Отопление холодом

Тепловой насос – установка, способная даже зимой эффективно трансформировать тепло, накопленное землей, до температурного уровня, пригодного для обогрева домов или промышленных зданий. В качестве низкопотенциального источника тепловой энергии может использоваться тепло естественного происхождения (наружный воздух, тепло грунтовых, артезианских и термальных вод, рек, озер, морей) или техногенного происхождения (промышленные сбросы, очистные сооружения, тепло силовых трансформаторов). При этом электрическая энергия затрачивается только на перекачивание жидкости.

Контактный телефон: 8 (4236) 601-434
Пожидаев Александр Дмитриевич

Патент на технологию тепловых насосов был выдан еще в 1912 году в Швейцарии. Дальнейшее свое развитие она получила только в 20-х и 30-х годах прошлого века, когда в Англии была создана первая установка, предназначенная для отопления и горячего водоснабжения с использованием тепла окружающего воздуха.

К сегодняшнему дню геотермальные тепловые насосы получили широкое распространение в США, Канаде, странах ЕС и Китае. Насосы устанавливаются в общественных зданиях, частных домах и на промышленных объектах.

Так, в США ежегодно производится около 1 миллиона тепловых насосов, из них более половины работают в жилищно-коммунальном секторе. При строительстве новых общественных зданий в проект обязательно закладывается установка тепловых насосов, эта норма закреплена Федеральным законодательством США.

В Швеции 50% всего отопления обеспечивают тепловые насосы. Источником низкопотенциального тепла служат в основном очищенные сточные воды, морская вода и сбросная вода промышленных предприятий. Наиболее крупная станция находится в Стокгольме: теплонасосные установки размещены на баржах, причаленных к берегу, и перекачивают тепло вод Балтийского моря (средняя температура морской воды + 8) в систему теплоснабжения города. Себестоимость тепловой энергии от этой установки на 20 % ниже себестоимости тепла, вырабатываемого котельными.

В настоящее время в Германии выделяется самая крупная среди развитых стран государственная дотация из бюджета: за 1 кВт тепловой мощности пущенного в эксплуатацию теплового насоса выплачивается 300 марок. И это при том, что по производству экономичных индивидуальных котлов на жидком и газообразном топливе для централизованного и индивидуального теплоснабжения Германия занимает одно из первых мест в мире.

С учетом проблем энергетической и экологической безопасности, ежегодного роста цен на энергоносители и других факторов, эти технологии все шире внедряются в мировую практику и позволяют обеспечить высокий уровень замещения ископаемого топлива, экологическую чистоту и независимые от поставщиков топлива схемы энергообеспечения. Среди нетрадиционных источников тепловые насосы – одно из перспективных направлений в области энергосбережения, позволяющее «черпать» энергию из возобновляемой внешней среды. По прогнозам Мирового Энергетического Комитета к 2020 году доля тепловых насосов в теплоснабжении составит 75%

Российский же рынок тепловых насосов, как отмечают специалисты, до сих пор пребывает в стадии становления. Отдельные установки действуют в различных регионах, обеспечивая теплом дома отдыха, школы, больницы. Но основными покупателями до сих пор остаются частные лица – домовладельцы, которые умеют считать деньги и не желают платить лишнего при эксплуатации своего жилья.

ЕСЛИ ГОРА НЕ ИДЕТ К МАГОМЕТУ…

«За тепловыми насосами будущее», — уверен Александр Пожидаев и Виталий Камышев , инженер холодильных установок по образованию, ученый-практик с 45-летним стажем работы на крупнейших ГРЭС и ТЭЦ в России и за границей, разработчик первого на Дальнем Востоке теплового насоса.

«Мы только в начале большого пути, уже пройденного другими странами со схожими климатическими условиями. Если бы Россия, подобно США, Канаде, Германии, Франции, Норвегии, Швеции и Финляндии стимулировала использование тепловых насосов, то, уверен, нашлось бы немало предпринимателей, решивших наладить производство теплонаносных установок. Нужна продуманная государственная политика по внедрению в России новейших технологий обеспечения потребителей дешевым и экологичным теплом. Обязательно должна проводиться системная информационная работа в обществе. Нефть и газ закончатся в обозримом будущем, а опасность атомных станций после аварии в Японии очевидна. Что остается? Альтернативные источники энергии! И наиболее перспективное направление здесь – геотермальная энергетика», — уверен Виталий Камышев.

