Вы здесь

Тепловые насосы

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ

Термин тепловой насос пришел к нам из области кондиционирования. То есть любой кондиционер, работающий в режиме обогрева, работает в режиме “теплового насоса”, перенося низкотемпературное тепло, находящиеся снаружи здания (в окружающем воздухе, грунте, грунтовых водах) в помещение.

Устройство, которое переносит тепло это, прежде всего, компрессор и теплообменники: окружающая среда - фреон, фреон - окружающая среда (внутри здания). Применение внешнего теплообменника, который находится в грунте/воде, позволяет забирать тепло, находящееся в относительно стабильной температурной обстановке. Для сравнения: энергоэффективность воздушных систем кондиционирования при падении температуры окружающего воздуха до -15°С уменьшают свою отдачу в 2 раза, а энергоэффективность на 30-40%. Причем это мало зависит от производителя теплового насоса. Эффективность любого кондиционера или теплового насоса уменьшается при увеличении поддерживаемой ими разницы температур. Важным является то, что на кондиционирование (охлаждение) необходимо затратить энергию – электрическую или механическую, которая, в конечном счете, преобразуется в тепловую энергию теплоносителя (фреона). Современные кондиционеры при затратах 1кВт электрической мощности отбирают у охлаждаемого ими воздуха примерно 2-2,5кВт тепла и отдают в окружающую среду: 1+(2-2,5)=3-3,5кВт тепла. При этом к.п.д. кондиционера всегда меньше единицы. Если же надо не охлаждать, а греть помещение или воду (для бассейна или горячего водоснабжения), то есть выполнить кондиционирование наоборот, то мы получаем 3-3,5кВт полезного тепла, затратив всего 1кВт электрической мощности, а тепловой к.п.д. теплового насоса всегда больше единицы, причем в 3-5 раз.

По характеру внешнего источника тепла тепловые насосы разделяют на воздушные – те, что забирают тепло из окружающего воздуха, и грунтовые – те, что забирают тепло из грунта. У каждого из них есть свои преимущества. Воздушные не требуют больших затрат на установку, относительно легко могут быть демонтированы и перенесены на новое место. Но, при снижении температуры окружающего воздуха их эффективность и полезная тепловая мощность уменьшаются. В летний период времени, когда температура воздуха положительная, воздушные тепловые насосы – это оптимальный вариант для подогрева бассейнов и преднагрева воды для горячего водоснабжения. Грунтовые тепловые насосы требуют строительства наружного теплообменного контура, погруженного в землю. Поэтому их установка – это сложная инженерная задача, связанная с большим объемом земляных работ, стоимость которых сопоставима, а часто и превышает, стоимость самого теплового наcоса. Грунтовые тепловые насосы устанавливают стационарно, и они предназначены для зимнего отопления зданий. При этом их эффективность зимой остается высокой из-за высокой (примерно +10°С в течение всего года) температуры грунта. Применение грунтовых тепловых насосов для круглогодичного отопления бассейнов является наиболее выгодным, с точки зрения эксплуатационных затрат, по сравнению с любым другим источником тепла. Так стоимость 1кВт x час тепла от теплового насоса может составить 3,5-4 коп, в то время как использование газового котла (при годовом расходе газа больше 6500 м3) приводит к цене 17коп/кВт x час. Годовое потребление энергии на обогрев открытого бассейна может составить 50-100 тыс. кВт x час в зависимости от его объема и других факторов.

Эффективность тепловых насосов зависит от типа применяемого рабочего тела — фреона и совершенства самого теплового насоса. В настоящее время число разрешенных к применению фреонов ограничено. Отсюда и характеристики тепловых насосов различных производителей близки. Выделяются тепловые насосы со сложной системой управления рабочим циклом. Это позволяет применять тепловые насосы при достаточно низкой, до -15°С, температуре окружающего воздуха. При еще более низких температурах, до -25°С, способны работать тепловые насосы с углекислым газом в качестве рабочего тела. Но при таких низких температурах эффективность заметно уменьшается. Стоимость же таких тепловых насосов велика, так что имеет смысл в каждом отдельном случае выяснить у специалистов целесообразность их применения. Заметим, что температура горячего контура в первом случае всегда меньше 60°С, а во втором, для тепловых насосов на углекислом газе, не более 65°С.

ОБОГРЕВ БАССЕЙНОВ ТЕПЛОВЫМИ НАСОСАМИ

Эффективность использования тепловых насосов для первоначального разогрева и последующего подогрева бассейнов обусловлена относительно невысокой температурой воды в самом бассейне. Это снижает разницу температур между холодным и горячим контурами теплового насоса до 10 – 20 градусов, при этом тепловая эффективность насоса увеличивается до 4,5 – 5,5. То есть на каждый затраченный 1кВт электрической мощности воде бассейна передается 4,5 – 5,5кВт тепловой мощности.

