Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, типы, преимущества и недостатки

Тепловые насосы для отопления дома — принцип действия

Тепловые насосы для отопления представляют собой устройства, принцип действия которых — перенос тепловой энергии от её источника(окружающей среды) к потребителю посредством теплоносителя. Оба основных звена в этой цепи отличаются по температурным показателям — источник обладает более низким потенциалом температур, а у теплоносителя они заметно выше.

По аналогичному принципу функционируют всем известные холодильные установки или кондиционеры. Только в случае с тепловым насосом он не отбирает тепло, а, наоборот, передаёт его теплоносителю.

Виды тепловых насосов

Насосы делятся на виды в зависимости от типа используемого источника для получения тепловой энергии.

Воздушные агрегаты, которые осуществляют забор тепла из окружающего устройство воздуха. Устанавливаются на улице, позволяя отапливать небольшие жилые помещения в осенний и весенний период.

Геотермальные

Данные тепловые насосы используют природное тепло воды расположенной над или под землей или тепло самой земли.

• Использующие воду устройства — коллекторы таких насосов помещаются в близлежащий водоём ниже точки его промерзания. Применение этого устройства в частном доме является одним из самых доступных способов получения тепловой энергии.
• Использующие тепло грунта — коллекторы устройств располагаются в горизонтальной плоскости. Такое размещение проще в техническом выполнении (коллектор заглубляется всего на 1,2 метра).
• Использующие тепло горных недр — устройства, рассчитанные на работу с горными породами и подземными водами.

Устройства позволяют сэкономить полезную площадь участка, но заглубление скважин в некоторых случаях достигает 200 метров.

Помимо этого существует деление на системы замкнутого и открытого типа:

• открытый тип — использует воду из водоема в качестве теплообменника. Вода циркулирует по открытому типу, то есть после ее использования как теплообменной жидкости она возвращается в водоем. Допустимо при наличии большого объема воды, ее чистоты и разрешения экологического законодательства.
• замкнутый тип — делиться дополнительно на:
  • горизонтальные — самые эффективные в условиях доступа к большим по площади земельных ресурсов (использующие тепло грунта). Размещаются в траншеях ниже уровня промерзания грунта (глубина залегания зависит от местности и ее принадлежности к тому или иному климатическому поясу).
  • вертикальные — используются в случае ограниченного доступа к земельным ресурсам. Используются скважины до 200 метров в которые и монтируются теплообменники.

Принцип действия тепловых насосов

Систему отопления, включающую тепловой насос, можно считать классическим «умножителем тепла», который изучается в школьном курсе физики. Насос играет роль устройства, перекачивающего тепловую энергию из одного места (источника) в другое — отопление дома при этом происходит за счёт разницы температур.

ξ = Т2 / Т1 – Т2

где:

• ξ — холодильный коэффициент;
• Т1 — температура среды, получающей тепло, по шкале Кельвина;
• Т2 — температура охлаждаемой среды по шкале Кельвина.

Система может «отобрать» тепло у любого источника, температура которого выше абсолютного нуля (минус 273 градуса по Цельсию) — у земных недр, подземных источников, воздуха и даже у льда.

Принцип действия системы прост:

Вся работа насоса зависит от компрессора. Именно он сжимает рассеянную тепловую энергию в носителе, придавая ему большую концентрацию (компактный объём) и температуру.

Помимо компрессора система теплового насоса состоит:

• из испарителя;
• капилляра;
• конденсатора;
• терморегулятора;
• и хладагента (газа, циркулирующего в насосной системе).

Воздушный насос

Насосы такого типа способны получить тепло с низким потенциалом (рассеянного типа) даже в морозы. В качестве хладагента в них используется фреон, обладающий низкими температурами кипения и испарения.

Наружный воздух нагнетается в камеру испарителя посредством насоса. Фреон нагревается и переходит в газообразное состояние. Затем газ попадает в компрессор, где сжимается — его температура растёт. После чего газ проникает в конденсатор, охлаждается и вновь становится жидким, перетекая в испаритель.

Обязательное условие для обеспечения эффективной работы — установка клапана дроссельного типа. Этот узел монтируется между конденсатором и испарителем. Дополнительно устанавливается автоматика, контролирующая весь процесс работы устройства.

Достоинства:

• универсальность — летом устройство заменяет кондиционер, а в холодное время года является прекрасным дополнением к основной отопительной системе;
• простота установки — не требуется бурить скважины или копать траншеи для коллектора;
• не нужно дополнительно устанавливать радиаторы – тепло в дом поступает через воздух;
• устройство безопасно (не разрушает микроклимат помещения).

Недостатки:

• эффективность снижается при низких температурах (уже при нуле градусов увеличивается расход электроэнергии, необходимой для питания прибора — на каждый киловатт потреблённого электричества выработается 2-2,5 киловатта тепловой энергии; а при -20 на каждый киловатт электричества выработается такой же объём тепла, то есть, использовать прибор в таких условиях становится невыгодно экономически);
• в дом проникает уличная пыль (в случае если вы не позаботились о фильтре).

Агрегаты гидротермального типа отбирают тепло у воды, поступающей из водоёма. При этом как сам испаритель, так и трубы с теплоносителем (соляным раствором) погружаются в воду. Прогрев хладагент в испарителе, вода выливается обратно в водоём.

Циркуляция воды продолжается до тех пор, пока не будет достигнута необходимая температура в системе отопления — затем автоматика останавливает работу компрессора. Принцип работы такого насоса аналогичен принципу действия агрегатов для получения тепла из воздуха.

Эффективность напрямую зависит от выбора «правильного» водоёма. Вода в нём не должна промерзать до самого дна даже в зимние морозы. Мелкий бассейн или пруд для такой системы не подойдёт.