Его разработки в области возобновляемой энергетики хорошо известны профильным специалистам, теплонасосная установка его конструкции притягивает внимание иностранцев во время международных выставок энергосберегающих технологий, но отдавать свое детище на сторону инженер не желает. Отечество же, демонстрируя на уровне национального Агентства по энергосбережению и возобновляемым источникам энергии, а также Министерства регионального развития заинтересованное внимание к работе ученого-практика, стимулировать на государственном уровне внедрение прогрессивной технологии не торопится.

«Инертность власти и консерватизм – вот основные причины того, что тепловые насосы у нас в стране не так широко распространены», – сетует Виталий Камышев, но руки опускать не собирается. Он мог бы зарабатывать неплохие деньги, собирая установки для частных домов, но «бытовой» уровень мелок для инженера, привыкшего мыслить куда как более крупными категориями. «Мне бы хотелось создать пул, объединить людей, способных продвигать идеи применения этой технологии в России. Успех столь активно обсуждаемых сегодня на всех уровнях мер по энергосбережению во многом зависит от того, насколько они будут поняты и приняты непосредственным потребителем.

Поэтому я решил обратиться к наиболее активной части нашего общества – предпринимателям. И не ошибся», – уверен он.

В августе 2012 года его предложение по использованию возобновляемых источников энергии попало к директору компании «Дальстройдеталь» Александру Пожидаеву, который в то время как раз рассматривал варианты организации отопления производственных строений. Годом ранее «Восточный Порт» прекратил подачу тепла от котельной Угольного комплекса сторонним потребителям, и обогрев электрокотлами здания в 1000 квадратных метров обошелся предприятию почти в миллион рублей. Строительство же собственной котельной – дело затратное и небыстрое, требуются многочисленные разрешения-согласования, плюс для ее работы в регионе должны быть свободные электромощности.

На установку же теплового насоса никаких разрешений не требуется. К тому же теплонасос конструкции Виталия Камышева по эффективности работы и себестоимости вырабатываемой тепловой энергии превосходит заграничные аналоги. «Европейский тепловой насос имеет коэффициент преобразования, при котором на 1 кВт израсходованной электроэнергии вырабатывают 3 кВт тепла. А мы получаем 5, – объясняет разработчик. – В России проект принимается к исполнению, если он окупается в течение 5 лет, в Европе – 10, а моя установка окупает себя за 2 года. Да, тепловой насос, его монтаж, дороже традиционных котельных, но если принять в расчет, что себестоимость моей «альтернативной» гигакалории всего 600 рублей (при краевом тарифе 3067 рублей 70 копеек), а сервисного обслуживания установка требует не больше, чем холодильник, можно сделать вывод, что именно выгоднее потребителю».

ХОЛОДИЛЬНИК НАОБОРОТ

Именно так для образности и красоты речи обычно называют тепловые насосы. Виталий Камышев предпочитает другое сравнение. «Представьте, — говорит он, — что заднюю стенку холодильника опустили в ведро с водой. Вода нагреется. Вот вам и тепловой насос. Дело в том, что холодильник не производит холод, он отводит тепло из воздуха, который находится внутри камеры, за счет этого греет воздух в комнате».

Технически это выглядит так. Тепловой насос состоит из трех основных агрегатов: испарителя, компрессора и конденсатора. Они связаны между собой замкнутым трубопроводом, по которому циркулирует хладоагент (фреон), используется озонобезопасный фреон нового поколения, имеющий очень низкую температуру кипения. Источником тепла в тепловом насосе может выступать грунт, скалистая порода или вода. Проходя по трубопроводу, уложенному в земле, или по дну водоема, охлажденный теплоноситель нагревается на несколько градусов. В испарителе он отдает свое тепло во внутренний контур насоса, заполненный хладоагентом, который при этом переходит из жидкого состояния в газообразное, а оттуда попадает в компрессор, сжимающий его. Так газ становится горячим. Далее он поступает в конденсатор, где отдает свое тепло теплоносителю из обратного трубопровода, который несет его к приборам отопления. Температура хладоагента падает, он становится жидким и снова попадает в испаритель. Цикл повторяется.

Теплонасосная установка может быть установлена локально и использоваться для отопления отдельных зданий – частных коттеджей и городских многоэтажек, закладываться в проект новостроя или монтироваться в уже существующую внутридомовую систему теплоснабжения, было бы решение собственников жилья! А может, как в Швеции, работать в системе централизованной подачи тепла потребителям.

«Я знаю, в это трудно сходу поверить, но весь наш город может отапливаться морем! Представьте: переоборудованная под работу с тепловыми насосами котельная напротив пляжа Прикумск во Врангеле могла бы обеспечить теплом и горячей водой весь район Береговой за счет тепла бухты, — говорит Александр Пожидаев. – Сейчас просчитываем проект перевода на отопление низкопотенциальным теплом детского сада, расположенного в этом же микрорайоне. Учитывая, что по нормам Ростехнадзора не допускается обогрев жилых и общественных зданий котельными, расположенными в подвалах этих зданий, замечательно вписался бы тепловой насос в схему теплоснабжения театра кукол в Находке.

