Широке залучення в енергетичний баланс аграрної галузі теплових насосів (ТН) - перспективний напрям, що дозволить застосовувати теплові ресурси низькопотенційної енергії та забезпечить скорочення енергетичногодефіциту й охорону довкілля.
Теплові насоси, без сумніву, є найбільш перспективними серед джерел «нетрадиційної енергетики» для вирішення проблем енергозбереження, завдяки можливості «черпати» поновлювану енергію з навколишнього середовища.
Енергетична доцільність застосування теплових насосів як енергоджерела переконливо доведена результатами значної кількості наукових досліджень і досвідом експлуатації мільйонів ТН у багатьох країнах світу.
Сьогодні в світі успішно експлуатується понад 130 млн теплонасосних установок різного функціонального призначення загальною вартістю понад $125 млрд.
В Україні, на жаль, сьогодні важко вказати який-небудь інший напрям розвитку нової техніки і технології, який би знаходився у такій разючій суперечності як зі своїми потенційними можливостями, так і з рівнем розвитку в інших країнах світу. Якщо в розвинених країнах і в тих, що розвиваються кількість працюючих ТН різного функціонального напряму нараховується мільйонами, то в Україні працюють лише одиничні установки.
ТИПИ ТЕПЛОВИХ НАСОСІВ
Теплові насоси - це компактні економічні й екологічно чисті системи опалювання, що дозволяють отримувати тепло для гарячого водопостачання й опалювання будівель за рахунок використання тепла низькопотенційного джерела (тепло грунту, ґрунтових, артезіанських вод, озер, морів, тепло повітря) шляхом перенесення його до теплоносія із вищою температурою.На відміну від газових котлів, котлів на рідкому і твердому паливі, теплові насоси мають відмінні показники економічності роботи (щомісячні витрати зменшуються від 2 до 7 разів!)
Тепловий насос типу «грунт-вода»
Грунт - це, мабуть, найбільш універсальне джерело розсіяного тепла. Він акумулює сонячну енергію і круглий рік підігрівається зсередини, від ядра землі. При цьому він завжди «під ногами» і здатний віддавати тепло незалежно від погоди. Адже на глибині 5-7 м температура практично постійна протягом усього року. Необхідна енергія збирається теплообмінником, заглибленим у землю, й акумулюється у носієві, який потім насосом подається у випарник і повертається назад за новою порцією тепла. Такий переносник енергії використовує незамерзаючу рідину на основі етиленгліколю або пропіленгліколю. Існує два типи колекторів: грунтовий і грунтовий зонд. Вибір залежить від особливостей кожної ділянки, його площі, геології тощо.Грунтовий колектор (горизонтальний) має вигляд довгої труби, горизонтально укладеної під шаром грунту. Грунтові зонди (вертикальні колектори) - це система довгих труб, що опускаються у глибоку свердловину (50-150 м).
Тепловий насос типу «вода-вода»
Джерелом тепла у цьому типі теплових насосів можуть бути поверхневі (річки, озера) або грунтові води (свердловини), а також скидна вода технологічних установок. Самі насоси майже не відрізняються від тих, які працюють на земляному контурі. Але завдяки вищій температурі теплоносія взимку річна ефективність застосування пристроїв типу «вода-вода» виявляється найвищою.
Тепловий насос типу «повітря-вода»
За універсальністю застосування у наших кліматичних умовах цей тип насосів поки програє своїм аналогам. Хоча самі насоси дешевші, і прокладки труб або буріння свердловин не вимагається, однак із морозного повітря багато тепла не відбереш. Тому такі теплові насоси рекомендується використовувати тільки в південних областях і в Криму, де максимальна температура взимку не опускається нижче -15°С.
Конструктивно пристрої типу «повітря-вода» виконуються по двох компонувальних схемах: спліт і моно. У першому випадку установка складається із двох блоків, сполучених комунікаціями. Один, зовнішній, включає могутній вентилятор і випарник (вмонтовується на ділянці недалеко від будинку). Другий, внутрішній, містить конденсатор і автоматику та встановлюється у приміщенні. Компресор може розташовуватися або зовні, щоб не шумів у будинку, або у внутрішньому модулі. У моноблоках всі елементи збираються у загальному корпусі й вмонтовуються у будинку, а з вулицею з'єднуються гнучкими повітроводом. Є моноблоки, що допускають як зовнішній, так і внутрішній монтаж.