Достоинства:

• простота установки — первичный контур, выполненный из полимера и заполненный соляным раствором, топят в водоёме, прикрепив к нему грузила;
• возможность получения тепла в морозы — вода на глубине 1,5-2 метра не замерзает;
• эффективность (из каждых 10 градусов температуры воды фреоновый контур отбирает примерно 4 градуса тепла).

Недостатки:

• сложность при достаточном удалении от источника — требуются дополнительные финансовые расходы на монтаж, теряется эффективность (максимальное расстояние 100 метров!);
• площадь водоёма должна быть не меньше 200 кв. метров;
• нельзя использовать без водоёма.

Коллектор системы располагается в горизонтальной на глубине от 1,5 до 2 метров или вертикальной плоскости на глубине до 200 метров. Устройство и принцип действия у такой системы классические. Насос включает компрессор, конденсатор и испаритель. В качестве хладагента используется фреон, а теплоносителем выступает солевой раствор.

Система будет эффективной только при заглублении на достаточную глубину промерзания, и использовании достаточной площади (чтобы получить один киловатт тепловой энергии, необходимо иметь коллекторы площадью в 50 кв. метров).

Достоинства:

• возможность самостоятельной установки;
• эффективность (на каждый киловатт электричества вырабатывается в среднем 3-5 киловатт тепловой энергии);
• универсальность — в летний период система охлаждает помещения.

Недостатки:

• площадь коллектора должна превышать площадь дома минимум в два-три раза;
• используемый участок не подойдёт для сельскохозяйственной деятельности — система будет вредить корням растений.

Первичный контур геотермальных устройств размещается вертикально. Незамерзающая жидкость, попадая в испаритель, вызывает расширение фреона. Газ поступает в компрессор, сжимается и выталкивается в конденсатор, где отдаёт тепло отопительной системе. В охлаждённом сжиженном виде газ поступает назад в испаритель.

Для эффективной работы системы испаритель и коллектор должен быть опущен в грунт на глубину не менее пяти-шести метров. Именно на этой глубине температура грунта не будет ниже 8-10 градусов.

Различают два основных вида насосов такого типа:

Достоинства:

• высокая эффективность (температура грунта на глубине не опускается ниже +10-12 градусов, а, значит, система отопления имеет возможность прогреться до 60 градусов — на каждый киловатт потреблённого электричества производится 4-5 киловатт тепла);
• системы с открытым циклом также могут использоваться для водоснабжения частного дома;
• универсальность — устройства подходят как для обогрева, так и для охлаждения жилых помещений.

Недостатки:

• высокий КПД системы сохраняется лишь при условии достаточного утепления дома;
• для монтажа требуется прибегать к помощи специалистов (необходимо бурение скважины);
• в системе используется этилкарбитол (этот теплоноситель необходимо приобретать отдельно);
• для получения 9 киловатт тепловой энергии необходимо углубиться в грунт на глубину не меньше 150-200 метров.

Насос, основанный на получении тепла из вторичных источников

Тепловые насосы, позволяющие использовать вторичное тепло, чаще всего монтируются на промышленных предприятиях.

Такие устройства позволяют избежать потерь тепла, используя тепло центрального трубопровода отопительной системы. Либо могут отбирать тепло из вентиляционных систем и при этом прогревать поступающий воздух (системы с рекуператорами). Также применяется утилизация вторичного тепла, поступающего от холодильных установок, или вырабатывающегося при технологическом охлаждении воды.

Достоинства:

• высокая эффективность (КПТ достигает 4-8 единиц, при этом вода или воздух прогреваются до 40-80 градусов);
• экономное перераспределение тепла (оно может вторично использоваться в технологических процессах либо идти на обогревание муниципальных тепловых сетей);
• экономия на энергоносителях до 85% (срок окупаемости при этом до одного года!).

Недостатков кроме высокой стоимости такой модернизации для предприятий нет.

Кпт и кпд — что это значит

Коэффициент преобразования теплоты (КПТ) — важнейший технический параметр любого теплового насоса.

Он указывает на соотношение одного потреблённого компрессором ватта электрической энергии к количеству выработанного тепла. При соотношении один к одному использование оборудования становится нецелесообразным.

Значение КПТ колеблется от 2,5 до 7 единиц для разных систем. А уровень снабжения теплом равен 35-60 градусам по Цельсию. При этом экономия более дорогих энергетических ресурсов достигает 75%.

То есть, при значении КПТ 2,5 единицы — на 1 Ватт потребленной электрической энергии вы получите 2,5 Ватта тепловой энергии. При значении КПТ 7 единиц — из 1 Ватта электроэнергии получите 7 Ватт тепла.

Расчёт КПД использует условные значения, так как достаточно сложно определить расход энергии с низким потенциалом, поступающей от альтернативного источника тепла.

Например, если учесть, что потребитель получил 6 киловатт тепловой энергии в час, для определения КПД необходимо потреблённое электричество сложить с энергетическим потенциалом источника (допустим, к 1 кВт прибавить 5 кВт). Затем 6 кВт разделить на полученную сумму — это и будет искомый условный КПД.

Статьи на эту же тематику, которые будут вам интересны:

 Достоинства и недостатки тепловых насосов

Плюсы

Устанавливая в доме систему отопления, оснащённую тепловым насосом, необходимо понимать, что это:

• способ существенно сэкономить на традиционных энергетических носителях и значительно сократить траты на отопление (средний КПТ 3,5-4,5 единицы);
• экологически безопасная система, позволяющая сберечь не возобновляемые энергетические ресурсы планеты;
• фактически автономная система отопления (фактически, потому что требуется подключение к источнику электроэнергии);
• универсальная климатическая система – и отопление, и кондиционирование будет производиться одним и тем же устройством.

Все перечисленные достоинства делают такую систему лучшей среди других отопительных систем.