Большие возможности открываются в области взаимодействия с водоканалом: по трубе гонится полторы тысячи кубов воды в час низкопотенциального тепла! Уже существующие сети водоканала можно использовать как теплосъемный контур и подавать тепло в дома, такие эксперименты уже были. В сети холодного водоснабжения температура воды зимой 5-7 градусов, и этого вполне достаточно для отопления с помощью теплонасосных установок. Мы берем два градуса геотермального тепла из низкопотенциального источника, преобразуем его тепловым насосом в 60 градусов тепла и подаем в систему отопления домов».

В настоящее время специалисты компании «Дальстройдеталь» собрали и запустили для себя тепловой насос мощностью 33 кВт тепловой энергии, завершают монтаж теплонасосной установки, которая будет в Амурской области отапливать производственные здания площадью 10 000 квадратных метров, в работе заказ на изготовление и установку теплового насоса в Охотске для отопления площади 50 000 квадратных метров. «Это первые установки такой мощности на Дальнем Востоке», – комментирует Виталий Камышев и добавляет, что, пожалуй, именно в Находке нашел единомышленников, способных оценить и продвигать идею.

С подачи Виталия Камышева и Александра Пожидаева альтернативной энергетикой заинтересовались студенты ДВФУ Виктор Ребров и Иван Попков. С идеей внедрения тепловых насосов в энергетику Приморья они приняли участие в городском конкурсе бизнес-проектов и заняли первое место. В процессе подготовки к конкурсу написали компьютерную программу, позволяющую быстро и точно рассчитывать мощность теплонасосной установки в соответствии с заданными параметрами.

Холодильник наизнанку

Дата публикации: 5 января 2014

Кто первый ощутил тепло земное

И когда? Сейчас речь пойдёт о том, как взять тепло земных глубин, незамерзающих водоёмов, а потом, несколько умножив его, принести в жилой дом. Так кто же первый на планете пришёл к такой гениальной мысли использования термального отопления, когда?

Сам способ рассмотрения этого замечательного явления, как использование тепла земли, был открыт ровно 162 года тому назад английским физиком Кельвином. Но то была лишь теоретическая догадка, концепция, не более того. Три года спустя после его открытия, в 1855 году, австриец Риттингер ухватился за открытую Кельвином идею и сконструировал тепловой насос. С тех самых времён ходит по нашей планете идея получения тепла от матушки-земли, от окружающей среды и переносе его в жилые дома. От идеи люди давно перешли к практическому осуществлению этой замечательной концепции.

Хотя здесь надо отдать должное исторической справедливости. Прежде, чем люди додумались до отопительных систем, они веками ломали голову над тем, как получить холод для сохранения продуктов. Началось с китайской мудрости тысячелетней давности. Те вначале стали собирать лёд зимой, помещали его в подвалы, ямы-ледники для сохранения продуктов в жаркое время года.

А идея испарительного охлаждения возникла в Египте за два тысячелетия до нашей эры. Лишь в начале 16 столетия сделаны попытки охлаждать воду специальными солями. Затем, спустя ещё одно столетие, англичанин Бойль обнаружил, что вода в вакууме может испаряться при очень низких температурах. Получением низких температур вплотную занимался и русский академик М.В.Ломоносов, написавший в 1744 г. свои «Размышления о причине теплоты и холода». Так в конце 18 столетия человечество вплотную приступило к разработке холодильных машин.

Если учесть, что тепловой насос по своему принципу действия равнозначен холодильнику, то историю получения тепла справедливей считать с получения человечеством искусственного холода.

Вывернутый наизнанку холодильник

Теперь поговорим о тепле в нашем доме. Как его получить наиболее выгодным способом? Какую роль играет в этом важном жизненном деле термальное отопление, источник которого лежит у нас буквально под ногами. Что, не верите? У вас, вероятно, сразу возникли представления о горячих гейзерах, бьющих из недр земли, о камчатских фонтанах и вулканических выбросах при извержении вулканов. Не совсем так. Вернее, совсем не так.

Речь пойдёт об уникальных способностях нашей матушки Земли, которая у нас под ногами. Естественно, о её тепле тоже. Бесполезно и глупо витать в облаках, пытаться заглядывать за горизонт. Опусти взгляд, посмотри себе под ноги. Так поступают жители самого холодного континента Европы – шведы, у которых термальное отопление уже сейчас обогревает больше половины всей жилой площади страны.

