Тепловой насос для отопления дома: классификация, схема работы. Что такое тепловой насос для отопления дома

Отопление тепловым насосом дома - преимущества и расчёт системы

Как происходит отопление дома с помощью теплового насоса какой принцип работы геотермального теплового насоса и многое другое, рассмотрим в этой статье. Вообще главное преимущество теплового насоса — это реальная возможность преобразования энергии электричества из 1 кВт в 5 кВт тепловой энергии. Энергоэффективность зависит, впрочем от многих факторов, которые рассмотрены ниже. Но как бы там ни было: заманчивая перспектива трансформации, не правда ли?

Самое главное преимущество геотермального насоса — это возможность полностью исключить необходимость использования системы отопления на газу, который на сегодняшний день достаточно дорогой. Кроме дороговизны газа, вопросы возникают и к качеству такого топлива для отопительных систем. Так что Вы, кроме цены на газ, решаете вопрос со стабильностью работы системы а также не подвергаетесь проблеме проводки газа к дому и разрешения всех официальных вопросов в подключении. Короче говоря можно выделить основные плюсы использования тепловых насосов:

Полная пожаробезопасность материалов и системы в целом
Нет необходимости в дорогостоящем подключении газа
Нет необходимости в монтаже дымохода, который зачастую бывает отдельной проблемой
Сохранение нервов, ведь полностью исключается общение с газовыми конторами
Неприхотливость в обслуживании
Надёжность — срок службы зондов в системе геотермальных насосов до 100 лет. Компрессор — 30 лет. Об этих компонентах, ниже в статье.
Небольшое потребление электроэнергии делает возможность подключение резервного питания в случае отключения электричества. Либо с помощью дизельного генератора, либо с помощью источника бесперебойного питания.
После окончательного монтажа грунтовая скважина не требует каких-то особых условий, а значит не вносит никаких изменений в ландшафтный дизайн вашего участка. Внешне никто даже знать не будет о том, что в вашем частном доме происходит отопление воздушным тепловым насосом.

Автоматика тепловых насосов работает настолько чутко, что в зависимости от малейших изменений погодных условий, способна сама изменять режим работы. Переходить с отопления на охлаждение и наоборот.
Воздушный тепловой насос для отопления не требует особых условий для установки и работает с крайне низким уровнем шума.
Главный минус в установке такой системы — цена на отопление тепловым насосом. Именно цена монтажа и системы.

Отопление тепловым насосом очень выгодно, ведь при достаточно небольшом использовании электричества, можно обеспечить дома комфортом, теплом и горячей водой. Кроме этого, летом тепловой насос для отопления дома, может служить как кондиционер, охлаждая помещения в доме. Если говорить про добавочную функцию в отоплении теплового насоса или подстраховки для твердотопливного котла, то таким образом, Вы обезопасите себя ещё и на случай отключения электричества, ведь можно подобрать полностью энергонезависимый твердотопливный котёл. Кроме всего прочего при использовании твердотопливных котлов в сочетании с отоплением частного дома тепловым насосом, вы можете быть уверены в максимальном КПД, ведь понизить качество электроэнергии нереально, а твёрдое топливо, вы можете контролировать сами.

Как работает геотермальный тепловой насос

Принцип работы теплового насоса заключается в работе геотермального контура. Такой контур забирает тепло из земли и обеспечивает температуру нагрева. При этом, нагревание не зависит от внешних погодных факторов. Как же работает геотермальный контур? В скважины, глубиной до сотни метров помещаются специальные грунтовые зонды, с помощью которых и происходит нагрев. В геотермальных скважинах температура всегда статична, независимо от поры года. Специальный рассол(пропилен-николь) греется, забирая от грунтового горизонта тепло, до 6 С°. Циркулируя по замкнутому контуру, тепло передаётся на испаритель теплового насоса. На конденсаторе, насос преобразует тепло до 60 С°. Таким образом, мы имеем температуру, готовую к нагреву непосредственно теплоносителя. Вода нагревается и подаётся по системе в дом, для использования в бытовых целях и нагрева для системы отопления. Принцип действия охлаждения, при тёплой погоде, разделяется на два типа:

Активное — компрессор в работе, но тепловой насос работает наоборот. Забирает тепло из системы отопления и передаёт температуры в грунт. Грунтовые зонды осуществляют передачу тепла уже в землю.
Пассивное — вода охлаждается в теплообменнике при выключенном компрессоре.

Важно!

Отопление тепловым насосом своими руками сделать достаточно сложно, ведь такая система отопления тепловым насосом, очень сложная с точки зрения инженерии. Как следствие в виду неправильного монтажа системы или неопытности в монтаже, даже фирма, целенаправленно занимающаяся геотермальными насосами, может наломать дров. Начиная от падения КПД, путём снижения эффективности преобразования, вплоть до неработающей системы в итоге вообще. Чаще всего фирмы “играются” с глубиной скважины, чтобы составить более демократичную смету и удешевить всю систему в целом. Конечно, цена отопления дома тепловым насосом сразу упадёт для заказчика, таким образом фирма будет иметь возможность сделать систему дешевле, но потом начнутся проблемы с эксплуатацией. Например скважины могут смерзаться, в следствие чего, тепловой насос по эффективности упадёт в разы. Как бы не пришлось ставить отопительные приборы для отогрева отопительной системы. Это ведь бред?

Также можно уменьшить цену на тепловые насосы для отопления, путём применения дешёвых зондов, которые развалятся в скором времени. Решение конечно есть: бурить новые скважины, разрушая уже готовый ландшафтный проект, но оно Вам надо? Так что лучше тщательно выбирайте качественные комплектующие и не поскупитесь купить тепловой насос для отопления подороже.Ещё в целях экономии, в контур, заливают антифриз вместо пропилена гликоля. Это дешевле, да, но такой антифриз может отравить почву на вашем участке.

Короче говоря, обдумывая как и что сделать, не поскупитесь на нормальную, качественно сделанную, систему отопления. Стоимость отопления тепловым насосом, а именно монтажа системы, выйдет в таком случае первоначально дороже, зато Вы будете иметь работающую систему на сто лет вперед.

Тепловые насосы — расчёт отопления.

Отопление загородного дома тепловым насосом или дома в черте города, в плане расчётов зависит от многих факторов. Но всё же можно выделить общие тенденции в расчётах.Коэффициент преобразования — определяет эффективность геотермального насоса. Этот коэффициент характеризуется соотношением полученного тепла и потраченной электроэнергией. Обычно, при правильном монтаже системы, такой коэффициент составляет около пяти. Другими словами 1 кВт потраченной электроэнергии даёт 5 кВт тепловой энергии.

Путём несложных математических махинаций можно вычислить стоимость одного кВт тепла, например с учётом тарифов в Украине. Тариф на март 2015 года составляет 30,84 коп за кВт/ч. Таким образом стоимость кВт тепла, которое произведено в системе отопления тепловым насосом, составляет около 7 копеек.

Цена на тепловой насос отопления

Что входит в стоимость теплового насоса отопления? В зависимости от фирмы-монтажника системы отопления на тепловом насосе, комплект может включать в себя по работам и комплектующим:

Скважины, бурение скважин.
Спуск зондов.
Комплектация скважин
Монтаж системы. Гребенка зондов, гидравлическая обвязка, автоматика.
Бойлер
Тепловой насос
Геотермальные зонды
Пропилен-гликоль

Тепловой насос сегодня один из основных видов альтернативного отопления дома. Конечно, стоимость геотермального отопления и системы в целом зависит от многих факторов. Это и производитель — брэнд, и мощность, и глубина бурения, возможностей в теплоотдаче у грунта и многого другого. Но если уж сильно округлить и внести в стоимость монтаж котельной, бурение нескольких, необходимых для нормальной работы скважин до 100метров, тепловой насос, зонды, обвязку, то при квадратуре дома в районе 300 метров квадратных, отопление тепловым насосом обойдётся Вам в 25 тысяч долларов. Опять-таки, стоимость очень приблизительная. Также учтите, что собрать правильно систему теплового насоса намного сложнее, чем скажем установить электрический котёл отопления. Так что желательно обратиться за подробной информацией к фирмам, которые занимаются целенаправленно монтажом таких систем отопления.

tverdo-kotel.com

Тепловой насос для отопления дома: устройство и типы

Тепловой насос — это далеко не новое изобретение. Первый рабочий вариант был изготовлен еще в 1855 году. Но из-за недостаточного развития технологий не получила широкого распространения вплоть 70-х годов 20 века. В это время идея экономичного и энергосберегающего отопления стала набирать популярности. В это время и стали востребованными тепловые насосы для отопления дома: при малых эксплуатационных расходах они могут полностью обеспечивать теплом для отопления и нагрева воды.

