Земляные тепловые насосы, смысл бизнеса, производство, монтаж, установка
Сегодня тепловые насосы НЕ ВЫГОДНЫ и себя НЕ ОКУПАЮТ!!! - подробнее в материале тепловой насос цена
Тепловые насосы - это холодильные машины, предназначенные для выработки и преобразования тепла(холода) с как можно большим коэффициентом по отношению к затрачиваемому электричеству. Т.е. смысл тепловых насосов в экономии электроэнергии при получении("переноса") тепла(холода), необходимого потребителю.
Синонимы - тепловые насосы, трансформаторы тепла, термотрансформаторы
В результате работы теплового насоса происходят процессы преобразования или трансформации тепла, происходит "перенос" тепла из окружающей среды большей теплоемкости, но с меньшей температурой к среде(помещению) меньшей теплоемкости - более наглядно в примере здесь
Бытовые цифры и факты:
- при непонятном рядовому пользователю процессе(кто из читающих знает что это радиация?) при выработке тепла обычными теплогенераторами на электричестве, будь то простой электрический нагреватель (ТЭН), тепловентилятор или электрокотел при затратах 1кВт в час электроэнергии выделяется для потребителя около 1 кВт тепла в час. Приблизительно 1кВт тепла нужно для отопления 10 м2 помещения.
- при таких же непонятных процессах, но уже более сложных(описанных в учебниках физики - но кто их изучал?) в холодильниках, кондиционерах так же вырабатывается тепло, но почему-то уже с коэффициентом в несколько раз больше единицы! Т.е. если холодильник потребляет 100Вт/ч электроэнергии, то его решетка взади (радиатор) может дать тепла в несколько раз больше - может 150Вт, может 300Вт/ч - точно никто не считает, так как холодильник не для этих целей используется. Да и "холодит" холодильник тоже с коэффициентом больше единицы! Кондиционер так же - посмотрите в паспорте - потребляемая мощность например 800Вт/ч, тепловая мощность - 2,2кВт/ч, холодопроизводительность - 1,8кВт/ч - т.е. потребляемая мощность в несколько раз меньше того количества тепла или холода, которое дает устройство. Лично я не знал этого и грелся в квартире электро-теплонагревателем - теперь исключительно кондиционером! Слово "дает" тут не подходит, т.к. в результате работы кондиционера, холодильника или теплового насоса происходят процессы преобразования тепла (трансформации тепла), т.е. эти устройства на самом деле переносят тепло с разных источников.
Задача производителей и установщиков тепловых насосов максимально увеличить разницу между потреблением электричества и количеством вырабатываемого, точнее переносимого или трансформируемого тепла(холода) для потребителя. В этом смысл тепловых насосов, в этом же смысл кондиционеров, работающих в тепловом режиме, которые можно назвать так же тепловыми насосами типа воздух-воздух... Про установку кондиционеров и цену можно посмотреть на любом сайте типичной современной компании - это даст возможность сравнить кондиционеры и тепловые насосы...
Исходя из этого понятен смысл замены электронагревателей тепловыми насосами.
Электронагреватели приблизительно потребляют столько электричества, сколько вырабатывают тепловой мощности. Тепловые насосы потребляют электричества в несколько раз меньше на выработку(перенос) подобной тепловой мощности, т.к. "забирают тепло" у окружающей среды - более наглядно в условном примере здесь
Посчитаем окупаемость тепловых насосов на примере 100м2 помещения, условно допустим затраты на тепло(или охлаждение) 10кВт/ч по 20 часов в сутки.
Простой электронагреватель - тепловентилятор для 100м2 помещения (допустим 10кВт-ный) стоит 200у.е.
Кондиционеры для 100м2, пусть 2 шт. по 5кВт тепловой(охлаждающей) мощности с монтажом стоят 2000у.е.
Тепловой насос для 100м2, грунт-вода, допустим с монтажом и установкой, с двумя фанкойлами сегодня стоит около 6600у.е.
Будем считать что 1кВт электроэнергии стоит 0,1у.е.. Кондиционер получает на 1кВт затраченной электроэнергии 2,8-3кВт тепловой, тепловой насос грунт-вода - на 1кВт - 4кВт тепла.