Минусы

К недостаткам относится:

• высокая стоимость оборудования, окупаемость которого зависит от интенсивности использования;
• сложность монтажа. Невозможно самостоятельно смонтировать геотермальный насос с вертикальным размещением контура без специальной подготовки и бурильного оборудования.

Ещё следует учитывать, что такая система будет максимально эффективной только в домах с правильным утеплением. Поэтому экономически выгодно подключить тепловой насос к системе «тёплый пол» или «тёплые стены» — здесь рабочая температура не превышает 40 градусов.

Внимательность хозяев к таким техническим нюансам, их желание полностью разобраться во всех деталях позволит сделать дом действительно тёплым и комфортным для проживания.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

В условиях ухудшения экологической обстановки в мире и (что более актуально для рядового потребителя) стремительного роста тарифов на газ и электричество все больше европейцев старается внедрить в свою повседневную жизнь системы, использующие альтернативные источники энергии. Один из вариантов подобных систем – так называемый тепловой насос, посредством которого можно отапливать свое жилище в зимний период и нагревать воду для бытовых нужд, расходуя на это минимум электроэнергии.

В домах наших соотечественников в последние годы тоже все чаще можно встретить это чудо инженерной мысли. Конечно, для россиян проблема высоких цен на традиционные энергоносители пока стоит не так остро, как в Европе, но, во-первых, это лишь до поры до времени, а во-вторых, не хочется отставать от цивилизованного мира…

Итак, тепловой насос… Что это такое? На чем основан принцип его действия? Откуда, куда и как он перекачивает тепло? Давайте разбираться.

Принцип действия тепловых насосов основан на способности вещества (хладагента) поглощать или отдавать тепло при изменении агрегатного состояния. По своей сути такие насосы мало чем отличаются от холодильных установок. (Это странное, на первый взгляд, утверждение нисколько вас не удивит, если вы хоть раз дотрагивались до горячей задней стенки обычного бытового холодильника.)

Схематично тепловой насос может быть представлен в виде системы, состоящей из трех контуров. В первом находится теплоноситель, переносящий энергию от источника низкопотенциального тепла.

Во втором контуре циркулирует хладагент (фреон), который периодически то испаряется, отбирая тепло у первого контура, то вновь конденсируется, отдавая его третьему контуру.

И, наконец, по третьему контуру «бегает» теплоприемник, в нашем случае – вода, переносящая тепло по системе отопления.

Рабочий цикл теплонасоса в общих словах может быть описан следующим образом. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где переходит в газообразное состояние.

Необходимая для протекания этого процесса энергия отбирается у теплоносителя, циркулирующего в первом контуре.

Далее подогретый на несколько градусов газообразный хладагент всасывается в компрессор, главное назначение которого – сжатие газа (на совершение этой работы, разумеется, расходуется электроэнергия).

Давление газа возрастает в несколько раз, при этом он существенно разогревается: если на входе в компрессор температура хладагента составляет 6-10°C, то на выходе уже около 60°C.

На следующей стадии разогретый газ направляется в конденсатор, где отдает полученное тепло системе отопления, сам же при этом конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние.

Затем избыточное давление сбрасывается с помощью дроссельного клапана, и цикл начинается заново.

Как видите, устройство теплового насоса не отличается принципиально от устройства холодильной машины.

Просто основным назначением холодильных установок является генерирование холода, поэтому там отбор теплоты производится испарителем, а конденсатор лишь сбрасывает эту теплоту в окружающее пространство.

В тепловом же насосе картина обратная: конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, отдающий теплоту потребителю, а испаритель – это теплообменник, утилизирующий низкопотенциальную теплоту вторичных энергоресурсов.

Другими словами тепловой насос – это «холодильник наоборот». При этом «наоборот» не только устройство, но и результат. Если в случае холодильника тепло, отнимаемое у хранящихся внутри продуктов, выбрасывается впустую, то энергия, вырабатываемая тепловым насосом, приносит реальную пользу – тратится на целенаправленный обогрев дома.

Разновидности тепловых насосов и систем

Тепловая энергия, расходуемая на отопление здания и систему горячего водоснабжения, является результатом преобразования энергии окружающей среды, осуществляемого с помощью теплового насоса. Насос концентрирует эту низкопотенциальную (низкотемпературную) энергию и передает ее системе отопления.

Осталось разобраться, что в данном случае подразумевается под энергией окружающей среды. Большинство тепловых насосов бытового назначения позволяют использовать тепло Солнца и внутреннее тепло Земли, накапливаемые верхними слоями земной коры и водой в течение всего года.

По типу конструкции первого контура теплообменника все тепловые насосы делятся на грунтовые, водяные и воздушные.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тепловые насосы получают тепло, необходимое для подогрева хладагента в испарителе, от грунта. Температура последнего на глубине нескольких метров практически не подвержена сезонным колебаниям. По замкнутой системе труб, размещенных в грунте, циркулирует «рассол».

Слово «рассол» мы не случайно взяли в кавычки: соли, как этого можно было бы ожидать исходя из названия, он не содержит. На самом деле это антифриз на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, реже водного этанола.

Трубы теплообменника могут быть уложены в грунте как горизонтальным (горизонтальный коллектор), так и вертикальным (геотермальный зонд) способом.

Трубы горизонтального коллектора укладываются в землю на глубине ниже уровня промерзания грунта в данном регионе (обычно 1.5-2 м). Теплообменная система этого вида занимает достаточно большую площадь.

Например, для обеспечения теплом сравнительно небольшого дома площадью 100 м2 потребуется выделить 2-3 сотки земли.

Следует принять во внимание, что на территории, занятой коллектором, можно садить лишь те деревья и кустарники, корни которых не уходят в почву слишком глубоко, а располагать здесь какие-либо постройки и вовсе нельзя.