Устройство теплового насоса

Чем же хороши эти агрегаты? Тем, что затратив 1 кВт электроэнергии, в самом плохом варианте вы получаете 1,5 кВт тепла. И чудес тут нет: электричество тратиться не на преобразование в тепловую энергию, а на работу агрегатов для переноса тепла.

В этом устройстве есть три отдельных контура:

В первом (внешнем) циркулирует обычный теплоноситель (соляной раствор или антифриз). Он нагревается от наружных источников тепла (вне дома).
Во втором (внутреннем) герметично запаяно вещество с очень низкой температурой кипения.
И третий контур идет в отопительную систему.
Устройство теплового насоса: это три контура с теплоносителями, компрессор и испаритель, сбросный клапан (кликните для увеличения размера)

Если говорить коротко, то принцип работы теплового насоса состоит в следующем. У объектов разной природы, имеющих зимой положительные температуры (грунт на глубине ниже уровня промерзания, вода, воздух в вентиляционных шахтах и т.п.), тепло отбирается. От этого тепла нагревается циркулирующий по замкнутому контуру хладагент. Нагревшись до температуры выше точки кипения, жидкость переходит в газообразное состояние. По трубе пар (с температурой уже выше 0oC) попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. При сжатии выделяется большое количество тепла и из компрессора выходит вещество, нагретое уже до приличных величин +35oC или даже +60oC. В другом устройстве — конденсаторе — большую часть своего тепла он передает теплоносителю, который подается на трубы отопления.

Достаточно привлекательный внешний вид , малый уровень шумов позволяет устанавливать оборудование в доме

Хладагент в значительной степени потерявший тепло, но еще находящийся в газообразном состоянии и под приличным давлением, движется дальше по внутреннему контуру. Попадает на спускной клапан, где давление падает, резко снижается температура, вещество снова становится жидкостью. И снова попадает в испаритель, начинает следующий цикл работы теплового насоса.

Вот и получается что электроэнергия уходит не на выработку тепла, а только на его перемещение. И потому затратив 1 кВт электроэнергии, от этого устройства можно получить 2-6 кВт тепла. Такой разброс коэффициента преобразования из-за особенностей использования: чем ниже температура первичного нагрева (от внешних источников), тем менее эффективно будет работать тепловой насос. Но работать он будет даже при -20oC.

С какими системами отопления работает

Чтобы эффективно использовать тепловой насос для отопления дома, иногда приходится переделывать систему отопления. Дело в том, что извлекаемая им энергия нагревает теплоноситель в контуре отопления до не очень высоких температур. Они редко превышают 50-55oC, а чаще бывают ниже. И это — определяющий фактор при выборе системы. Если предпочитаете радиаторную, то ее тщательно и внимательно нужно считать: обеспечит дом теплом подобная установка только при хорошей теплоизоляции. Причем радиаторов понадобится очень много (расчет количества секций радиаторов тут). Потому в этом случае лучше иметь резервный источник тепла. Идеален тепловой насос для отопления дома теплыми полами: он выдает ту температуру теплоносителя, которая рекомендована для водяного подогрева пола.

В чем недостаток теплового насоса? Как было сказано выше, его эффективность (и температура нагрева теплоносителя в контуре отопления) зависят от температуры нагрева в первичном контуре. Не все источники тепла могут давать стабильно одну и ту же степень нагрева. По факту этим могут похвалиться только некоторые геотермальные источники. В основном же они меняются в достаточно широких пределах. Это не самое удобное свойство. Но для нивелирования этого разброса ставят на входе в систему отопления теплоаккумулятор, который выравнивает скачки.

Тепловой насос с теплыми полами — идеальная совместимость

Второй недостаток — высокая стоимость. И это не только стоимость самого теплового насоса, хоть и она уже очень велика. Устройство внешнего контура тоже требует средств, и порой немалых. Чтобы понять конкретнее масштабы требующихся вложений, поговорим об источниках тепла и типах тепловых насосов для отопления дома, работающих с ними.

Чем ниже температура, до которой будет нагреваться теплоноситель в отопительном контуре, тем выше эффективность теплового насоса. При температуре не выше 35oC затратив 1 кВт электроэнергии, вы можете получить 5 кВт тепла. С повышением температуры эффективность снижается. Так что идеальная система для совместной работы — водяные полы. Для достаточной теплоотдачи необходимо будет сделать шаг укладки минимальным (но и позаботиться о хорошей теплоизоляции).

Источники тепла и требования к первичным контурам

Источником тепловой энергии для теплового насоса может быть любая среда, которая в зимнее время имеет температуру стабильно выше 1oC. Это может быть:

Вода — речка, озеро, непромерзающий пруд, колодец, даже сточные воды и т.п. Тут все понятно: подо льдом температура воды всегда положительная. В воду погружают трубопровод. Его длина зависит от требуемой мощности: один метр трубопровода дает до 30 Вт тепла. Если для отопления дома необходимо 15 кВт, то в воду нужно погрузить 500 метров трубы. Ее можно укладывать кольцами или змейкой. Этот тип оборудования называется «тепловой насос вода-вода», если тепло отбивается от воды и передается жидкому теплоносителю в отопительной системе. И тепловой насос вода-воздух, если отобранное у воды тепло уходит на обогрев воздуха в помещении.
Для отбора тепла у воды, потребуется утопить большое количество труб
Воздух. Теплые воздушные массы систем вентиляции, выхлопы каких-то агрегатов и др. Если использовать обычный водяной контур для нагрева теплоносителя и тепловой насос вода-вода, то в среднем коэффициент преобразования 1,5-2,2. Но есть специальные тепловые насосы воздух-воздух или воздух-вода, которые показывают гораздо более высокую эффективность за счет использования современных технологий. Тогда коэффициент преобразования может быть выше 4. Воздушные тепловые насосы распространены наиболее широко: нет нужды устанавливать большие контура, а источник тепла можно найти. По сути все кондиционеры, которые могут работать на обогрев, являются тепловыми насосами, но с небольшой эффективностью. Есть одно серьезное «но»: эти системы не могут функционировать при низких температурах. Где брать тепло, если уже глубокий минус? Только некоторые модели способны отбирать его при -20oC и то не в самых больших количествах, а для большинства нижний предел -10°C.
Породы на глубине более 20 м. Самый стабильный источник тепла. И зимой и летом температура почти одинакова. Вся сложность заключается в том, что приходится бурить скважины, а это далеко недешево. Вниз опускают U-образную трубку, заполненную теплоносителем. Один метр скважины может дать 50-60 Вт тепла. Потому для обеспечения такого же количества тепла 15 кВт потребуется 250-300 м скважин. Понятно, что одной скважиной тут не обойдешься, дешевле сделать несколько расположенных рядом с рассчитанной общей протяженностью. Система довольно эффективна, но срок окупаемости — не менее 10-15 лет, и это при хорошо утепленном доме. Эти насосы называют геотермальными — используется тепло земли.
Способы устройства коллектора в грунте: вертикальный и горизонтальный
Отбор тепла от грунта. Ниже уровня промерзания на 30-50 см температура практически всегда стабильно выше 0oC. На практике заглубление требуется на 1-2 метра в зависимости от региона. Трубопровод укладывают с расстоянием между витками 1-1,5 метра. Отбор зависит от типа грунта и влажности: во влажных грунтах с близко расположенными грунтовыми водами эффективность выше — 50-70 Вт/м, в сухих песчаных грунтах самая низкая 30-40 Вт/м. Так при укладке в «эффективный» грунт 15 кВт тепла можно получить с 250 м трубопровода. Для этого потребуется приличный участок земли. Для уменьшения занимаемой площади трубы могут укладывать кольцами. Несмотря на довольно высокую эффективность, такой способ используют редко: велики объемы земельных работ. И подземный трубопровод с большей вероятностью может быть поврежден, чем все остальные.