За сколько дней окупится кондиционер, тепловой насос? (относительно прямого элетронагрева)
Пусть в день затраты 10х20=200кВт тепловой мощности или на сумму 200х0,1=20у.е. при электронагреве
В 2,8-3 раза меньше при отоплении кондиционером - т.е. 7у.е. (экономим 13у.е./день)
В 4 раза меньше при отоплении тепловым насосом, т.е. 5у.е. (экономим 15у.е./день)
2000-200/13 = 138 "рабочих" дня окупается кондиционер (относительно электронагрева)
6600-200/15 = 427 "рабочих" дня окупается тепловой насос при стоимости 6600у.е. (это очень дешевая цена для установки и монтажа 10кВт теплового насоса грунт-вода, если учесть еще и фанкойлы)
Насколько тепловой насос выгоднее кондиционера? Экономия для 100м2 около 2у.е./день, 6600-2000/2=2300 рабочих дня требуется для того, чтобы тепловой насос окупил себя относительно кондиционера!
Но в Украине, как и в России, не всегда кондиционер работает с "тройной экономией" по теплу - когда за окном холодает ниже -10 градусов (может меньше - определенные цифры для разных моделей-производителей кондиционеров) - то эффективность теплового кондиционера значительно снижается.
Земляной тепловой насос, использующий теплоту грунта, равную в Украине около +8 - +10С (а не наружного воздуха, как кондиционер) всегда работает одинаково эффективно - в этом его и преимущество!
Исходя из этих цифр развитие тепловых насосов возможно "тормозят" энергоэффективные кондиционеры, но мы еще не затронули тему пассивного охлаждения тепловыми насосами! Цифры при пассивном охлаждении тепловым насосом:
Допустим на 100 м2 при применении двух 5кВт-х фанкойлов затраты электроэнергии - 100Вт х 2 - вентиляторы фанкойла и 60Вт циркуляционный насос грунтового контура, и пусть еще 100Вт циркуляционные насосы самого теплового насоса и контура отопления(подачи в фанкойлы), т.е. всего для около 10кВт/ч холодопроизводительности потребуется до 400Вт/ч электричества, т.е. в 25 раз меньше, чем если бы охлаждали каким-то "прямохолодильным устройством" - но современные кондиционеры не из таких - те же 10кВт/ч холода на современных кондиционерах можем получить при затратах около 3-4кВт/ч электричества, т.е. в 10 раз больше чем при пассивном охлаждении тепловым насосом. Теперь что нам даст эта экономия в реале?:
Для 100м2 обычно хватает двух 2-х кВт-ных кондиционеров, вместе дающих 10кВт холода и стоимость их с установкой пусть по 1000у.е./шт - итого 2000у.е.
Ежедневно потребление электроэнергии для охлаждения около 4х20=80кВт на сумму около 8у.е.
При пассивном охлаждении земляным тепловым насосом затраты на охлаждение(и на оборудование) - пусть фанкойлы по 800у.е. с установкой и подведением воды, тепловой насос 5000у.е. - итого 6600у.е.. Ежедневное потребление электричества - 0,4х20=8кВт на сумму 0,8у.е.. Т.е. в день экономим около 7,2у.е.
6600-2000=4600/7,2=639 рабочих дней окупят тепловой насос при пассивном охлаждении относительно кондиционеров при охлаждении 100м2.
Как видим, в режиме пассивного охлаждения земляные тепловые насосы быстрее окупаются относительно кондиционеров, чем в режиме отопления. Только одно но?! - а зачем вообще тепловой насос для пассивного охлаждения? Из грунтового коллектора вода температурой около 10 градусов поступает одним контуром(и одним циркуляционным насосом!) в фанкойлы и тоже пассивное охлаждение! Но минуя всю сложную технику и автоматику тепловых насосов!
Что для этого нужно?
Скважина - вертикальный грунтовый коллектор, тепловой зонд (в данном применении охлаждающий зонд), для 10кВт глубиной около 200м, лучше 5 скважин по 40м (дешевле). Затраты на организацию такого зонда - около 1000у.е. Плюс фанкойлы с одним циркуляционным насосом - тоже до 2000у.е. Итого 3000у.е. - что на 1000у.е. дороже системы с кондиционерами. Но так как применяется один циркуляционник для всего одного контура - то затраты на электричество сокращаются еще на 100Вт(в тепловом насосе как минимум три контура с циркуляционными насосами, но можно соединить контур скважины напрямую с контуром фанкойлов, если в них один и тот же теплоноситель). В этом случае окупить систему относительно установки кондиционеров ценой сможем за один охладительный сезон длительностью около 100-150 дней! И получим в результате практически "халявное" охлаждение! Это только идея (охлаждение одним контуром вертикальными грунтовыми коллекторами или зондами с фанкойлами) - на практике я её еще не применял.