Геотермальный зонд – это теплообменник, трубы которого располагаются вертикально и погружены в грунт на глубину до 100-200 м. Количество устанавливаемых зондов зависит от требуемой мощности установки. Для обогрева дома, уже рассматриваемого нами выше в качестве примера, достаточно будет двух зондов длиной около 80 м, расположенных на расстоянии 5 м друг от друга.

Как видите, для размещения этой системы не требуется больших площадей, вы можете пробурить скважины в любой части вашего участка – там, где вам это удобно.

Главный недостаток грунтовых тепловых насосов с геотермальными зондами – высокая стоимость работ по бурению скважин.

Однако, невзирая на это, большинство пользователей отдает предпочтение именно этим системам, ведь геотермальные зонды обладают большей эффективностью, чем горизонтальные коллекторы, и имеют при этом меньше ограничений.

Бурение скважины для геотермального зонда.

Водяные тепловые насосы

Водяной тепловой насос «черпает» энергию грунтовых вод, которые прокачивает через свой испаритель. Подобная система отличается повышенной эффективностью и неплохой стабильностью: первая характеристика является результатом высокой теплоотдачи воды, вторая обусловлена постоянством температуры грунтовых вод.

Разумеется, чтобы использовать установку такого типа, требуется, чтобы эти самые грунтовые воды имелись на вашей территории, причем в достаточно большом количестве. Очень желательно, чтобы водоносный слой располагался не глубже 30-40 м.

Одновременное выполнение этих двух условий – явление нечастое.

Еще одним условием, невыполнение которого может стать препятствием для установки водяного теплонасоса в вашем доме или коттедже, является низкое содержание в грунтовых водах солей железа и прочих примесей.

Использование воды низкого качества приведет к тому, что оборудование быстро выйдет из строя, поскольку теплообменник попросту забьется. Наличие такого количества ограничений является причиной того, что подобные тепловые насосы, несмотря на всю их привлекательность, устанавливают нечасто (около 5% от всех реализованных проектов).

Воздушные тепловые насосы

С точки зрения простоты монтажа воздушные тепловые насосы обладают огромным преимуществом перед своими «собратьями».

Для использования окружающего воздуха в качестве источника тепла вам не придется бурить скважины или проводить какие-то другие крупномасштабные грунтовые работы.

В результате, если заложить в смету стоимость работ по установке оборудования, воздушный насос обойдется вам значительно дешевле, чем водяной или грунтовый.

Несмотря на столь весомое достоинство, идеальным этот вид климатического оборудования не назовешь, поскольку есть у него и существенный недостаток.

Такой насос эффективно работает лишь при температуре окружающего воздуха выше –15°C…–20°C.

Падение температуры ниже этой границы, что в зимний период не является редкостью в большинстве регионов нашей страны, ведет к существенному уменьшению коэффициента эффективности воздушного теплонасоса.

Коэффициент эффективности тепловых насосов

Чуть выше мы использовали новый термин – «коэффициент эффективности». Было бы неправильно не пояснить, что это такое, тем более что это важная характеристика тепловых насосов, позволяющая сравнивать насосы разных типов между собой.

Коэффициент эффективности (называемый также коэффициентом трансформации) – это отношение выработанной насосом тепловой энергии к потребленной им электрической. По сути это КПД теплового насоса. В случае водяных теплонасосов этот коэффициент равен 5 вне зависимости от времени года. Это означает, что при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии установка вырабатывает 5 кВт*ч тепловой энергии.

У грунтовых насосов величина коэффициента эффективности чуть ниже – от 4 до 4.5.

И, наконец, самым маленьким коэффициентом характеризуются воздушные тепловые насосы, при этом их эффективность сильно зависит от температуры окружающего воздуха: при 0°C величина коэффициента равна ~3.5, а при –20°C он уже не превышает 1.

5 (при такой низкой эффективности насос попросту не окупится, и имеет смысл подумать о приобретении более дешевого климатического оборудования, например электрического котла).

Некоторые менеджеры, рекламируя реализуемые ими тепловые насосы, уверяют потенциальных клиентов в том, что данное оборудование имеет КПД 400-500%. Разумеется, ни о каком нарушении законов термодинамики речи не идет.

Просто в данном случае расчеты намеренно делаются неправильно: не учитываются источники энергии, отличные от потребляемого электричества, – воздух, вода или грунт, нагретые Солнцем и геотермальными процессами.

Когда при расчете КПД учитывают только электроэнергию и забывают про источник низкопотенциального тепла, как раз и получается величина больше 100%.

Применение тепловых насосов в условиях российского климата

Познакомившись с приведенными выше описаниями различных типов тепловых насосов, вы без труда сами сможете ответить на вопрос, какой насос больше всего подходит для эксплуатации в условиях российского климата.

Воздушные тепловые насосы пригодны для применения лишь в ограниченном числе регионов нашей страны – там, где температура воздуха зимой почти не опускается ниже нулевой отметки. Разумеется, жителям Сибири, Дальнего Востока, севера европейской части России о воздушных тепловых насосах не стоит и размышлять.

Для применения водяных тепловых насосов есть много ограничений. О некоторых из них мы уже рассказывали, осталось упомянуть еще об одном. Более половины территории нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты.

Если даже какому-нибудь жителю Восточной Сибири или севера Дальнего Востока «повезло», и на его участке есть грунтовые воды, залегающие не слишком глубоко, то все равно эти грунтовые воды находятся в виде льда, а значит, не пригодны для использования в системе отопления.

Таким образом, большинству наших соотечественников приходится рассчитывать на единственный, беспроигрышный, вариант – грунтовый тепловой насос. При этом в условиях российского климата больше подойдет насос не с горизонтальным коллектором, а с геотермальным зондом, позволяющим достигнуть глубины, где температура грунта более стабильна.