Источники трех последних групп хоть и являются разными средами, на самом деле получают тепло в немалой степени от земной коры. Потому устройство, работающие с ними, называют еще геотермальный тепловой насос.

Чтобы горизонтальный контур занимал меньшую площадь, трубы можно уложить кольцами

Несмотря на то, что в использовании тепловые насосы очень экономичны, они требуют больших средств на установку: от 300$ до 1000$ на один киловатт мощности. Срок их окупаемости 5-15 лет, при строке эксплуатации до капитального ремонта от 15 лет до 20 лет.

Для снижения расходов и уменьшения «стартовых» затрат систему делают комбинированной: часть тепла для отопления дома дает тепловой насос, а часть — какой-то другой источник тепла, хоть та же печка. Так расходы и на монтаж системы и на отопление минимизируются. Дело в том, что расчет потребности тепла берется исходя из самых низких температур в регионе. Но такое время — это одна, максимум полторы недели в отопительном сезоне. Для остального промежутка требуется намного меньшая мощность. Вот эту среднюю потребность и обеспечивает тепловой насос. То есть его мощность может составлять 50-70% от пиковой. А в самые холодные дни подключается резервный источник тепла. Разумное решение, которое экономит довольно приличную сумму.

Что еще приятно, что летом система может работать в режиме кондиционирования, отбирая тепло в помещении и отдавая его в первичный контур.

Перспективы

Само оборудование и установка теплового насоса очень недешевы. Но привлекательна идея. В Европе давно функционируют тысячи агрегатов. Для наших просторов это пока экзотика, но есть уже фирмы, которые могут не только рассчитать и смонтировать систему, есть даже производители тепловых насосов в России.

Тепловой насос воздух-воздух не требует устройства внешнего контура

Все дело в том, что системы требуют индивидуального расчета и выбора источника, протяженности трубопровода и подбора самого оборудования. Но есть две модификации, которые не так и много стоят. Это те, которые отбирают энергию у воздуха. Например, тепловой насос воздух-воздух часто можно встретить в кондиционерах, которые могут работать и на отопление. Они работают именно по этой технологии и потому такие агрегаты имеют более высокую стоимость по сравнению с теми, которые только охлаждают.

Тепловой насос воздух-вода работает по схожему с отопительными кондиционерами принципу, но для нагрева воды используется гидромодуль — устройство, в котором и происходит нагрев воды. Мощность этого типа оборудования можно подобрать с таким расчетом, чтобы оно работало не только на отопление, но и нагревало воду для бытовых нужд. Вот тут нужно считать: возможно, поставить отдельный бойлер будет дешевле.

Система воздух-вода: водяное отопление с обогревом от атмосферного тепла (кликните для увеличения размера)

Производители тепловых насосов

Это оборудование давно применяется в Европе, потому на рынке довольно большое количество «европейцев». Присутствуют и японцы, и корейцы, есть и вездесущие китайцы. С качеством все, как и в остальной технике: европейцы и японцы качественны, но дороги, корейцы, и по качеству и по цене чуть ниже. С китайской продукцией тоже как обычно: повезет, все работает отлично, не повезет — будете покупать новый насос.

Примеры хорошо зарекомендовавших себя фирм:

Шведские . Есть оборудование, работающее от любого геотермального источника (грунт, горные породы, вода), а также агрегаты воздух-вода. Эти системы дешевыми не назовешь, но срок эксплуатации — 20 лет, стабильная репутация и хорошие отзывы.
На рынке много европейских производителей. Для них экономия на отоплении из-за высоких цен очень актуальна, а тепловые насосы окупаются у них за несколько лет
Тепловые насосы Viessmann — продукт европейского концерна, который почти столетие занимается разработкой и производством отопительного и климатического оборудования. В нашей стране представлены модели вода-вода и рассол-вода. Большая часть оборудования по максимуму может нагреть теплоноситель внешнего контура до 45oC, 55oC или до 60oC. Одна линейка выдает 65oC. Как и отопительные котлы, тепловые насосы Viessmann имеют отличную репутацию: надежны, не требуют внимания и обслуживания.
Немецкие тепловые насосы Stiebel Eltron типа воздух-вода работают при температуре до -20oC, некоторые модели, работающие на соляном растворе, могут обеспечивать также нагрев воды для хозяйственных нужд, и работать на охлаждение летом. Некоторые — только отопление. Есть модульные модификации, пригодные для больших площадей. Они собираются в группу до шести штук.
Известная японская кампания Mitsubishi Electric в 2007 году запустила в производство тепловые насосы Z В этой линейке есть бытовые модели, полупромышленные и промышленные агрегаты. Некоторые дают возможность сделать мультизональное разделение, которое позволяет управлять температурой в каждом обслуживаемом помещении. Есть линейка тепловых насосов воздух – вода Mitsubishi Heavy, которые работать могут и на обогрев и на охлаждение.

Присутствуют на рынке и тепловые насосы российского производства. Цены и качество — между европейскими и китайскими агрегатами. Например, тепловые насосы «Henk system». С качеством оборудования, судя по отзывам, все нормально, но проблема, как обычно у нас, в грамотном расчете, а особенно в монтаже. Если с воздушными системами проблемы бывают нечасто, то об установках геотермального типа этого не скажешь: нормальные партнеры у этого предприятия есть не во всех регионах.

Henk выпускает много разных агрегатов, разной производительности и типа. Всего 82 модели. Есть линейка для низкотемпературных систем водяного пола, есть для высокотемпературных — с радиаторами. Тип подключения — однофазный и трехфазный, с теплообменниками для подогрева воды бытового назначения. Собственно, выбрать есть из чего.

Итоги

Современные тепловые насосы — это высокоэффективные устройства, которые легко обеспечивают 3-4 кВт тепла на один затраченный киловатт электроэнергии. Но стоимость самого оборудования и устройства первичного контура не многим по карману. Если же говорить о моделях воздух-воздух или воздух-вода, то хорошую эффективность они показывают при плюсовых температурах, с падением температуры их производительность сильно снижается (хотя последние линейки могут работать и до -40oC). Технология, несомненно, очень интересная и перспективная, но пока доступна немногим.

Возможно, вам интересна будет статья «Солнечное отопление: насколько эффективно?»

teplowood.ru

схема, виды, достоинства и недостатки

Принцип работы тепловых насосов для отопления дома базируется на извлечении тепла из окружающего воздуха, грунта, озер, рек, морей, подземных вод с последующей передачей теплоносителю. Наряду с отличными экологическими показателями присутствуют не уступающие им экономические показатели, что стало возможным благодаря использованию бесплатного тепла окружающей среды.

Хотя идея обогрева индивидуального дома и организации горячего водоснабжения подобным способом и не является новинкой, все же тепловые насосы для отопления дома широко внедряться на рынке стали относительно недавно. Ко всему прочему, тепловые насосы применяются также и в геотермальном отоплении.

Схема работы теплового насоса

Работа теплового насоса по своим термодинамическим свойствам сходна с работой холодильного оборудования. Разница состоит в том, что вместо отбирающего холод испарителя и отводящего наружу тепло, происходит обратный процесс – насос отбирает тепло с низкими температурными показателями, аккумулирует и обогащает его, а уже потом передает теплоносителю. В качестве аппарата, который выделяет тепло, используется конденсатор, а роль утилизации низко потенциальной теплоты отводится испарителю.

Регулярное повышение стоимости энергии с выдвижением все более жестких требований к экологии и охране природы толкают человечество на поиск альтернативных методов получения тепла, отопления помещений, подогрева воды.

Тепловой насос для такого случая является самым оптимальным решением, так как лишь третья часть энергии, расходующейся на обогрев, является электричеством, остальное – это рациональное использование природных источников.