Этим обеспечивается:

  • Быстрота нагрева воды вашего бассейна
  • Экономия электроэнергии
  • Высокая производительность (высокий КПД)
  • Подходящие мощности
  • Простая установка (на обводной трубе, байпасное соединение)

СХЕМА ПОДКЛЮЧЕНИЯ ТЕПЛОВОГО НАСОСА

  1. Тепловой насос для бассейна
  2. Дистанционное устройство управления
  3. Чистая вода для бассейна
  4. Циркуляционный насос
  5. Байпас (обводной канал) и регулировочные клапаны
  6. Труба подачи воды из бассейна
  7. Фильтр

ПОДБОР ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ В БАССЕЙН

Для того чтобы правильно рассчитать тепловой насос для бассейна, следует учитывать его тип – закрытый или открытый, площадь бассейна, его объем, как осуществляется перелив, режим эксплуатации, закрыт ли солярной пленкой и т.д. Для каждого случая конкретный расчет лучше оставить специалистам, положившись на их опыт. Заметим, что наиболее энергозатратным является первоначальный прогрев бассейна. При этом мощность теплового насоса прямо пропорциональна объему бассейна и обратно пропорциональна времени первоначального прогрева. Если время первоначального прогрева бассейна принять равным 48 часов (двое суток) то потребную тепловую мощность можно определить из таблицы:

Рекомендованная мощность нагревателя в зависимости от объема бассейна*

Объем воды в бассейне

Мощность водонагревателя

10м3

4 кВт - 6 кВт

20м3

6 кВт - 9 кВт

30м3

12кВт

40м3

15кВт

50 - 60м3

18кВт

70 - 80м3

26кВт

90 - 100м3

36кВт

120м3

48кВт

150м3

60кВт

*- при использовании защитного солнечного покрытия

Приблизительно, достаточную электрическую мощность воздушного теплового насоса можно определить как 0,25-0,3 от указанной в таблице мощности водонагревателя. Электрическая (потребляемая) мощность теплового насоса полностью определяет его выходную (тепловую) мощность и, в конечном счете, стоимость.

Цены на воздушные тепловые насосы от голландского производителя приведены ниже:

ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ ВОЗДУХ-ВОДА

№ п/п наименование товара рабочая температура воздуха, °С цена, € без НДС
1 Heat pump ECO-3; 3KW; 240V (SUPPLY 0,73KW) от +7 до +45 1300
2 Heat pump ECO-5; 4,5KW; 240V (SUPPLY 1,05KW) 1600
3 Heat pump ECO-8; 7,5KW; 240V (SUPPLY 1,65KW) 1900
4 Heat pump ECO-10; 9,5KW; 240V (SUPPLY 1,97KW) 2250
5 Heat pump ECO-12; 12KW; 240V (SUPPLY 2,4KW) 2500
6 Heat pump DURA-6; 6KW; 230V (SUPPLY 1,2KW) от +7 до +45 1900
7 Heat pump DURA-8; 8,5KW; 230V (SUPPLY 1,7KW) 2500
8 Heat pump DURA-12; 12KW; 230V (SUPLLY 2,4KW) 3250
9 Heat pump DURA-17; 17,5KW; 230V (SUPPLY 3,5KW) 4550
10 Heat pump DURA-21; 21KW; 230V (SUPPLY 4,3KW) 5600
11 Heat pump DURA-21T; 21KW; 380V (SUPPLY 4,2KW) 5500
12 Heat pump DURA-25T; 25KW; 380V (SUPPLY 5KW) 5900
13 Heat pump DURA 10+; 10KW; 240V (SUPPLY 1,71kW) от -15 до +45 2869
14 Heat pump DURA 14+; 14KW; 240V (SUPPLY 2,46kW) 3575
15 Heat pump DURA 19+; 19KW; 240V (SUPPLY 3,44kW) 5017
16 Heat pump DURA 22+T; 22KW; 380V (SUPPLY 3,67kW) 6685
17 Heat pump DURA 30+T; 30KW; 380V (SUPPLY 5kW) 8369
18 HEAT PUMP DURATECH-45; 45KW; 380V (SUPPLY 9KW) от +7 до +45 16935
19 HEAT PUMP DURATECH-55; 55KW; 380V (SUPPLY 11,6KW) 18660
20 HEAT PUMP DURATECH-90; 90KW; 380V (SUPPLY 17,5KW) 27150
21 HEAT PUMP DURATECH-105; 105KW; 380V (SUPPLY 24,6KW) 36170

СТОИМОСТЬ НАГРЕВА ВОДЫ БАССЕЙНА

(приведена в пример российская статья о расходах на различные типы отопления бассейна)

Так чем же греть бассейн? и Какой нагреватель выбрать?