Применение теплового насоса для охлаждения

Огромным достоинством тепловых насосов является то, что они способны не только отапливать дом, но и при необходимости охлаждать его. Наше короткое российское лето порою бывает очень жарким, и, когда ваше жилище буквально раскаляется, предложение превратить обогреватель в кондиционер будет очень кстати.

Техническое решение этого вопроса может быть интегрировано в тепловой насос изначально, на стадии изготовления, и практически у всех производителей имеются линейки насосов, умеющих кондиционировать помещение (режим Natural Cooling).

Если ваш тепловой насос не обладает такими способностями, не все еще потеряно – работать на охлаждение может и обычный насос. Необходимое для этого дополнительное оборудование в виде гидравлической развязки будет смонтировано вне насоса.

Оба варианта не требуют больших капиталовложений.

Нести генерируемый тепловым насосом холод непосредственно в помещение можно разными способами. Эта функция может быть возложена на холодные панели на стенах или потолке, охлаждающий теплый пол, радиаторы отопления с хорошим обдувом или же фанкойл – устройство, в чей корпус встроен обдуваемый вентилятором пластинчатый теплообменник.

Применение теплового насоса для горячего водоснабжения

Любой тепловой насос способен не только обогревать ваше жилище, но и круглогодично снабжать вас горячей водой.

Однако следует учитывать, что эта система является низкотемпературной, а значит, температура воды в бойлере не превысит 45-55°C.

Из этого следует, что объем бойлера должен быть больше, чем при использовании стандартной системы отопления, в противном случае вам и вашим домочадцам придется жить в условиях жесткой экономии горячей воды.

Данный факт следует учитывать при выделении площади для котельной, т. е. еще на стадии проектирования дома.

Также при выборе бойлера нужно принимать во внимание, что это должно быть специальное оборудование, рассчитанное на работу с теплонасосными установками.

Главное отличие такого бойлера от обычного – увеличенная площадь теплообменника, необходимая для максимально эффективной передачи тепла от теплового насоса.

Тепловые насосы со встроенным ТЭНом

Нередко производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электрические нагреватели. Встроенный ТЭН позволяет в случае необходимости перейти на альтернативный с точки зрения теплового насоса источник энергии – электричество. Для чего это нужно? В каких случаях возникает потребность задействовать ТЭН?

Подбор теплового насоса для отопления дома осуществляется с учетом различных параметров, в том числе и климатических особенностей региона. При этом считается нецелесообразным устанавливать насос с избыточной мощностью.

Дело в том, что экстремально холодные дни случаются не так уж и часто, по крайней мере, в центрально-европейской части России. Практика показывает, что более экономичным вариантом будет «добрать» в эти морозные периоды необходимую мощность электричеством, чем изначально устанавливать более мощный насос.

Наличие ТЭНа исключает необходимость делать систему более мощной, чем это требуется большую часть отопительного сезона.

Для владельцев водяных и грунтовых тепловых насосов встроенный ТЭН – скорее излишество, чем необходимость. Совсем иначе выглядит ситуация с воздушными теплонасосами.

При температуре воздуха –20°C и ниже такой насос, если и не отключится, будет малоэффективен. И пусть холодных дней и ночей в году не очень много, совсем не хочется в один прекрасный момент остаться в стремительно вымерзающем доме.

Наличие дублирующего теплогенератора в данном случае никак не назовешь роскошью.

Воздушный тепловой насос.

Советы и рекомендации

Тепловой насос – оборудование технически сложное и достаточно дорогое, поэтому подходить к его выбору следует с большой ответственностью. Чтобы не быть голословными, приведем несколько вполне конкретным рекомендаций.

1. Никогда не приступайте к выбору теплового насоса без предварительного проведения расчетов и создания проекта. Отсутствие проекта может стать причиной фатальных ошибок, исправить которые можно будет лишь с помощью огромных дополнительных финансовых вложений.

2. Доверить проектирование, монтаж и сервисное обслуживание теплового насоса и системы отопления следует только профессионалам.

Как убедиться в том, что в данной компании работают профессионалы? В первую очередь, по наличию всей необходимой документации, портфолио реализованных объектов, сертификатов от поставщиков оборудования.

Очень желательно, чтобы весь комплекс необходимых услуг предоставляла одна компания, которая в данном случае будет нести полную ответственность за реализацию проекта.

3. Советуем вам отдать предпочтение тепловому насосу европейского производства. Пусть вас не смущает тот факт, что он дороже китайского или российского оборудования.

При включении в смету стоимости работ по монтажу, запуску и отладке всей системы отопления разница в цене насосов будет практически незаметна.

Но зато, имея в своем распоряжении «европейца», вы будете уверены в его надежности, поскольку высокая цена насоса – это лишь результат использования при его создании современных технологий и высококачественных материалов.

Принцип действия тепловых насосов

Имея в своем доме холодильники и кондиционеры, мало кто знает — принцип работы теплового насоса реализован именно в них.

Около 80% мощности, которую дает тепловой насос, приходится на тепло окружающей среды в виде рассеянного солнечного излучения. Именно его насос просто «перекачивает» с улицы в дом. Работа теплового насоса подобна принципу работы холодильника, вот только направление переноса тепла иное.

Проще говоря…

Чтобы охладить бутылку минеральной воды, Вы ее ставите в холодильник. Холодильник должен «забрать» у бутылки часть тепловой энергии и, согласно закону сохранения энергии, ее куда-то переместить, отдать.

Холодильник переносит теплоту на радиатор, обычно расположенный на задней его стенке. При этом радиатор нагревается, отдавая свое тепло в помещение. Фактически он отапливает помещение.

Это особенно заметно в маленьких минимаркетах летом, при нескольких включенных холодильниках в помещении.