Действительно, если выполнить сравнение показателей обогрева газом, жидким или твердым топливом, то экономичность теплового насоса окажется в несколько раз выше. Если вы используете тепловые насосы для отопления дома, то расходы, в среднем, снизятся в 2-3 раза.

Содержание статьи

Экономичность

При работе теплового насоса происходит потребление электроэнергии, которая необходима для работы компрессора. Основным показателем эффективности оборудования является трансформация (преобразование тепла), вычисляющаяся в виде разницы между затраченной электроэнергией и полученной тепловой энергией.

Разница температуры испарителя по отношению к конденсатору присутствует всегда, причем, чем больше разница показателей, тем меньше полезное действие. Именно поэтому при использовании теплового насоса для отопления нужно иметь обширный источник низко потенциального тепла, иначе может произойти чрезмерное охлаждение.

Тепловой насос VIESSMANN VITOCAL

Исходя из вышеизложенного, становится очевидным устройство теплового насоса, нагреваемая масса которого на порядок меньше массы низкотемпературного источника. При увеличении объема теплообмена удается в значительной мере уменьшить разницу температуры источника тепла по отношению к рабочему холодному телу, а, следовательно, и снизить потребление электроэнергии. Правда, это приводит не только к увеличению габаритов оборудования, но и к значительному повышению его стоимости.

Во многих развитых странах не только используются тепловые насосы для отопления, они еще и имеют привязку к общегородской системе, осуществляющей массовый перенос низко потенциального тепла.

Классификация

Тепловые насосы устроены таким образом, чтобы их можно было эксплуатировать в широком диапазоне температур. Как правило, подобное оборудование без перебоев работает при температуре от -30°С до +35°С.

Самое широкое распространение получили компрессионные и абсорбционные тепловые насосы. Компрессионные насосы используют электрическую и механическую энергию для переноса тепла. Абсорбционный тип насосов выглядит сложнее, зато дает возможность передавать тепло, используя для этого сам источник тепла, при этом значительно снижаются затраты топлива, электрической энергии.

По источникам тепла насосы можно классифицировать на такие типы:

Геотермальный – насос забирает тепло из земли, подземных и наземных вод.
Воздушный – насос забирает тепло из окружающего воздуха.
Тепловой насос вторичного тепла забирает тепло центрального отопления, канализационных стоков и т.д. Использование подобных насосов выглядит перспективным для обогрева промышленный объектов, особенно в том случае, когда имеются источники ненужного тепла, которое подлежит утилизации.

Тепловые насосы можно классифицировать и по видам теплоносителя входного/выходного контура – воздух, вода, грунт, возможны их сочетания.

Геотермальные насосы

Геотермальные тепловые насосы можно разделить на два типа – замкнутый и открытый. При этом система открытого типа предназначена для нагрева воды, проходящей через тепловой насос, причем после прохождения по системе вода выводится в землю.

Такая система будет идеально работать при наличии большого объема чистой воды с учетом того, что ее потребление не будет наносить вред окружающей среде, и не будет вступать в противоречие с действующим законодательством.

Замкнутые системы, в свою очередь, можно классифицировать по следующим типам:

Геотермальный с горизонтальным расположением, когда коллектор размещается в траншее ниже глубины промерзания грунта, в среднем, глубина находится в пределах полутора метров. Коллектор следует укладывать кольцами для того, чтобы свести к минимуму земляные работы и обеспечить большой контур на маленькой площади. Этим способом можно пользоваться при наличии свободных земельных участков.
Геотермальный с вертикальным расположением, когда коллектор размещается на глубине до 200 метров в скважине. Данный способ используется при отсутствии свободных земельных площадей, соответствующих требованиям устройства горизонтального расположения коллектора, что нередко случается при неровном ландшафте местности.
Геотермальный водный – в этом случае коллектор помещается в водоем ниже глубины его промерзания, укладка также выполняется кольцами. Ограничением применения такой системы может быть только минимальный объем воды или недостаточная глубина водоема.

Позитивные и негативные стороны применения

Основным критерием использования теплового насоса является его экологическая чистота и экономичность, правда, стоит учесть, что для его работы необходим источник электрической энергии. В среднем, для передачи 1КВт/час тепловой энергии в систему отопления должно быть затрачено не больше 0,3-0,35 КВт/час электрической энергии.

Тепловые насосы имеют высокий уровень пожарной безопасности, также их можно эксплуатировать без устройства дополнительной вентиляции. Благодаря тому, что система имеет полностью замкнутый контур, финансовые затраты на эксплуатацию оборудования сводятся к минимуму, платить приходится только лишь за использование электроэнергии, потребляемой оборудованием.

Дополнительное преимущество заключается в возможности кондиционирования воздуха летом, когда подключенные к коллектору теплового насоса фэн-койлы и система «холодный потолок» дают возможность снижать температуру в помещениях.

Тепловые насосы имеют высокую степень надежности, так как управление процессами работы выполняется автоматически. Благодаря этому эксплуатация оборудования не требует специальных навыков, а все основные аспекты работы доступно изложены в инструкции. Тепловые насосы достаточно компактны.

Различные источники тепла для теплового насоса

Главным недостатком любого теплового насоса является его высокая стоимость, а также сложности при выполнении монтажных работ. Для того, чтобы затраты окупились полностью потребуется несколько лет.

Срок эксплуатации подобного оборудования находится в пределах 20 лет, по истечении которых может возникнуть необходимость проведения капитального ремонта. Очевидно, что за один раз придется выложить немалую сумму для покупки и установки насоса, так что, если для этого брать кредит, то экономическая выгода снизится.

Хотя все выгоды от использования тепловых насосов и являются вполне очевидными фактами, не требующими доказательств, все же подобное оборудование еще не очень широко распространено в частном секторе.

Скорее всего, оборудование станет более популярным в том случае, если его покупка и установка смогут конкурировать по стоимости с подключением и установкой газового оборудования, хотя уже сегодня в некоторых случаях установка теплового насоса оказывается оправданной и с экономической точки зрения.

udobnovdome.ru

Тепловой насос для отопления дома: классификация, схема работы

Содержание статьи

Впервые надежно функционирующий экземпляр теплового насоса разработал австрийский инженер Петер Риттер фон Риттингер еще в 1855 году, но долгое время не был востребован. В 1940-х годах появились первые серийные образцы, но толчок к его широкому распространению дало нефтяное эмбарго 70-х годов, когда стал возникать интерес к энергосбережению. Тепловой насос для отопления дома становится все более популярным из-за своих малых расходов на эксплуатацию. Он стал практически идеальным агрегатом для использования в автономном отоплении.

Схема работы

Упрощенно можно представить себе работу теплового насоса как работу «холодильника наоборот». Задняя стенка холодильника всегда теплая, а временами горячая, а внутри него поддерживается низкая температура. Теперь, если представить, что теплый змеевик обогревает дом, а холодильная камера расположена вне его, то и получим приблизительную схему работы теплового насоса.

Схема теплового насоса

Коэффициент полезного действия теплового насоса составляет не менее 150 процентов, то есть, затратив 1 киловатт электроэнергии, возможно получить как минимум 1,5 киловатта энергии тепловой. И в этом нет никаких чудес и нарушения законов физики: электрическая энергия не преобразуется в тепловую, а расходуется на ее добывание из бесплатных источников. Бесплатный источник в этом случае – не соседний фонарный столб, а та энергия, которую накопила среда, где размещен внешний контур теплового насоса.

Тепловой насос для отопления дома имеет три рабочих контура:

Во внешнем находится обычный незамерзающий теплоноситель, который нагревается от той среды, где размещен этот контур.
Во внутреннем циркулирует особая жидкость с низкой температурой кипения.
Третий контур предназначен для размещения внутри дома.

Первый контур отбирает тепло у различных объектов, которые зимой имеют постоянную положительную температуру. Это может быть:

вода в близлежащем водоеме;
грунт;
воздух;
подземные воды и т.п.

Охлажденный теплоноситель циркулирует по этому контуру, постоянно отбирая тепло у окружающей его среды и нагреваясь.

