Продолжение статьи о выборе отопления для индивидуального дома… Начало статьи

Отопление с помощью теплового насоса.

В климатических условиях России использование теплового насоса является весьма проблематичным (за исключением самых южных районов страны и северного Кавказа). Но не и невозможным. Тепловой насос работает точно так же как и холодильник, что стоит у вас на кухне. Принцип его работы заключается в том, что «отнять» тепло у некоего продукта (охладив его) и передать это тепло в отопительную систему. Ведь согласно закона сохранения энергии, тепло (как вид энергии) никуда не девается, не пропадает и не возникает из ниоткуда. Оно просто или меняет свой вид или переходит от одного тела к другому.

Кухонный холодильник, «отняв» тепло у продуктов, затем лишь поддерживает их низкую температуру. Поэтому работает периодически, компенсируя теплопотери через свои стенки. Но если продукты постоянно заменять – то холодильник будет работать непрерывно. Так и устроен тепловой насос. Он постоянно охлаждает какой то источник тепла (воздух, воду, грунт), и передает отнятое тепло воде в системе отопления или воздуху внутри дома.

Прелесть теплового насоса состоит в том, что 1 КВт затраченной при его работе электроэнергии, мы можем получить 3-5 Квт тепловой энергии! Такое соотношение «затраты – результат» делает использование теплового насоса весьма заманчивым и перспективным. И стоимость отопления с помощью теплового насоса становится весьма конкурентоспособной даже по сравнению с пеллетами и дровами! При этом оно гораздо экологичнее и чище.

Естественно, для нормальной работы теплового насоса требуется «бесконечный» источник материала, у которого можно отнимать тепло. В их качестве выступает атмосферный воздух, вода (грунтовая, озерная или проточная), сам грунт ниже глубины промерзания (там он имеет температуру +4 градуса). Каждый из вариантов теплового насоса имеет свои особенности, поскольку в тепловом насосе используется хладагент, который способен «отнимать тепло» до определенной температуры (минус 15-20 градусов).

Тепловой насос типа «воздух – вода» или «воздух-воздух» использует в качестве источника тепла атмосферный воздух. Его теплообменник представляет собой «абстрактную» скульптуру из труб, высотой несколько метров. Она устанавливается на самом продуваемом месте участка. Дело в том, что для того, что бы отопить дом, потребуется примерно 10 Квт в час. (или 36.000 КДж тепла). Один кубометр воздуха имеет теплоемкость ок. 1,3 Кдж на 1 градус. Воздух мы сможет остудить только до -15 градусов. И если он имеет температуру, например, -5 градусов, то мы сможет «отнять» всего лишь 10 градусов его температуры, т.е. 13 Кдж тепла. А что бы отопить дом, надо будет охладить 36.000/13 = 2800 кубометров воздуха за час! Не стоит пугаться такой большой цифры… В часе 3600 секунд, в ветер дует со скоростью несколько метров в секунду… Т.е. теплообменник площадью в несколько метров с лихвой перекроет наши потребности.

Проблема тут в том, что температура воздух зимой в средней полосе России бывает значительно ниже рабочей температуры теплового насоса. Поэтому использовать тепловой насос «воздух» в чистом виде весьма проблематично.

Тепловой насос использующий тепло Земли , вернее грунта более надежен. Если уложить достаточное количество труб в грунт и прокачивать по ним некий промежуточный теплоноситель, то он будет нагреваться до температуры +4 градуса. Но и тут не все так просто. Нагреваясь, он будет охлаждать прилегающий к нему грунт. И необходимо некоторое время, что бы тот снова нагрелся. Т.е. требуется прокладка трубопроводов в грунте очень большой длины (сотни метров). Трудозатраты на обустройство такого коллектора делают проект трудноосуществимым.

Тепловые насосы типа «вода-вода» более перспективны. Они для своей работы используют тепло грунтовых, проточных и других вод, включая сточные. Вода значительно более теплоемкое вещество по сравнению с воздухом. И что бы получить заветные 36.000 Кдж, требуется охладить примерно 3-4 тонны воды на 3-4 градуса. Это не мало, так как грунтовая вода имеет тоже не высокую температуру в + 4-5 градусов и сильно ее переохлаждать нельзя, что бы она не замерзла, а дренировалась обратно в землю. Добыть такое количество воды не проблема, грунтовых вод у нас избыток. Проблема в ее дренаже. Ведь за сутки придется достать, охладить и дренировать десятки тонн воды! Многие ошибочно полагают, что ее можно просто сливать в точно такую же скважину, как и та, через которую ее добывают. Но это не удастся сделать, так как грунт будет неспособен принять такое большое количество воды из-за трудности ее всасывания в грунт. Выход проблемы – сброс воды в ближайший ручей, речку, дренажную сточную систему. Хорошо тем, кто живет на берегу реки. Фактически только там без больших дополнительных затрат можно использовать тепловой насос типа «вода-вода», так рядом – естественная дренажная система, способная отвести любое разумное количество воды.

