Тепловой насос – это экологичное отопительное устройство, получающее тепловую энергию из окружающей среды. Источником может служить воздух, вода или земля, наиболее часто используемый и стабильный источник – земля.

Как получить тепловую энергию из земли?

Существует, по крайней мере, несколько решений и способов организации геотермального коллектора, наиболее распространенными считаются горизонтальные и вертикальные схемы укладки. Условием для использования грунтового горизонтального контура является наличие подходящей площади поверхности свободной от застройки. Очень упрощенно можно сказать, что для горизонтального расположения коллекторов потребуется в 3 раза большая площадь, чем отапливаемая.

Если участок небольшой, можно использовать вертикальные геозонды. В зависимости от потребности в энергии бурят несколько скважин на глубину 30-50 м. Затем в отверстия помещается зонды, отвечающие за поглощение низкопотенциальной энергии.

Энергия, получаемая из земли, передается тепловым насосом в систему горячего водоснабжения и распределяется по системе отопления дома – это самый простой способ описать получение тепловой энергии из земли.
Однако чтобы понять принцип, согласно которому можно обогревать здание, необходимо знать некоторые тонкости.

Тепловой насос состоит из четырех основных элементов:

1. Компрессор
2. Конденсатор
3. Терморегулирующий вентиль
4. Испаритель

Эти элементы соединены между собой трубами и образуют замкнутый контур. В тепловом насосе находится вещество (хладагент), которое в зависимости от давления, становится жидкостью или газом. Это вещество, называемое в хладотехнике фреоном, имеет интересное свойство – оно кипит при низких температурах, например при -57 ° C. Хладагент, поступающий в емкость,  нагретую до -5 ° C  закипает и превращается в пар, при этом поглощая окружающее тепло. Такой пар, имеет определенное давление, поэтому он пытается выбраться из емкости, которая называется испарителем. Выходя из испарителя, пар попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. Рост давления сопровождается поднятием температуры фреона до + 75 ° C. Из компрессора разогретый пар перемещается в конденсатор способный передавать тепло в отапливаемое помещение. Поскольку конденсатор отдает тепло, он охлаждается сам по себе, что создает условия для конденсации хладагента. Уже жидкий, остывший хладагент возвращается в испаритель. Очень важный элемент теплового насоса – расширительный клапан (ТРВ), который можно сравнить с дроссельной заслонкой. Роль клапана заключается не только в управлении впрыском жидкости в испаритель, его присутствие необходимо для блокировки жидкости, поскольку в противном случае газ не будет сжат.

Теперь можно более внимательно рассмотреть схему работы теплового насоса. Жидкость, кипящая в испарителе, поглощает тепло источника за счет испарения. Проблема в том, что собранная таким образом энергия еще не пригодна для обогрева и ее температуру необходимо повысить. Это делается с помощью компрессора, который приводится в действие электрическим двигателем.

 
Так как компрессор ТН  потребляет электрическую энергию, пора поднять вопрос об эффективности теплового насоса. Эта эффективность определяется соотношением количества полученной тепловой энергии к количеству израсходованного электричества. Средний КПД тепловых насосов составляет около 400%. Для определения КПД было принято использовать так называемый коэффициент преобразования, известный как COP. Это соотношение полезного тепла и электроэнергии, т.е. в нашем случае COP = 4.  COP самого насоса и COP системы отопления – разные вещи. Здесь огромную роль играет идеальное сочетание всех компонентов, начиная от источника тепла и заканчивая приборами отопления. Ответственность за это соответствие лежит на разработчике решения и монтажнике теплового насоса. Их знания и опыт определяют параметры установки, то есть комфорт и эксплуатационные расходы.
В случае получения тепла из земли рекомендуется использовать низкотемпературную систему отопления. У качественных тепловых насосов нет проблем с работой при максимальной температуре +55 ° C, но чем выше будет температура подачи, тем ниже будет СОР.

Стоит ли тратиться на получение энергии из земли?

Достоинства:

1. Эффективность. При одинаковом потреблении электричество электрического котла и теплового насоса, последний позволяет получить в 4-5 раз больше тепловой энергии.
2. Экологичность. Данный вид отопления экологически полностью безвреден, отсутствуют выбросы в атмосферу.
3. Безопасность. Отсутствует какое-либо топливо и химические реактивы, нет угрозы возгорания или взрыва оборудования.
4. Надежность. Правильно собранная система способна работать без вмешательства не менее 30 лет.
5. Компактность. Система не требует котельной и помещений для хранения топлива.

Недостатки:

1. Первоначальные затраты. Стоимость теплового насоса и его монтажа сопоставима с ценой автомобиля эконом класса.

В настоящее время тепловые насосы, которые получают энергию из возобновляемых источников, становятся все более доступными. Это экологические, современные устройства, имеющие низкие эксплуатационные расходы. Срок службы исчисляется десятками лет. Использование возобновляемых источников энергии – это хорошее вложение на многие годы.

Материал предоставлен www.geotermal54.ru