Во внешнем контуре теплоноситель нагревается от окружающей его среды

Далее этот контур передает тепло второму. При этом хладагент, движущийся по нему, нагревается, закипает, превращается в газ и попадает в компрессор, где сжимается до высокого давления. Любой газ при сжатии выделяет тепло, и используемый хладагент в этом не исключение. Он нагревается до температуры 30-60 градусов Цельсия.

Во втором контуре хладагент нагревается до высокой температуры

Затем это тепло передается третьему контуру, который и разносит его по комнатам загородного дома, обеспечивая его отопление.

Отдавший значительную часть своей тепловой энергии хладагент после этого попадает в расширительный бачок, где его давление резко снижается и опять превращается в жидкость, снова готовую принимать тепло из первого контура.

Третий контур разносит тепло по комнатам отапливаемого дома

Работая по этому принципу, тепловой насос тратит электроэнергию не на нагрев теплоносителя в последнем контуре, а на работу циркуляционных насосов и компрессора. По сути, она расходуется только на забор внешнего тепла и преобразование его в тепло помещений.

Чем выше температура нагрева первого контура, тем более эффективно будет работать тепловой насос. Поэтому важно определиться с тем, от какого источника вся система это тепло будет получать.

Классификация тепловых насосов

Тепловые насосы различаются по типу забора энергии и передачи её в систему отопления

В технической литературе в зависимости от вида того источника тепла, откуда берется энергия, и того теплоносителя, который передает тепло непосредственно в помещения, тепловые насосы разделяются на следующие виды:

земля-вода;
вода-вода;
воздух-вода;
земля-воздух;
вода-воздух;
воздух-воздух.

Например, система вода-вода забирает энергию во внешнем водоеме и передает ее в водяную систему отопления, система воздух-воздух забирает тепло у внешнего воздуха и отдает его воздуху внутри помещений.

Источники тепла для работы теплового насоса

Как уже было сказано, получать энергию тепловой насос может только от той среды, которая имеет постоянную температуру выше 1 градуса Цельсия:

грунт;
глубинные породы;
вода;
воздух.

Отбор тепла от грунта

Это достаточно простой способ размещения первичного контура, который может быть легко осуществлен своими руками.

В различных регионах зимой почва промерзает на разную глубину, но, как правило, на глубине полутора-двух метров температура уже никогда не опускается ниже ноля градусов Цельсия. Эта глубина и может стать той минимально допустимой, на которой можно размещать первичный контур для отбора тепла.

Глубина закладки первичного контура начинается от 1.5 метров

Расчеты показывают, что для получения 15 киловатт тепловой энергии потребуется не менее 250 метров контура. Контур укладывается витками, чтобы максимально сэкономить площадь земельного участка. Для того чтобы отбор тепла проводился наиболее эффективно, необходимо, чтобы расстояние между двумя соседними витками было не менее одного метра. Расположить горизонтально такую большую длину на большинстве земельных участков весьма проблематично, поэтому допускается размещение трубопровода спиральными витками с диаметром витка 1-1,5 метра и таким же шагом.

Чтобы максимально сэкономить площадь земельного участка, контур укладывается витками

В разных грунтах отбор тепла будет идти с различной эффективностью: песчаные сухие грунты могут дать отопление в 30-40 ватт с каждого квадратного метра, а влажные – до 70 ватт с квадратного метра.

Несмотря на достаточную простоту и высокую эффективность, этот способ применяется достаточно редко. Дело в том, что расположенный на небольшой глубине контур легко повредить при последующем строительстве вспомогательных зданий, над ним нельзя сажать деревья, которые могут порвать его корнями. Да и объемы земельных работ при монтаже очень велики.

Тепло от глубинных пород

Породы, располагающиеся на глубине более 20 метров – самый надежный источник энергии для теплового насоса. В любое время года температура там абсолютно стабильна – 10-18 градусов Цельсия.

Тепло от глубинных пород добывается на глубине более 20 метров

Для размещения труб первичного контура бурятся скважины диаметром не менее 150 миллиметров и глубиной 30-40 метров. Количество скважин зависит от того, какая тепловая мощность необходима для отопления дома. Расчет исходит из того, что каждый погонный метр скважины дает 50 Ватт тепловой энергии. Для получения 15 киловатт потребуется общая длина скважин в 300 метров, значит необходимо пробурить 10 скважин, которые обеспечат дом необходимым теплом.

Бурить скважины можно двумя способами:

Вертикальным. Скважины располагаются строго вертикально с расстоянием между собой не менее 1,5 метров.
Наклонным кластерным. В целях экономии места на участке и при наличии соответствующей техники бурение можно вести под небольшим углом в виде веера практически из одной верхней точки. Это значительно экономит место на участке.

Бурить скважины можно либо вертикальным, либо наклонным кластерным способами

Бурение скважин можно выполнять перед этапом строительства дома, на месте его будущего размещения, тогда при тщательной планировке они будут занимать минимум свободного места на участке.

Вода как источник тепла

Вода в качестве источника тепла для первичного контура может использоваться, если поблизости есть водоем, который даже в самые суровые зимы не промерзает до дна. В этих незамерзающих придонных слоях температура всегда выше ноля и там можно эффективно производить отбор тепла для обогрева дома.

Водоем, который не промерзает до дна может стать тепловым источником

Один метр трубопровода в таких условиях может дать около 30 Ватт тепловой энергии. Поэтому расчет показывает, что для получения 15 киловатт тепла потребуется 500 метров контура. Как и в случае с отбором тепла от грунта, размещать трубы контура можно змейкой или спиралью, насколько позволяет глубина и дно водоема. Каждый виток снабжается грузом, который не позволяет ему всплыть или закрепляется на дне. Второй способ, естественно, намного трудозатратнее.

Укладывать трубы контура в воду можно змейкой или спиралью

И участок контура, выходящий на берег, и весь его путь от водоема до дома необходимо хорошо теплоизолировать, чтобы не допустить преждевременной потери температуры теплоносителя. Для этого его лучше размещать на глубине не менее 1,5-2 метров от поверхности земли.

Получение тепла из воздуха

В качестве источника тепла можно использовать воздушные массы

Если существует доступ к каким-либо воздушным массам, которые сохраняют зимой достаточно высокую температуру (выхлопы генераторов электроэнергии, системы вентиляции), то их можно использовать в качестве источника тепла. Даже окружающий воздух до температуры в минус 7-10 градусов подойдет для работы теплового насоса. Более низкие температуры значительно снижают его эффективность, хотя промышленные модели могут извлечь тепло и при морозе в минус 20 градусов.

Для работы теплового насоса подойдет воздух до температуры в минус 7-10 градусов

Несмотря на отсутствие способности извлекать тепло при низких температурах, такие системы очень широко распространены. По этому принципу работают сплит-системы, способные нагревать воздух при своей работе. Они не нагревают воздух при помощи электричества, как думают многие, а работают именно по схеме теплового насоса.

Контур отопления

Главным фактором при выборе типа системы отопления дома, работающей в паре с тепловым насосом, – насколько он сможет нагреть теплоноситель. Чаще всего, тепловой насос не способен разогреть теплоноситель в третьем контуре выше 50-55 градусов Цельсия. Поэтому отопление радиаторами в комплекте с тепловым насосом работает недостаточно эффективно.

Тепловой насос не способен разогреть теплоноситель выше 50-55 градусов Цельсия

Для того чтобы качественно обогреть дом, потребуются гораздо большие размеры приборов отопления, чем при использовании обычных нагревательных котлов. Они выдают теплоноситель температурой 60-80 градусов, ведь именно при такой температуре (а то и более высокой) радиаторы отопления отдают то расчетное количество тепла, которое написано в их технических паспортах. Для того чтобы прогреть дом до комфортной температуры, их размеры потребуется увеличить не менее, чем на 30-40%.

Гораздо лучше сочетается тепловой насос с системами теплых полов. Для их работы требуется как раз та невысокая температура, которую и генерируют тепловые насосы. Поэтому, планируя отопление тепловым насосом, необходимо оборудовать в доме системы теплых полов.

Планируя отопление тепловым насосом, необходимо оборудовать систему теплых полов

В любом случае необходимо предусмотреть качественное утепление дома. Невысокие температуры теплоносителя способны только поддерживать накопленную ранее температуру. Если же отопление вынуждено компенсировать многочисленные утечки тепла и холодные сквозняки, то тепловой насос вряд ли справится с этой задачей.