Предлагаем пофантазировать. Предположим, что мы будем постоянно подкладывать теплые предметы в холодильник, а он будет, охлаждая их, нагревать воздух в помещении. Пойдем на «крайности»… Расположим холодильник в оконном проеме открытой дверкой «морозилки» наружу.

Радиатор холодильника будет находиться в помещении. В процессе работы холодильник будет охлаждать воздух на улице, перенося в помещение «забранную» теплоту. Так и работает тепловой насос, забирая рассредоточенное тепло у окружающей среды и перенося его в помещение.

Тепловой насос. Внешний воздушно-водяной контур

Где насос берет тепло?

Принцип работы теплового насоса базируется на «эксплуатации» естественных низкопотенциальных источников тепла из окружающей среды.

Распределение солнечной энергии

Ими могут быть:

• просто наружный воздух;
• тепло водоемов (озер, морей, рек);
• тепло грунта, грунтовых вод (термальных и артезианских).

Геотермальный тепловой насос. Принцип работы

Как устроен тепловой насос и система отопления с ним?

Тепловой насос интегрирован в систему отопления, которая состоит из 2-х контуров + третий контур — система самого насоса. По внешнему контуру циркулирует незамерзающий теплоноситель, который забирает на себя тепло из окружающего пространства.

Попадая в тепловой насос, точнее его испаритель, теплоноситель отдает в среднем от 4 до 7 °C хладагенту теплового насоса. А его температура кипения составляет -10 °C. Вследствие этого хладагент закипает с последующим переходом в газообразное состояние. Теплоноситель внешнего контура, уже охлажденный уходит на следующий «виток» по системе для набора температуры.

В составе функционального контура теплового насоса «числятся»:

• испаритель;
• компрессор (электрический);
• капилляр;
• конденсатор;
• хладагент;
• терморегулирующее управляющее устройство.

Процесс выглядит приблизительно так!

«Закипевший» в испарителе хладагент по трубопроводу поступает в компрессор, работающих от электроэнергии. Этот «трудяга» сжимает газообразный хладагент до высокого давления, что, соответственно, приводит к повышению его температуры.

Теперь уже горячий газ далее попадает во другой теплообменник, который называется конденсатором. Здесь тепло хладагента передается воздуху помещения или теплоносителю, который циркулирует по внутреннему контуру системы отопления.

Хладагент остывает, одновременно переходя в состояние жидкости. Затем он проходит через капиллярный редукционный клапан, где «теряет» давление и вновь попадает в испаритель.

Цикл замкнулся и готов к повтору!

Приблизительный расчет теплопроизводительности установки

В течении часа по внешнему коллектору через насос протекает до 2,5-3 м3 теплоносителя, который земля способна нагреть на ∆t = 5-7 °C.

Для расчета тепловой мощности такого контура воспользуйтесь формулой:

[pmath size=14]Q = (T_1 — T_2)*V_тепл[/pmath]

где:

Как работает тепловой насос?

Разновидности тепловых насосов

По типу используемого вида рассеянного тепла различают тепловые насосы:

• грунт-вода (используют закрытые грунтовые контуры или глубокие геотермальные зонды и водяную систему отопления помещения);
• вода-вода (используют открытые скважины для забора и сброса грунтовых вод — внешний контур не закольцованный, внутренняя система отопления — водяная);
• вода-воздух (использование внешних водяных контуров и системы отопления воздушного типа);
• тепловой насос воздух-воздух (использование рассеянного тепла внешних воздушных масс в комплекте с воздушной системой отопления дома).

Схема и принцип действия теплового насоса

Преимущества и достоинства тепловых насосов

1

Экономичная эффективность. Принцип работы теплового насоса базируется не на производстве, а на переносе (транспортировке) тепловой энергии, то можно утверждать, что его КПД больше единицы. Что за чушь? — скажете Вы.В теме тепловых насосов фигурирует величина — коэффициент преобразования (трансформации) тепла (КПТ).

Именно по этому параметру сравнивают между собой агрегаты подобного типа. Его физический смысл – показать отношение полученного количества теплоты к величине, затраченной для этого, энергии.

К примеру, при КПТ = 4,8 затраченная насосом электроэнергия в 1кВт позволит получить с его помощью 4,8 кВт тепла безвозмездно, то есть даром от природы.

2

Универсальная повсеместность применения. Даже при отсутствии доступных линий электропередач работа компрессора теплового насоса может быть обеспечена дизельным приводом. А «природное» тепло есть в любом уголке планеты — тепловой насос «голодным» не останется.

Типичный компрессор холодильника- теплового насоса

3

Экологическая чистота использования. В тепловом насосе отсутствуют продукты горения, а его малое энергопотребление меньше «эксплуатирует» электростанции, косвенно снижая вредные выбросы от них. Хладагент, используемый в тепловых насосах, озонобезопасен и не содержит хлоруглеродов.

Внешний модуль теплового насоса «воздух-воздух»

4

Двунаправленный режим работы. Тепловой насос может в зимнее время обогревать помещение, а в летнее — охлаждать. Отобранную из помещения «теплоту» можно использовать эффективно, например, подогревать воду в бассейне или в системе ГВС.

Варианты режима работы теплового насоса

5

Безопасность эксплуатации. В принципе работы теплового насоса Вы не рассмотрите опасных процессов. Отсутствие открытого огня и вредных опасных для человека выделений, низкая температура теплоносителей делают тепловой насос «безобидным», но полезным бытовым прибором.

6

Полная автоматизация процесса отопления помещения.

Внешний воздушный контур теплового насоса

Некоторые нюансы эксплуатации

Эффективное использование принципа работы теплового насоса требует соблюдения нескольких условий:

• помещение, которое обогревается должно быть хорошо утеплено (теплопотери до 100 Вт/м2) — иначе, забирая тепло с улицы, будете греть улицу за свои же деньги;
• тепловые насосы выгодно применять для низкотемпературных систем отопления. Под такие критерии отлично подходят системы теплый пол (35-40 °C). Коэффициент преобразования тепла существенно зависит от соотношения температур входного и выходного контуров.