Кстати, не только Швеция обратила внимание на возможности естественного тепла. В Америке в принудительном порядке обязали строителей жилых помещений изначально закладывать в проекты сооружение такой системы обогрева будущих зданий. А в Германии на государственном уровне поощряют людей, пожелавших установить в своих домах систему геотермальных насосов.

Что же представляет из себя тепловой насос и каков его принцип работы? Вы не поверите! Фигурально выражаясь, это вывернутый наизнанку … холодильник. Морозильная камера помещена глубоко в землю, а змеевик, что на задней стенке вашего холодильника (пощупайте – он горячий), предназначен для нагрева комнатного пола или воды.

То есть, это тот же холодильник, только работающий в противоположную сторону. Холодильник наизнанку, если можно так выразиться. Холодильник забирает тепло из внутренней камеры и выбрасывает его наружу (см. схему принципа работы холодильника). Тепловой насос берёт тепло из земли, водоёма, затем с помощью компрессора в десяток раз увеличивает его и отдаёт на обогрев полов и нагрев воды в жилых помещениях и офисах. В холодильнике тепло из камеры выбрасывается наружу, в термальной системе отопления тепло забирается снаружи и, умноженное, поступает внутрь помещения. Процесс такой же, но в противоположном направлении.

В средней полосе европейского региона России, а также на Украине и Белоруссии, земля промерзает не более одного метра. Глубже промерзания она имеет одинаковую температуру – около 8 градусов. Исходя из этого, делается траншея на глубину 1.5 – 2 метра (см. рисунок 1), укладывается змеевик из трубы с наполненным хладагентом – совершенно безвредным специальным газом, способным под действием компрессора превращаться в жидкость, а при потере давления снова обретать газовое состояние. Некоторые специалисты советуют наполнять трубы незамерзающим наполнителем — тосолом, хорошо знакомом каждому автолюбителю. Но такое удовольствие сомнительно, к тому же, стоит недёшево.

Есть ещё один способ укладки «морозилки». Буром проделывается скважина глубиной до 100 метров, куда помещается упомянутая труба. (см. рисунок 2). Кстати, на такой глубине температура почвы будет уже выше 10 градусов. Чем глубже, тем температура выше. На километровой глубине почва нагрета до 30 градусов.

Третий способ – использование близлежащего незамерзающего до дна водоёма, где размещается спираль трубы с наполнителем-хладагентом. Таким образом, одна часть системы смонтирована. Вторая его часть находится внутри дома в виде спирали на тепловых полах, или обогревателем для воды.

Термальный насос перекачивает жидкость или газ с более низкой температурой из подземной трубы, при помощи компрессора повышает давление (температуру), за счёт чего отапливается помещение. Проще говоря, тепловой насос — прибор для доставки тепла от источника низкой температуры к потребителю с температурой намного выше.

Принцип его действия показан здесь:

Вам не кажется, что всё просто?

Имеется в виду обустройство геотермального отопления. В действительности, всё так и есть. Но «просто» не означает «плохо», а, скорее, наоборот. Названный вид отопления помещений представляет самый лучший пример экономичности, а также экологической безопасности.

Спора нет, что при монтаже этой системы цена термального насоса и другого оборудования на порядок выше по сравнению с котельными. Однако делать выводы в пользу старых испытанных видов отопления рановато. Хотя бы потому, что при таком обогреве 1 кВт электроэнергии, затраченной для работы насоса, отдаёт 4-7 кВт! Выходит, что от 3 до 6 киловатт приходят к владельцу дома совершенно дармовые! Подсчитываем и делаем вывод, что такой обогрев дома площадью до 150 кв.м. окупается максимум через 5-6 лет. Нельзя забывать, что термальные насосы не только обогревают дома зимой, но и охлаждают их в жаркое время года.

Ещё один довольно значительный нюанс в пользу геотермального отопления. Прежде, чем обустроить газовую систему отопления, вам предстоит вдоволь набегаться по различным инстанциям для согласования. Бюрократическая волокита отберёт у вас и время и деньги, а при монтаже геотермального обогрева таких проблем не возникнет. Потому что вы ничем не рискуете, установив у себя в коттедже термальный насос вместе с его системой. Это не грозит ни пожаром при эксплуатации, ни загрязнением окружающей среды.

То есть, получаем экономичную и экологическую систему, которая на протяжении 35-50-ти лет будет работать без единого ремонта и через 5-6 лет после установки окупает себя и способна дарить бесплатное тепло для отопления дома!