Преимущества и недостатки технологии

Вечного двигателя не существует, а значит, что всякая технология извлечения энергии имеет свои преимущества и недостатки. Не является исключением и тепловой насос. Только изучив все нюансы его установки, можно принимать решение – подходит вам такое отопление или нет.

Достоинства тепловых насосов:

Экономичность. Коэффициент полезного действия может достигать 500%, что недостижимо ни при какой другой технологии отопления.
Доступность. Это отопление можно установить везде, где есть доступ к электрической сети, необходимой для работы вспомогательного оборудования. При невозможности подключения к электросети можно воспользоваться бензиновым или дизельным генератором, мощность которого будет значительно ниже той, которая потребовалась бы при отоплении электричеством.
Возможность работы в режиме охлаждения. Система легко переключается в режим кондиционирования помещения. В этом случае дом отдает излишнее тепло тепловому насосу, а тот возвращает его в окружающую среду, чтобы снова воспользоваться им зимой.
Безопасность и экологичность. То, что при работе системы не происходит сгорания никакого топлива, гарантирует практически высокую пожарную безопасность при работе тепловых насосов. Отсутствие продуктов сгорания обеспечивает и полную экологичность оборудования.

Недостатки присущи работе всех систем, в том числе и тепловым насосам:

Высокая по сравнению с другими системами первоначальная стоимость установки. На настоящее время затраты составляют от $300 до $1000 на киловатт требуемой мощности на отопление.
Работа только с низкотемпературными системами отопления. Идеальным сочетанием является связка теплового насоса с теплыми полами.
Зависимость от стабильности работы электросети. Этот недостаток нивелируется установкой автономного источника электроэнергии.
Большие требования к теплоизоляции дома. Но, утепленный дом хорош и для любой системы, просто тепловые насосы чуть требовательнее остальных.

Производители тепловых насосов

В Европе тепловые насосы распространены достаточно давно, и эти производители зарекомендовали себя с лучшей стороны.

Тепловой насос Viessmann

Японские модели производятся с таким же высоким качеством, корейские ниже по цене, но и по качеству чуть уступают именитым производителям. С вездесущими китайцами ситуация обычная – «как повезет». Есть надежные модели, а есть и такие, которые при серьезных нагрузках выходят из строя.

Заслуженным авторитетом на рынке пользуются следующие фирмы:

Практически все шведские производители. Системы недешевые, но надежные – срок эксплуатации – 20 лет.
Немецкие Viessmann и Stiebel Eltron.
Японская Mitsubishi Electric.

Есть в продаже системы и российского производства. По качеству и цене они занимают место между китайскими и европейскими агрегатами. Как пример можно привести тепловые насосы «Henk system». Эта компания выпускает 82 модели различной производительности, среди которых вполне можно подобрать подходящую для своего дома.

Заключение

Тепловые насосы последних поколений – это высокоэффективные системы, способные на один киловатт затраченной энергии выдать три-четыре киловатта тепла. Стоимость систем достаточно велика, область применения многих видов тепловых насосов, особенно забирающих энергию у окружающего воздуха, весьма ограничена, но технология эта перспективна и развивается с каждым годом, становясь все универсальнее и доступнее.

Самые интересные статьи из рубрики:

domiotoplenie.ru

Отопление частного дома тепловым насосом: виды насосов, принцип работы

Отопление дома тепловым насосом избавит вас от энергетического рабства. Выбрав эту систему обогрева, вы навсегда распрощаетесь и с непредсказуемыми коммунальщиками, и с прожорливыми газовщиками. То есть температурный режим в жилище будете определять именно вы. И никто другой.

Согласитесь: только этот факт делает тепловой насос для отопления дома очень выгодным приобретением. Да, он стоит недешево. Но со временем все затраты окупятся, а плата за «коммуналку» или газ для автономного котла только возрастет. А ведь тепловой насос можно сделать и своими руками!

Тепловой насос для отопления дома

И в данной статье мы познакомим вас с основными типами тепловых насосов. Надеемся, то эта информация поможет вам выбрать (или построить) оптимальную энергетическую установку для обогрева вашего жилища.

Отопление частного дома тепловым насосом: в чем выгода?

Во-первых, такие насосы очень экономичны и эффективны. Вы «вкладываете» 0,2-0,3 КВт электроэнергии, расходуемой на питание компрессора, и получаете 1 КВт тепловой энергии. То есть, без учета энергии воздуха, воды или грунта, КПД теплового насоса равен фантастическим 300-500 процентам.

Простота и экономичность!

Во-вторых, такие насосы эксплуатируют, по сути, бесплатный и вечный источник энергии – сам воздух, воду или грунт. Причем этот «источник» распространен повсеместно. То есть, отопление загородного дома тепловым насосом можно реализовать где угодно – хоть на экваторе, хоть за полярным кругом. Правда, чтобы подобраться к такому «источнику» нужно задействовать энергоемкий компрессор. Но за счет нереально высокого КПД все расходы энергии окупаются в пятикратном размере!

В-третьих, тепловой насос всегда индивидуален. То есть вы не платите за избыток энергии. Ваше оборудование будет настроено под конкретные пожелания и условия эксплуатации.

Поэтому отзывы о тепловых насосах для отопления дома бывают либо одобрительными, либо самыми восторженными.

Кроме того, насос не только греет. В теплое время года он может работать и как кондиционер, охлаждая жилище с той же эффективностью.

Принцип работы теплового насоса

Согласитесь: все вышеупомянутые достоинства теплового насоса выглядят несколько фантастично. Особенно КПД на уровне 300-500 процентов. Однако, все достоинства тепловых агрегатов – это не вымысел, а угрожающая энергетическим компаниям реальность.

Секрет подобной эффективности кроется в оригинальном принципе работы насоса, который, в кратком изложении, заключается в следующем: циркулирующая по трубам среда отбирает тепло у источника с низким потенциалом (воздух, грунт, скальные породы, вода) и сбрасывает его в выбранной потребителем точке.

То есть, перед нами «вывернутый» холодильник: отбирающий тепло у потенциальных источников с помощью испарителя и отдающий энергию потребителю посредством конденсатора.

Причем и тепловой насос, и холодильник функционируют на хладагенте – веществе с очень низкой температурой кипения, которое перекачивается по трубам с помощью особого компрессора.

Подробная схема работы

В итоге, при более детальном рассмотрении схема работы тепловых агрегатов выглядит следующим образом:

Схема теплового насоса

На глубине 5-6 метров в грунте монтируют циклический трубопровод с теплоносителем, в который встроен особый радиатор – испаритель. Причем эта глубина выбрана не случайно – на такой отметке температура держится выше нуля в любое время года.
К испарителю подводят второй трубопровод с залитым хладагентом. Под высоким давлением хладагент вскипает даже при одном градусе Цельсия. Причем процесс испарения, как известно из школьного курса физики, сопровождается поглощением энергии, отбираемой у циркулирующего в грунте теплоносителя.
Пары хладагента выкачиваются из трубопровода компрессором, который не только транспортирует эту среду по арматуре, но и генерирует еще большее давление, провоцирующее дополнительный разогрев хладагента.
Далее перегретые пары хладагента закачиваются (тем же компрессором) в конденсатор, где происходит трансформация агрегатного состояния вещества (пар превращается в жидкость). А все те же основы термодинамики утверждают, что при конденсации газообразной среды происходит выделение энергии.
Выделенное тепло, генерируемое в конденсаторе, поглощает уже третий трубопровод – система теплоснабжения жилища. То есть конденсатор выступает в роли газового или электрического котла. Ну а вернувшийся в жидкое состояние хладагент возвращается к испарителю, проходя сквозь регулирующий дроссель.

Тепловые насосы для отопления дома: типовые разновидности

Самый удобный способ классификации тепловых насосов предполагает разделение подобных агрегатов по типу среды, в которой проложен первичный контур, питающий теплом испаритель.

