, короче) должна не просто следовать нормам, она должна быть много лучше санитарных норм. Медицинских причин много, но назову две основные - а) перегрев ступней (на них стоЯт, сосуды там пережаты, а с перегревом традиционный для человека воркэрауд с нагревом тела по месту не работает, тепло можно только уносить с кровью, даже потеть не выйдет), б) микропыль, которая конвекцией поднимается в воздух. Куча с этого никому не нужных бед - с астмы и аллергий начиная и сердечными проблемами заканчивая.
Это максимальная допустимая температура. Чем меньше, тем, конечно, лучше - и по санитарным соображениям, и для экономики.
Точно так же 150Вт/м2 - является верхним возможным пределом. ТН не имеет смысла в плохо утеплённом доме, как не раз сказано, так что это расчётная величина на самые лютые морозы в данной местности. В норме, конечно, должно быть гораздо ниже.
Точно так же и расчётная мощность ТН не должна быть на пиковый максимум - это экономическая бессмыслица. Лучше поставить мощность, которая закроет 80% потребления (по киловатт-часам тепла в год), а остальное добить электроотоплением. Это чуть просадит КПЭ, но в установке гораздо дешевле. Да, это потребует подвода бОльшей мощности, но в 5-7кВт на частный дом нет ничего удивительного или необычного.
А вот тут поправлю. :) Это с учётом расходов на микроволновки, посудомойки и т.п. Электропотребители в доме (внезапно!) греют дом. Пока речь идёт о светодиодных лампочках, этим можно пренебречь, а вот работающая часто посудомойка, стиралка или молотящий круглые судки на заморозку холодильник - это уже электроотопительные приборы. :)
В целом же замечу, что 15кВт на 200м2 - сверхрасточительно. С таким потреблением категорически рекомендовал бы сначала вложиться в отопление дома и другие пассивные меры сохранения тепла (рекуператор в вентиляции, например), а уж остаток потребностей добивать ТН. Лучшая система отопления - утепление: никакого потребления нет, а дома тепло.
4. Канавы копают специальными машинами - канавокопателем. Обычно это навес на тракторе. Ничего такого особо удорожающего в них нет, и в любой местности они доступны именно с нужной глубиной копания - ниже промерзания с большим запасом.
5. Нет никакого смысла в таких выводах, потому что именно нужно думать - эту мысль я и пытался донести. Посмотрите для своей местности, прикиньте, не отвергайте заранее. Россия - она большая и разная, Питер ничем от Таллина в смысле климата не отличается. В смысле - ну вообще ничем. Вот совсем. А Норвегия - страна довольно холодная, сравнимо с бОльшей частью европейской России.
1. Да, но аварийный источник питания для циркуляционного насоса обычной системы отопления (обычно не более 250 Вт) несколько проще и дешевле сделать, чем для ТН в 10 раз бОльшей мощностью. Собственно у друга в частном доме стандартный UPS и стоит.
2. . Радиаторы тоже разные бывают. Например, чугуниевые большую часть тепла отдают излучением. Новомодные биметаллические - конвекцией. То, что они закручивают поток по комнате, как было показано на картинке в учебнике физик за 6 класс, видно по следам осевшей пыли на стене надо батареями по публичным зданиям. Но дал ладно: я не радиаторы имел ввиду, а нагрев воздуха калорифером. Для ТН это наиболее простое и технологическое решение, но некомфортное.
3. По поводу 35 град, я согласен, дискутировать не о чем. 150 Вт/м2 - это ОЧЕНЬ большой расход тепла. Еще при СССР нормировалось не более 100 Вт/м2 (другое дело, как это соблюдалось), а сейчас и того меньше. Поэтому я и сослался на это значение, как на ваши слова.
По поводу встроенной бытовой техники: вы рассматриваете её, как обогреватель, вполне справедливо. Только вот она должна быть завязана в систему, которая отключает ТН в момент пользования этими приборами. Т.е. система должна перераспределять и потребление э\э, с ТН на новый обогревательный прибор. Сомневаюсь, что кто-то такое решение делает. По факту включают приборы, не глядя, работает ли ТН или нет. Т.к. я рассматривал именно потребление э\э, то пики вполне могут сложиться. И система электроснабжения должна быть на это рассчитана. Кроме того, ТН в качестве потребителя имеет электродвигатель, т.е. индуктивную нагрузку, которая для своего запуска требует существенного запаса по мощности сети ввиду пусковых токов. Так то с нагрузкой надо считать основательно.
То, что надо посчитать, и выгоднее станет утеплится, чем увеличивать мощность отопления, это так. Только, по субъективной оценке, где-то с уровня 70 Вт/м2, эффективность пассивного (дешевого, минватой) утепления падает, и возрастает доля теплопотерь с вентиляцией. Которые (теплопотери) для компенсации опять таки надо утилизировать через не дешевые рекуператоры и т.п.
5. Вопрос целесообразности ТН с грунтовым теплообменникам решается ТОЛЬКО температурой промерзания почвы. Какая она у Норвегии, не знаю. Но стоит всего лишь найти карты или таблицы, и будет всё понятно. Привел Норвегию, как пример Европы. (В февраля в Испании на Коста-Бравая я ходил в рубашке с короткими рукавами и загорал на солнце, хотя сама вода в море (тоже залезли) была холодная..)
Страницы