Подытожим сказанное!

Суть принципа работы теплового насоса не в производстве, а в переносе тепла. Это позволяет получить высокий коэффициент (от 3 до 5) преобразования тепловой энергии. Проще говоря, каждый использованный 1 кВт электроэнергии «перенесет» в дом 3-5 кВт тепла. Еще что-то нужно говорить?

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, типы, преимущества и недостатки

Температурный насос – это один из возможных вариантов отопления частного дома, какой-никакой сравнительно недавно появился в наших краях. Суть работы теплового насоса заключается в циркуляции теплоносителя в области замкнутому контуру, в результате чего отбирается тепло у воздуха, земли или воды.

В таком случае есть, источником тепла в этом случае являются природные источники, а не продукты питания сгорания или электричество, что делает тепловой насос наиболее экологически чистым и экономически выгодным держи сегодняшний день. Такая система отопления практически не зависит от цен в топливо, ведь энергия земли, воды и воздуха не только неисчерпаема, да и абсолютно бесплатна.

Единственные расходы при эксплуатации теплового насоса связаны с расходами получай электроэнергию, от которой и работает сам насос, но они составляют точию 1/3 всей выработанной энергии, так что экономия очевидна. Таким образом, солнечный насос по стоимости эксплуатации может соперничать даже с наиболее дешевым природным газом, мало-: неграмотный говоря уже о твердом или жидком топливе.

Сама идея извлекать приветливо из окружающей среды далеко не нова, но тепловые насосы, (как) будто способ обогрева домов, появились сравнительно недавно в западных странах на пике популярности экологично чистого и безвредного оборудования. Именно в европейских странах начали устанавливать их отнюдь не только для частных домов, но и для целых районов в городах.

Вроде работает тепловой насос?

Принцип действия теплового насоса напоминает принцип работы холодильника, просто-напросто наоборот. Если в холодильнике рабочее вещество испаряется, отдавая холод, то в тепловом насосе оно конденсируется, отдавая по-летнему.

Полученное тепло накапливается, обогащается и отдается теплоносителю, который переносит его в отапливаемые помещения.

В целях выделения тепла в системе используется конденсатор, тогда как испаритель поглощает полученное по-свински потенциальное тепло.

Электроэнергия требуется системе для работы компрессора.

В качестве показателя эффективности работы теплового насоса используется такое взгляд, как преобразование тепла или трансформация – разница между величиной потребляемой электроэнергии и полученного в результате тепла.

Отдача системы зависит от разницы температур испарителя и конденсатора – чем она свыше, тем ниже КПД. Для увеличения эффективности работы нужно обеспечить максимально страшный по объему источник низко потенциального тепла, иначе в системе возможно перестуживание.

Таким образом, масса источника низко потенциального тепла должна составлять значительно больше массы, которая нагревается, что позволит сократить разницу температур холодного тела и источника тепла, а сие, в свою очередь, сократит потребление электрической энергии.

Единственный недостаток такого решения – значительные мера теплового насоса, которые напрямую связаны еще и с его стоимостью.

При обогреве такого типа системой районов и даже городов можно устанавливать дорогостоящее оборудование, которое занимает значительную форум – это экономически оправдано, но вот относительно частных домов это в тридевятом царстве в тридесятом государстве не всегда выгодно.

Типы тепловых насосов

Рассмотрим рабочие характеристики и типы тепловых насосов. Точно касается условий эксплуатации, их можно использовать в достаточно широком температурном диапазоне с -30 °С до +35 °С.

Наиболее распространенными считаются компрессионные и абсорбционные насосы. Первые обеспечивают циркуляцию в системе следовать счет механической и электрической энергии, вторые переносят тепло с помощью самого источника тепла.

Абсорбционные насосы паче экономичные, но имеют более сложную конструкцию и стоят дороже.

В зависимости через типа источника тепла тепловые насосы можно поделить на:

• геотермальные, забирающие жар земли или воды (грунтовых вод, водоемов и т.д.);
• воздушные, забирающие тепло воздуха;
• насосы вторичного тепла, забирающие нехолодно, которое выделяется при отоплении, рабочих процессах на производстве и т.д. Обычно такие насосы используются аккурат на производствах, где есть источники «ненужного» тепла.

В качестве теплоносителя в тепловых насосах может прилагаться вода, воздух, грунт или их комбинации.

Геотермальные тепловые насосы бывают замкнутыми и открытыми. Открытые системы используются в целях нагрева воды, которая попадает в контур, нагревается и выводится наружу. Использовать такую систему годится. Ant.

нельзя, если поблизости есть достаточно большой источник воды с достаточным объемом.

За вычетом того, вода, прошедшая через систему, не должна загрязнять окружающую среду, а ее извержение нужно согласовывать с государственными учреждениями.

Более предпочтительными являются замкнутые системы, которые в свой черед можно поделить на несколько типов:

• с горизонтальным расположением коллектора, когда симпатия монтируется в выкопанной в земле траншее ниже уровня промерзания грунта. В зависимости ото климата и типа грунта глубина монтажа коллектора может меняться, в среднем а она составляет порядка 1,5 м. Для увеличения площади и объема контура подле сокращении затраченной площади коллектор лучше укладывать кольцами. Этот тип требует наличия сверху участке значительной свободной площади, что не всегда возможно;
• с вертикальным расположением коллектора, порой он размещается в скважине на глубине порядка 200 м. Такой тип используется в случаях, как-нибуд на участке не удается выделить нужную площадь для установки теплового насоса аль же поверхность участка неровная;
• водный, когда коллектор монтируется в водоеме (природном alias искусственном) на глубине ниже его промерзания. В этом случае коллектор равно как желательно размещать кольцами для экономии площади. Для установки водного теплового насоса должны браться соблюдены некоторые условия: объем воды в водоеме должен быть достаточным ради получения нужного количества тепла, а также глубина водоема должна быть аминь большой, чтобы вода в нем не промерзала до самого дна.