Тепловой насос «лед – вода». Как видите, ни один из предлагаемых дилерами тепловых насосов не подходит для российских условий. Однако, возможен вариант устройства теплового насоса типа «лед- вода». Дело в том, что вода, при замерзании выделяет очень много тепла (330 Кдж/кг), что почти в 80 раз больше, чем она выделяет при остывании на 1 градус. При этом она фактически не меняет свою температуру (ок. -1 градусов) пока не замерзнет вся. Это тепло фазового перехода воды из жидкого в твердое агрегатного состояния и заманчиво использовать. Для получения часовой нормы отопления (36.000 Кдж) потребуется заморозить всего 120 литров воды! И при этом можно использовать тепловой насос «воздух-вода». Необходимо лишь доработать теплообменник, что бы он охлаждал не воздух, а воду и мог избавляться ото льда. Так же потребуется разработать систему удаления льда после его образования. Формально, его можно просто складировать, а весной и летом он сам растает… За зиму его может накопиться около 200-300 тонн. Это объем среднего бассейна. Такой тепловой насос имеет все шансы на использование в российских условиях.

Тепловые насосы все же являются достаточно экзотическими способами отопления в России, так как, как мы видим – отсутствуют как надежные и дешевые источники низкотемпературного тепла, так и цена самих тепловых насосов достаточно высока ( от 10.000 $US) . И поскольку вопрос с топливом (газ, дрова, уголь) стоит в нашей стране не так остро, перспективы тепловых насосов весьма неоднозначны.

Дровяное отопление, или отопление с помощью дров.

Пожалуй, в средней полосе России дрова были, остаются и еще долго будут оставаться одним из самых дешевых, доступных и вобщем то достаточно эффективным видом топлива. В самом деле, леса у нас имеют тенденцию к возвращению, т.е территория не перепахиваемая или не выкашиваемая постоянно достаточно быстро зарастает подлеском, а за 20 лет – и лесом. Лес довольно быстро самовоспроизводится, абсолютно экологически чист как топливо. Будучи правильно заготовленными и высушенными дрова достаточно теплотворны. Сухие дрова выделяют примерно 15.000 -20.000 Кдж/кг веса. Что всего лишь в 2 раза хуже дизельного топлива. Т.е. для отопления достаточно большого дома можно сжигать 2-3 кг сухих дров в час (с учетом КПД печи). Дрова, правда, обычно измеряют кубометрами ( 1 кубометр сухих дров весит примерно 450 кг). И учитывая и разность цен, и доступность, можно сказать, что дрова выгоднее дизельного топлива до тех пор, пока цена кубометра дров не превышает цену 200 литров дизельного топлива.

Характеристики дров человеку поменять невозможно. Зато он может изменить способ их сжигания, увеличивать КПД печи, сделать пользование ими более комфортным. Итак, рассмотрим несколько способов отопления с помощью дров.

Обычные отопительные печи. Отопительный щиток. Варочно-отопительные печи.

Являются одними из самых распространенных печей в России в текущее время. Обладая невысокой тепловой массой (несколько сотен кирпичей, т.е., 1-2 тонны максимум) , они достаточно быстро прогреваются, держат тепло после окончания топки несколько часов. Как правило — топятся 2 раза в сутки, утром и вечером. В сильные морозы — днем непрерывно при слабом горении. К таким печам относятся печки классом от «буржуйки» из металла, до достаточно больших кирпичных печей, сложной конструкции , предназначенные для отопления нескольких помещений. Используют как воздушный способ отопления, так и водяной, с разводкой системы отопления (трубы, радиаторы) по комнатам.

Основные преимущества — дешевизна и простота, достаточно высокая теплотворность, КПД на уровне 50-70%, универсальность (можно и отапливаться и готовить пищу), универсальность применяемого топлива (дрова, уголь, горючие нетоксичные отходы и пр.)

Недостатки — малая тепловая инерционность, необходимость постоянного контроля в процессе топки, чистка печи при топке углем (дровами – реже).

Камины В нашей стране с холодным климатом камины применяются как отопление исключительно редко. Скорее — это декоративная печь для создания особой атмосферы в доме. Хотя в последнее время появились камины с закрытыми топками, имеющие достаточно высокую эффективность как отопительные приборы, камин – это все же экзотика.

Преимущества каминов — неповторимый имидж помещения, прекрасное его проветривание. Наличие камина в помещении сразу делает его элитарным, повышает его статус.

Недостатки — чрезвычайно низкий КПД каминов – 15-30%, «прожорливость», необходимость повышенных мер пожарной безопасности…

Продолжение статьи …

Обсуждение вопросов отопления на форуме…

Константин Тимошенко (с) 11.12.2008