Рашид
30.08.10г.
Консультация по вопросу возможности использования только "пассивного охлаждения грунтом" с кандидатом технических наук, ученым, более 8 лет изучающим теплонасосные технологии:
Рашид Шахидов:
Здравствуйте, нашел Вас как автора материалов по фанкойлам и др. Извините, не нашел других способов связи. Интересует консультация по тепловым насосам, а именно возможно ли использовать грунтовый коллектор с фанкойлом без теплового насоса(типа пассивный режим охлаждения напрямую) и как при этом рассчитать возможности охлаждения такой системы, кол-во метров скважины?
Александр Недбайло:
Здравствуйте!
Использование фанкойлов напрямую с грунтовым коллектором широко применяется с целью кондиционирования (охлаждения) воздуха в помещениях различного назначения зарубежом уже более 30 лет. Антифриз циркулирует с расчетным расходом по контуру грунтового коллектора (горизонтального, вертикального в скважинах, в водоеме и др.) при помощи центробежного насоса. Посредством пластинчатого теплообменника осуществляется гидравлическое разделение контура фанкойлов, в котором при помощи другого циркуляционного насоса прокачивается вода.
Антифриз в теплообменнике охлаждает теплую воду от фанкойлов. Холодная вода подается на фанкойлы (оребренные трубчатые теплообменнки с принудительной конвекцией за счет встроенных в корпусе вентиляторов) и происходит охлаждение продуваемого воздуха через них воздуха в помещении. Расходы антифриза (в основном на основе этиленгликоля) и воды расчитываются исходя из длины грунтового коллектора, площади кондиционируемого помещения, а также влажности воздуха, теплофизических свойств грунта и необходимой степени физиологического комфорта для человека.
Вы правильно назвали этот способ пассивным охлаждением. В Киеве в Институте технической теплофизики Национальной академии наук есть демонстрационная теплонасосная установка с возможностью работы по вышеописанному принципу, а также ряд других объектов для отопления и кондиционирования помещений при помощи различных систем отопления: водяной теплый пол, твердотельный электрический аккумулятор теплоты, классическая система с радиаторами и др. При этом используются тепловые насосы различных типов: воздух-жидкость, грунт-жидкость, жидкость-жидкость. Я имею возможность провести экскурсию заинтересованным лицам поскольку занимаюсь всем этим уже более восьми лет. Приглашаю к нам для ознакомления!
Рашид:
- нельзя ли без теплообменника напрямую подключатся к фанкойлам? (как и пишу в своей "приблизительной статье"...)?
Александр Недбайло:
- На сайте http://www.ivt.com.ua/20/48 размещены материалы моего доклада (презентации) экспериментальной системы теплоснабжения, которая смонтирована в нашем институте. Как статью их рассматривать не корректно. Вы в своих материалах излагаете многое весьма правильно. Как для аматора в этой области, Вы достаточно правильно оценили экономическую целесообразность внедрения теплонасосных технологий в связи с грядущим дефицитом и последующим удорожанием органического топлива. Без теплообменника можно обойтись (непосредственная циркуляция антифриза через грунтовый коллектор и фанкойлы), также как и без теплового насоса, но в этом случае в холодный период года невозможна будет организация отопления фанкойлами. Только охлаждение.
Если использовать воду в таком контуре - высока вероятность ее замерзания зимой, разрыв трубопроводов, аварийная ситуация... Необходимо предусматривать слив большого количества литров воды. Это неудобно технологически для конечного пользователя. Помимо этого, по европейским нормам, в жилых помещениях не допускается использование антифризов, как токсических веществ. Мы к этому пока не пришли.
Об источнике низкопотенциальной теплоты:
На рисунке ниже показана зависимость изменений температуры грунта в зависимости от глубины в течение года (сезонных колебаний температур от -20 до +30 градусов Цельсия):
Тв - температура воздуха
Тg - температура грунта
Практически на глубине 8,6 метров и ниже температура грунта при указанных сезонных колебаниях температур не меняется.
Читайте так же: 3Д принтеры набирают обороты и прогнозируется бум печати в 3Д в 2014 году.