Читайте также  Резной деревянный пол Mafi

Актив и недостатки теплового насоса

Итак, тепловой насос – это сочетание практически бесплатной солнечный энергии и экологической чистоты. Почему же тогда далеко не все согласны обменять на него свои традиционные источники тепла? Дело в том, что на равных условиях с несомненными плюсами тепловой насос обладает и некоторыми недостатками. Рассмотрим более до малейших подробностей и первые, и вторые.

Преимущества

К достоинствам теплового насоса, как было зарегистрировано выше, можно отнести небольшое потребление электроэнергии (для получения 1 кВт/ч тепла насасывание поглощает 0,3-0,35 кВт/ч) и безвредность для окружающей среды.

Кроме того, температурный насос имеет высокий уровень пожаробезопасности, не требует оснащения дополнительной системой вентиляции и неважный (=маловажный) нуждается в регулярном обслуживании. Регулирование работы системы выполняется автоматически без вмешательства людей.

По мнению сути, если его правильно установить и подключить, на протяжении 20 парение можно просто забыть о его существовании и наслаждаться теплом в доме.

Вторично одно преимущество – возможность не только обогрева дома в холодное время лета, но и его охлаждения летом. Для этого к коллектору нужно подключить систему «холодный потолок» и фан-койлы. Таким образом, тепловой насос сможет заменить собой кондиционеры.

Лишения

А теперь пару слов о недостатках теплового насоса. Первый (и главный) изо них – высокая стоимость оборудования и монтажа. Тепловой насос имеет довольно сложную структуру, к тому а оснащен автоматикой, что делает его довольно дорогим удовольствием.

К тому а его установка связана с земельными работами больших объемов, что значительно увеличивает его стоимостное выражение. Если Вы решили заменить им газовую систему отопления, затраты в переоборудование будут окупаться много лет.

При этом нужно учесть до сего часа и тот факт, что средний срок службы теплового насоса составляет 20 парение, после чего нужно проводить капитальный ремонт системы, что связано ещё-таки с земельными работами и закупкой новых элементов.

Так что явная, сверху первый взгляд, выгода от использования теплового насоса при ближайшем рассмотрении может найтись далеко не выгодной, поэтому лучше заранее все подсчитать и решить, нужно ли Вы его устанавливать.

Стоит ли использовать тепловой насос для отопления под своей смоковницей?

Подведя итоги, можно отметить, что тепловой насос – это действительно неплохая одно из двух существующим системам отопления.

Возможно, через несколько лет его стоимость снизится столь, что появится смысл его установки не только из экологических соображений, однако и экономических.

Пока же (по крайней мере, в нашей стране) использование такого оборудования не похоже что ли найдет широкое применение.

Принцип работы теплового насоса для обогрева дома

Тепловой насос — это устройство, которое считается хорошей альтернативой стандартному отоплению дома. Прибор неплохо зарекомендовал себя и широко применяется во многих европейских странах.

Такое устройство может установить каждый желающий, но для этого нужно знать принципы работы теплового насоса.

С его помощью не только уменьшаются затраты на обогрев помещения, но и снижается негативное влияние на окружающую среду.

Описание теплового насоса

Перед началом монтажа необходимо изучить устройство, его преимущества и недостатки. Тепловой насос для отопления дома работает как холодильник или кондиционер. Единственным отличием будет вырабатывание тепла, а не холода. Установка очень экономична и работает при минимальном количестве потерь энергии.

Существует несколько разновидностей таких тепловых приборов. Все они немного отличаются друг от друга, но имеют и много общего. Разные виды подобных приборов состоят из 3 основных компонентов:

• тепловой насос с компрессором;
• накапливающий энергию зонд;
• система отопления помещения с теплообменной камерой.

Последние две составляющие представляют собой набор радиаторов и труб. Зонд имеет форму, напоминающую змеевик.

Все особенности устройства заключаются в насосе. Он состоит из нескольких основных частей:

• компрессор;
• капилляр;
• испаритель;
• хладагент;
• терморегулятор;
• конденсатор.

Разновидности установок

В зависимости от первичного источника тепла выделяется несколько видов устройств. Все они используют для передачи энергии различные стихии, такие как вода, воздух или земля.

По этому признаку их подразделяют на три вида:

Кроме этого, по типу монтажа насосы делятся на открытые и закрытые. Принцип их действия схож и отличается только несколькими нюансами.

Достоинства и недостатки

Каждый вид насоса имеет свои преимущества и недостатки. У одних они очевидны и не вызывают сомнений, у других — менее заметны.

К достоинствам теплового насоса следует отнести такие:

К отрицательным моментам относятся такие:

Принцип работы устройства

Принцип работы теплового насоса для отопления дома довольно прост, и в нём может разобраться даже человек, никогда не занимавшийся подобными вопросами.

Весь процесс протекает в несколько этапов:

Изготовление насоса своими руками

Если нет возможности купить дорогостоящее оборудование, то можно постараться сделать его своими руками. Самодельное устройство подходит только для небольших домов и помещений, так как способно обогреть ограниченную жилую площадь.

Чтобы сделать тепловой насос, необходимо выполнить несколько этапов работы:

Тепловой насос — это очень полезное устройство, которое позволяет не только сэкономить большое количество денежных средств, но и уберечь окружающую среду от негативного воздействия. При правильном подходе к делу и соблюдении всех рекомендаций профессионалов можно максимально быстро выполнить монтаж оборудования и начать пользоваться прибором.