И согласно этому способу классификации тепловые насосы делятся на следующие разновидности:

Геотермальные агрегаты (земля-вода).
Гидротермальные насосы (вода-вода).
Аэротермальные установки (воздух-вода).

Причем все виды тепловых насосов эксплуатируют общий принцип работы, но среда «обитания» первичного контура накладывает свой отпечаток и на функционирование, и на обустройство агрегата. Поэтому далее по тексту мы рассмотрим нюансы обустройства каждой разновидности тепловых насосов.

Установка «земля-вода»

Тепловой насос «земля-вода»

Первичный контур геотермального насоса заглубляют в грунт до отметки 5-6 метров. Причем такой монтаж практикуют при обустройстве систем с горизонтальным теплообменником. А в случае монтажа вертикального первичного контура практикуется и 150-метровое заглубление, в особую скважину.

При этом минимальный объем работ характерен именно для вертикального размещения первичного контура. Поскольку при горизонтальном размещении необходимо распределить трубы теплообменника по слишком большой площади (50 квадратный метров на каждую 1000 Ватт энергетической отдачи теплового насоса).

Ну а в качестве теплоносителя геотермальный тепловой насос использует совершенно безвредный соляной раствор, незамерзающий даже при отрицательных температурах.

Насос «вода-вода»

Первичный контур гидротермального насоса можно инсталлировать в естественный или искусственный водоем, обычный или сточный колодец, реку или рукотворный канал.

Тепловой насос «вода-вода»

Причем испаритель и труба с теплоносителем погружаются в воду, как минимум, на 1,5-2 метра. Ведь поверхностные слои могут замерзнуть, повредив и функциональность, и целостность элементов теплового насоса.

Словом, для геотермального насоса придется подобрать «правильный» водоем. А вот сама инсталляция первичного контура происходит достаточно просто – полимерную трубу с тем же соляным раствором «топят» на нужной глубине, используя особы грузила.

И такой способ размещения первичного контура превращает обустройство насосной станции «вода-вода» в чрезвычайно простую и нетрудоемкую операцию. Поэтому, если поблизости есть подходящий водоем, то лучшим вариантом теплового насоса будет именно гидротермальный агрегат.

Агрегат «воздух вода»

Тепловой насос воздух-вода

По сути, это тот же кондиционер, правда, много больших размеров. Первичный контур с испарителем размещается «на воздухе», за пределами жилища, в специальном корпусе.

Причем для обеспечения работоспособности насоса в зимнее время этот корпус очень часто объединяют с вытяжным каналом вентиляционной системы жилища.

Словом, основное достоинство данной системы – простота монтажа, а вот эффективность работы насосов «воздух-вода» весьма сомнительна. Ну а в наших широтах они попросту не могут конкурировать с геотермальными или гидротермальными установками.

Тепловой насос своими руками: возможно ли это?

Разумеется, да! Вот только эффективность такой системы будет практически не прогнозируема. Ведь «заводские» агрегаты – это не только три компрессора и такое же количество трубопроводов, по которым циркулирует теплоноситель и хладагент. Сердцем такого теплового насоса является блок управления, координирующий работу первого, второго и третьего контуров всей системы. И создать такой управляющий блок «своими силами» практически невозможно.

Ну а техническая часть насоса реализуется очень просто:

Тепловой насос своими руками

Вместо компрессора можно использовать блок кондиционера.
Первичный контур собирают из полиэтиленовых труб и заполняют концентрированным раствором поваренной соли.
Испаритель – это металлический бак из нержавейки (его можно извлечь из старой стиральной машины), в который спускают соляной раствор, отдающий тепло медному змеевику вторичного контура, вмонтированному во внутреннюю часть этого бака.
Конденсатор – это точно такой же бак, только из пластика, внутри которого монтируется точно такой же медный змеевик. Причем компрессор качает хладагент между нижним и верхним змеевиками.
Ну а третий контур – система отопления – подключается к полимерному конденсатору.

Как видите: все очень просто. Вот только эффективность такой системы может быть и чрезмерной, и явно недостаточной.

canalizator-pro.ru

Тепловые насосы для отопления дома, их принцип работы

На сегодня самым популярным способом обогрева дома является организация системы отопления с газовыми или другими типами нагревательных приборов, в которых тепло получается в результате реакции горения топлива, во главе газовые котлы используются чаще всего. Это обуславливается доступностью данного вида энергоносителя и разнообразием модельного ряда газовых агрегатов. Однако все чаще, особенно это касается стран Западной Европы, людьми, как альтернативный источник тепла, применяются тепловые насосы для отопления дома. И данная тенденция склонна к развитию.

Чем лучше тепловой насос для обогрева дома, по сравнению с традиционными источниками тепла?

Тепловые насосы для отопления дома обладают рядом преимуществ.

Каким бы совершенным не представляли потребителю свое изделие производители газовых котлов, оно обладает рядом недостатком. Во-первых, нагревательный элемент не будет греть систему отопления дома, если в трубопроводе нет энергоносителя или его давление очень маленькое. Во-вторых, котел понижает свой КПД, если газ подается некачественным, то есть в нем присутствуют различные примеси, избыток воздуха или влаги. В-третьих, с каждым днем эксплуатация нагревательных приборов для коттеджа становится все дороже, так как тарифы на газ постоянно растут.

В-четвертых, установка котлов сопровождается рядом проблем. Все начинается с получения разрешения, далее следуют жесткие требования относительно норм котельного помещения и условий эксплуатации оборудования.Установка и последующее применение тепловых насосов для отопления лишено данных недостатков.

Что такое тепловой насос? Его принцип работы и виды

Тепловой насос – это своеобразная установка, которая способна собирать тепло от природных источников (воды, воздуха, земли, горных пород), аккумулировать его и передавать системе отопления дома или контуру ГВС. А повысить эффективность системы отопления может циркуляционный насос.

Важно! Насос не наносит вред окружающей среде и является абсолютно безопасным в процессе эксплуатации.

Тепло от природных источников собирается посредством смеси из воды и антифриза. Она движется по теплообменнику. Теплообменник представляет собой пластичные трубы. Они помещаются в ту среду, из которой человек намерен получить тепло для отопления коттеджа. Температура среды не должна опускаться ниже -1°C.

Тепловой насос отлично подойдет для отопления загородного дома.

Смесь несет в себе собранное тепло в испарительный отсек теплового насоса. Там размещается легкокипящая жидкость. Она через теплообменник получает энергию, аккумулированную в смеси. Последняя, остыв, возвращается обратно в природную среду.

Легкокипящая жидкость (хладагент) переходит в газообразное состояние за счет увеличения внутренней энергии. Тепловые насосы направляют газ в компрессор. В нем парообразная среда сжимается.

За счет уменьшения объема газа в нем возрастает внутренняя энергия в несколько раз. В то же время повышается и его температура. Именно благодаря этому сжатый газ и может подогреть воду в первичном контуре системы отопления коттеджа до +35°C -+70°C.

Насосы хладагент из компрессора направляют в сбросной клапан. Последний является одной из основных частей, без него насосы просто не будут функционировать. В сбросном клапане происходит понижение давления газа. Результат – понижается и температура газа. Он переходит обратно в жидкое состояние и поступает в компрессор, чтобы вновь преобразовать тепло, поступающее от теплоносителя из эстественной среды. Цикл замыкается.

Нагретая жидкость от компрессора поступает в емкость, где аккумулируется тепло. Она необходима для стабильной работы системы отопления коттеджа и обеспечения дома горячей водой.

Тепловые насосы в летнее время могут использоваться в качестве кондиционеров, отдавая избыточную энергию природной среде.

Тепловые насосы для загородного дома – их разновидности:

забор тепла из воздуха – насосы располагаются на солнечном пространстве, где теплоноситель хорошо прогревается солнечными лучами;
забор тепла от горной породы или геотермальные тепловые насосы – система отопления дома берет тепло из скважин, которые бурятся непосредственно на приусадебном участке;
забор энергии из грунта – в данном случае теплообменник располагается не вертикально, как при геотермальном строении системы, а горизонтально. Он закапывается в землю на глубину ниже точки промерзания;
забор тепла из водоема – тепловой насос данного типа считается самым эффективным. Теплообменник укладывается на дне озера или пруда.