Останніми роками у зв'язку з погіршенням вентиляції житла через широке застосування нових герметичних вікон зі склопакетами теплові насоси «повітря-вода» отримали додатковий розвиток. Крім опалювання і підготовки гарячої води, деякі моделі можуть не тільки працювати в системах вентиляції, але ще використовувати тепло відпрацьованого повітря приміщень.
Тепловий насос «грунт-повітря»
У цих теплових насосах теплова енергія береться у грунті і через компресор безпосередньо передається повітрю, яке використовується для опалювання будівель, тим самим відпадає необхідність у використанні проміжного теплоносія (води). Грунт - це, мабуть, найбільш універсальне джерело розсіяного тепла. Він акумулює сонячну енергію і цілий рік підігрівається зсередини, від ядра землі. При цьому він завжди «під ногами» і здатний віддавати тепло незалежно від погоди. Адже на глибині 5-7 м температура практично постійна протягом всього року. Необхідна енергія збирається теплообмінником, заглибленим у землю, й акумулюється у носієві, який потім насосом подається у випарник і повертається назад за новою порцією тепла. Такий переносник енергії використовує незамерзлу рідину на основі етиленгліколю або пропиленгліколю. Існує два типи колекторів: грунтовий та і грунтовий зонд. Вибір залежить від особливостей кожної ділянки, його площі, геології тощо.
Тепловий насос типу «вода-повітря»
У цих теплових насосах теплова енергія береться у грунті і через компресор безпосередньо передається повітрю, яке використовується для опалювання будівель, тим самим відпадає необхідність у використанні проміжного теплоносія (води). Джерелом тепла в цьому типі теплових насосів можуть бути поверхневі (річки, озера) або грунтові води (свердловини), а також відхідна вода технологічних установок. Самі насоси майже не відрізняються від тих, які працюють у грунтовому контурі. Але завдяки вищій температурі теплоносія взимку річна ефективність застосування пристроїв типу «вода-повітря» виявляється дуже високою.
Тепловий насос типу «повітря-повітря»
По суті, теплові насоси цього типу - це сучасні кондиціонери, які можуть не тільки охолоджувати влітку, але й обігрівати взимку. Вони дешеві в установці, оскільки не вимагають прокладки зовнішнього колектора, досить економічні й тихі.Проте є одне «але». На жаль, досить-таки суворі і холодні зими в Україні не дозволяють користуватися цим видом теплових насосів як основним джерелом тепла, оскільки їх робота гарантується за температури навколишнього повітря до -70С (у деяких випадках - до -150С), при цьому вже при -30С велика частина електричної енергії йде на відпалювання теплообмінника (зовнішнього блоку) й ефективність роботи різко погіршується.
Багато технологічних процесів сільського господарства пов'язані зі значним споживанням теплоти, що значною мірою задовольняється за рахунок електроенергії. З іншого боку, сільське господарство має у своєму розпорядженні великі власні вторинні теплові ресурси, але через їх низький температурний рівень вони використовуються недостатньо. Застосування теплових насосів у технологічних процесах сільського господарства дозволить використовувати низькопотенційну теплоту.
Існують основні області використання теплових насосів: у лініях первинної обробки молока і для теплопостачання стійлових приміщень. На молочних фермах істотну частку витрати енергоресурсів (до 50%) становлять витрати електроенергії на привід компресорів холодильних машин, призначених для охолоджування свіжовидоєного молока і на нагрів води для санітарно-технологічних потреб. Таке поєднання потреби в теплоті і холоді створює сприятливі умови для застосування теплових насосів. Так, при охолоджуванні 1 л молока з 30 С до 4-6 С виділяється 85-100 кДж теплоти. Цього тепла, а також енергії,витраченої на привід компресора, достатньо для нагріву 1 л води дотемператури 25-35С. При використанні сучасних доїльних установок у технологічному процесі потрібна гаряча вода з температурнимизначеннями 30, 40 і 60 С.
З вентильованим повітрям стійлових приміщень відводиться значна кількість теплоти, яка успішно може бути використана як низькопотенційне теплоджерело для малих теплових насосів. Застосування ТНУ на тваринницьких фермах забезпечить одночасно кондиціонування повітря у стійлових приміщеннях в літній період та теплопостачання зимою. Застосування ТНУ необхідно направляти на тепло- і холодозабезпечення сільськогосподарських об'єктів (молочнотоварних ферм, овочесховищ, зерносховищ, теплиць тощо).