Для сравнения, подберем нагреватель для бассейна наиболее часто встречающегося объема V=40 м3

Исходные данные:

Место установки бассейна Московская обл.
Объем бассейна 40 м3
Площадъ зеркала воды (7м х 3м глуб. 1,8 м) 22 м2
Температура воды бассейна 28°С
Средняя расчетная наружная температура 14,5°С
Использование энергосберегающего покрытия бассена Да
Среднее время использования бассейна в сутки 6
Количество посетителей 4
Расчетная скорость ветра над бассейном 0,5 м/с
Температура грунта 10°С
Среднее время работы насоса бассейна 8 час
Период эксплуатации бассейна (с середины апреля до середины октября) 6 мес

Расчет потребности бассейна в тепловой энергии:

1. Расход тепла на начальный нагрев (после весенней чистки и смены воды бассейна):

Wнач= Сpх Vбасх (Tкон- Tнач)/3600, где Ср- теплоемкость воды = 4,18 кДж/кг К

Для нашего бассейна:

Wнач= 4,18х40000х(28-10)/3600=836 кВт тепла

Исходя из нашего опыта, фильтровальная установка бассейна после первого запуска, работает непрерывно работает в течении 3-4 суток для достижения полной прозрачности воды. Как правило, при правильном выборе нагревателя, данного периода времени достаточно для начального нагрева бассейна.

2. Расход тепла при эксплуатации бассейна:
Данный расчет выполняется на программе POOLCALC фирмы CALOREX, и учитывает много различных факторов.
По данным программы POOLCALC, средняя дневная потребность в тепловой энергии для компенсации тепловых потерь для нашего расчета составляет Wкомп=125 кВт.

3. Суммарные потребности бассейна в тепловой Энергии:
Исходя из того, что бассейн эксплуатируется в течении 6-ти месяцев, суммарный расход тепла составляет

Wсумм= Wнач+Wкомпх 6 мес=836+125 кВтх180дн.= 23 336 кВтхчас

Сравнение затрат на установку и эксплуатацию наиболее распространенных нагревателей бассенов

Параметр сравнения Электрический нагреватель, ТЭН Тепловой насос Теплообменник подключенный к жидкотопливному котлу Теплообменник подключенный к жидкотопливному котлу на сжиженом газе Теплообменник подключенный к котлу на природном газе
Установка Несложная. Наибольшие сложности (как финансовые так и технические) вызывает подключение к дому трехфазного напряжения и получение дополнительных мощностей Несложная. Оборудование подключается к стандарной однофазной сети. Трубы соединяются при помощи клея ПВХ, как детский конструктор Затрудненная. При установке теплообменника рядом с бассейном, к бассену необходимо проложить теплоцентраль. Необходимо изменение схем управления и обвязки котельной Затрудненная. При установке теплообменника рядом с бассейном, к бассену необходимо проложить теплоцентраль. Необходимо изменение схем управления и обвязки котельной Затрудненная. При установке теплообменника рядом с бассейном, к бассену необходимо проложить теплоцентраль. Необходимо изменение схем управления и обвязки котельной
Стоимость первоначальных затрат Низкая Высокая Средняя Средняя Средняя
КДД системы нагрева 95% 438% 70% 91% 80%
Суммарное количество тепловой энергии на сезон 23 336 кВтхч 23 336 кВтхч 23 336 кВтхч 23 336 кВтхч 23 336 кВтхч
Приведение теплоносителя к кВтхч 1 кВт - 1 кВтхчас 1кВт тепла - 0,25 кВтхчас электроэнергии 1 л. дизтоплива - 9,33 кВтхчас 1л. газа - 8,0 кВтхчас 3 газа - 8,5 кВтхчас
Потребность в теплоносителе на сезон 23 336 кВтхч 5 519 кВтхч 3590 литров 3180 литров 3400 м3
Стоимость энергоносителя, руб, на 01.10.08 1 кВт - 2,5 руб 1 кВт - 2.5 руб 1 литр - 25 руб. 1 литр - 14,5 руб. 1 м3 - 1,92 руб
Стоимость затрат на 1 сезон эксплуатации, рубли 58 340 руб. 13 320 руб. 89 300 руб. 46 110 руб. 6 000 руб.
Стоимость выработки 1 кВт тепловой энергии, руб 2,5 руб 0,57 руб 3,80 руб 1,98 руб 0,25 руб

Выводы:

Нагрев воды c использованием теплового насоcа:

  • выгоднее чем нагрев элекронагревателем более чем в 4 раза
  • выгоднее чем нагрев дизельным топливом более чем в 6,5 раз (для Украины – более чем в 12 раз)
  • выгоднее чем нагрев сжиженным газом более чем в 3,5 раза (для Украины – более чем в 7 раз)

Для подбора теплового насоса по Вашим условиям эксплуатации, и для подготовки для Ваc технико-экономических расчетов целесообразности применения теплового насоса.
Специалисты нашей фирмы выполнят компьютерные расчеты по Вашим данным, подберут необходимое оборудование и помогут принять оптимальное решение по выбору нагревателя для Вашего бассейна.