Тепловые насосы и их эффективность

Тепловые насосы для отопления характеризуются таким понятием, как коэффициент преобразования тепла. Именно по нему определяют, насколько эффективно работает оборудование. Он определяется по формуле:

E = T2/(T2-T1)

Где,

T2 – температура конденсации газа, K

T1 – температура перехода холодильного агента из жидкого в парообразное состояние, K

В идеальных условиях Т1 = 278К (+5°C), T2 = 328K (55°С). Согласно имеющимся данным E (коэффициент преобразования тепла) будет равняться 6,56. Но такой коэффициент может дать только совершенное устройство.

Тепловой насос также можно использовать, как кондиционер.

В реальных условиях эффективность работы теплового насоса отклоняется от идеального значения. Чем меньше разница между реальным и идеальным значениями коэффициента преобразования тепла насоса, тем эффективнее он работает.

Тепловой насос для отопления дома с каждым годом набирается все большую популярность, несмотря на его высокую закупочную цену. Ведь он, в конечном счете, помогает сэкономить существенную сумму денег. В результате его использование для отопления дома потребляется меньшее количество таких энергоносителей, как газ, электричество, твердое или жидкое топливо, за которые нужно ежемесячно платить.

utepleniedoma.com

Насосы для отопления частных домов: принцип действия

Воздушный тепловой насос

Тепловые насосы – это отдельный вид независимого отопления. Работают они по принципу аккумуляции тепла из окружающей среды и отдачи ее для обогрева помещения. Примечательно, что подобное же оборудование можно использовать также и для охлаждения.

Тепловые насосы для отопления, принцип действия которых схож с работой холодильников, кондиционеров и другого оборудования, способного переносить тепло из окружающей среды в помещение, забирают тепло из почвы, грунта, грунтовых вод, самого воздуха.

Принцип действия теплового насоса

Суть работы заключается в следующем.По внешнему контуру системы отопления движется незамерзающая жидкость, которая напитывается теплом окружающей среды.В насосе эта жидкость отдает порядка 5 градусов хладагенту и продолжает циркулировать.Хладагент закипает (при температуре -10°C), переходя в газообразное состояние, компрессор сжимает газ, что приводит к повышению температуры.Попадая в теплообменник, этот газ отдает тепло внутреннему контуру отопления, сам остывает, превращаясь снова в жидкость и возвращается в испаритель.

Как и холодильный агрегат, тепловой насос потребляет определенную энергию на то, чтобы реализовать термодинамический цикл (привод компрессора). Отношение теплопроизводительности к электропотреблению (так выводится коэффициент преобразования теплового насоса) зависит от уровней температуры в испарителе и конденсаторе. Уровень теплоснабжения от тепловых насосов на настоящий момент варьируется от 35 град. C до 62 град.C, что в общем-то позволяет использовать любую из отопительных систем.При грамотном подходе экономия на энергетических ресурсах может доходить до 70 %.Промышленность экономически и промышленно развитых стран производит обширный спектр парокомпрессионных тепловых насосов с мощностью от 5 до 1000 кВт.

Принцип действия тепловых насосов очень хорошо показан в этом коротеньком видео.

Как вы понимаете, расходы на отопление занимают свыше половины всех энергозатрат здания, поэтому сделать его максимально эффективным и дешевым — приоритетная задача. Можно ли создать экономичную систему отопления тепловым насосом без газа? Смотрите видео.

Отопление частного дома тепловым насосом – это альтернативный источник отопления, при котором используются природные ресурсы, за которые не нужно платить деньги.

Данное оборудование бывает нескольких типов, от чего и зависят их технические характеристики.

Грунт-вода – внешний контур проходит под землей, а в качестве теплоносителя используется вода. Наружный контур может располагаться вертикально или горизонтально, а также может быть помещен в водоем, расположенный поблизости.AlTherm (Украина). Тепловой насос для отопления дома площадью до 300 м2. Технические характеристики: теплопроизводительность 4-18 кВт, холодопроизводительность 3,6-11,3 кВт, производительность насоса внешнего контура 0,36-1,02 л/с, внутреннего – 0,14-0,39 л/с. Теплоносителем выступает пропилен гликоль. Модельный ряд представлен также насосами большой мощности (для помещений 300-1000 м2 и свыше 1000 м2).
Вода-вода – внешний контур проходит через скважину или водоем, внутренний наполнен водой. Источником тепла в этом случае являются подземные грунтовые воды, кроме этого можно использовать как сбросовые, так и технологическую воду.Vaillant (Германия). Тепловая мощность 26,9-29,9 кВт, температура рассола 4-20°C, температура подачи контура отопления 25-62°C, коэффициент преобразования COP 3,5.
Воздух-вода – источником тепла выступает воздух, в том числе теплый сбросовый. Этот тип оборудования может работать и на охлаждение. Кроме этого, его можно подключать к уже имеющейся системе отопления.Vesper (Китай). Оснащен циркуляционным насосом и ТЭНом, управление осуществляется с помощью контроллера. Технические характеристики: тепловая мощность 6-16 кВт, скорость потока в системе отопления 0,45-0,76 л/с, скорость воздушного охлаждающего потока 3-5 тыс. м3/ч.
Воздух-воздух – внешний контур наполняется воздухом из окружающей среды, система отопления – воздушная. Тепловые насосы для отопления данного типа работают по принципу кондиционера, отличаются тем, что способны работать при более низкой уличной температуре. Оснащены высокопроизводительным радиальным вентилятором, способны осушать воздух и поддерживать определенный микроклимат в помещении. Управление осуществляется пультом.Mitsubishi. Могут быть вмонтированы в систему «умный дом», имеют систему фильтрации воздуха (плазменная очистка). Характеристики: теплопроизводительность 3,2-6 кВт, холодопроизводительность 2,5-5 кВт, расход воздуха 1086-2940 м3/ч, коэффициент производительности СОР 5,15-3,31.

Тепловые насосы, несомненно, обладают рядом преимущественных достоинств перед другими устройствами для отопления.

Преимущества

Экологически чистый вид отопления. Не используются горючие материалы, нет продуктов сгорания и выбросов в атмосферу.
Экономичность. Позволяет экономить на сырье и коммунальных платежах.
Универсальность. Возможность использовать в любом месте, так как тепло всегда присутствует в окружающей среде.
Автоматическая работа.
Безопасность. При отоплении не происходит процесс горения, не используются горючие вещества, отсутствует опасность выброса в атмосферу опасных выделений.
Эффективность. Возможность использовать тепловую энергию для нагрева контура горячего водоснабжения. Возможность использования в качестве кондиционера в летний период.
Длительный срок службы.

Но насосы также имеют и свои недостатки, не без этого:

Недостатки

Высокая стоимость оборудования (и установки тоже).
Не вдруг найдешь профессионалов, способных правильно произвести расчет и подбор оборудования, а также произвести монтаж.
Не всегда есть техническая возможность установки теплового насоса.

Отопление загородного дома тепловым насосом нецелесообразно, если он редко посещается в холодный период.

Стоимость теплового насоса зависит не только от самого оборудования, но и от ряда условий конкретного потребителя (необходимость бурения скважины, прокладка внешнего контура и т.д.). Профессионалы утверждают, что высокая стоимость теплового насоса окупается через несколько сезонов, в связи с резким сокращением оплаты коммунальных услуг. Ориентировочный диапазон цен находится в пределах 9-20 тыс. евро, в зависимости от мощности.

В странах СНГ тепловые насосы не получили большого распространения, хотя в Европе многие пользователи переходят на альтернативные источники отопления.Потребители отмечают медленный период окупаемости таких насосов, но указывают на существенную экономию электроэнергии. Из отзывов пользователей насосов класса воздух-воздух, выяснилось, что при температуре ниже -15°C, оборудование потребляет намного больше электроэнергии, чем заявлено производителем. Пользователи устройства типа грунт-вода отмечают необходимость освобождения значительного участка земли, так как над проложенным в земле контуром не должно быть ни построек, ни деревьев, чтобы температура в грунте оставалась постоянной.

teplolivam.ru