Содержание
Инновационный воздушный тепловой насос для отопления дома
Многофункциональные и экономичные системы обогрева постепенно вытесняют традиционные виды отопления.
Наибольшей популярностью сегодня пользуется воздушный тепловой насос, так как он отличается своей доступностью и простотой.
Устанавливают такое оборудование в частных домах, когда нужно обеспечить комфортную температуру в каждой комнате, сэкономив финансовые сбережения на оплате коммунальных услуг.
Экономия одна из веских причин установки данного насоса
Описание и характеристика
Современные технологии позволяют добывать полезную энергию из различных источников окружающей среды: земли, воздуха, воды. Ещё полвека назад такое оборудование могло существовать только в теории.
В конце 90-х мир увидели первые системы с тепловыми насосами, но их использование стоило неимоверно дорого.
На сегодняшний день картина кардинально изменилась, так как многие производители на промышленном уровне занимаются изготовлением агрегатов, которые отличаются высоким уровнем эффективности. Такое оборудование особенно актуально в частных домах.
Многие считают, что в тех странах, где преобладает холодный климат, нужно устанавливать исключительно геотермальные насосы. В качестве основного источника низкопотенциальной теплоты используется грунт. Но скандинавские учёные смогли установить, что даже в холодной среде воздушно-тепловой насос (ВТН) отличается высоким уровнем КПД.
В этом видео вы узнаете, об экономном отоплении без газа тепловым насосом Mitsubishi Electric Zubadan:
Обратите внимание
Те отопительные системы, которые оснащены таким оборудованием, совершенно не нуждаются в больших материальных затратах.
Объясняется такой эффект тем, что для стабильной работы насоса не нужно обустраивать подземный контур, из-за которого владельцам частных домов приходилось оплачивать инженерно-геологические работы.
Помимо этого, больше не нужно тратить свободное время на посещение государственных инстанций и согласование работ с официальными органами.
Современные воздушные тепловые насосы для отопления дома отличаются невысокой ценой монтажа, а также они идеально подходят для обустройства низкотемпературных систем, к которым относится система «тёплый пол». Кроме того, такое оборудование может использоваться для охлаждения дома в жаркий сезон.
Благодаря тому, что наука не стоит на месте, крупные производители стараются от неё не отставать. В первую очередь это касается техники, которая призвана перерабатывать один вид энергии в другой. В продаже появилось много разнообразного оборудования, которое призвано преобразовывать полученное тепло в разные виды энергии.
Отопление кондиционером Воздушный тепловой насос, опыт:
Универсальные отопительные насосы относятся к инновационным приспособлениям, в которых принцип работы немного отличается от их аналогов. Под воздействием такого оборудования все добытое из природы тепло увеличивается в несколько раз, благодаря чему отапливаются дома, большие теплицы с культурами и даже подогревается вода.
Первичная энергия забирается не только из почвы, но и из воздуха, а также вод, поэтому в продаже представлены разные виды насосов.
Важно
Несмотря на тот факт, что эти агрегаты отличаются сложным техническим исполнением, многие мастера предпочитают делать их самостоятельно.
Конечно, сконструировать водный или земляной насос своими руками очень сложно, а вот воздушный агрегат, который ещё принято называть «воздух-вода», намного проще.
Функциональные возможности
Принцип работы таких отопительных приборов практически аналогичен холодильнику или кондиционеру. Главное отличие состоит в схеме преобразования энергий. Тепловой поток из окружающей среды концентрируется, постепенно нагревая воду в системе отопления частного дома.
Даже в летний сезон такое оборудование можно использовать для охлаждения
Схематически работа насосов выглядит следующим образом:
Специалистам нужно учесть, что фреон не может самостоятельно циркулировать в контуре. Для этих целей должен быть задействован подходящий компрессор, который может обеспечить круговое движение хладагента. Во время этой процедуры температура фреона существенно возрастает, поэтому в систему должен быть вмонтирован вентилятор, который будет обдувать спираль.
Правда о тепловых насосах:
Основные преимущества
Как и у любого другого оборудования, у воздушных тепловых насосов есть положительные характеристики. Среди множества преимуществ можно выделить несколько основных факторов:
Тепловые насосы. Инновационное отопление:
Как показывает практика, отопительные насосы настолько универсальны и просты, что они часто применяются для обогрева временных и арендованных помещений. Ведь для их установки вовсе не нужно получать разрешительную документацию у ответственных органов. Иными словами, каждый человек может приобрести себе такое оборудование и стать полностью независимым от централизованных сетей.
Правила выбора насоса
Покупка ВТН не является сложной процедурой, как может показаться. При выборе наиболее подходящей модели необходимо учитывать несколько основных характеристик:
Существует несколько факторов при выборе насоса, например, кто производитель
Изготовление ВТН в домашних условиях
Опытные мастера отмечают, что собрать качественный насос для отопительной системы можно из подручных материалов своими руками. Чтобы готовое изделие полностью соответствовало всем поставленным требованиям, нужно придерживаться следующей схемы:
Воздушный тепловой насос Хитачи в минус 25:
Если специалист чётко выполнит все перечисленные выше действия, у него получится отличная основа конструкции теплового насоса. Чтобы система заработала, необходимо подключить все детали к электросети и провести пусконаладочные работы.
Тепловой насос для отопления дома: устройство и принцип работы разных систем
Среди вариантов альтернативного отопления можно отметить растущую популярность тепловых насосов. Высокая стоимость оборудования и монтажа такой конструкции не позволяет некоторым владельцам частных домов минимизировать затраты на отопление. Им обязательно стоит рассмотреть возможность сделать тепловой насос своими руками.
Устройство и принцип работы
Некоторым количеством тепловой энергии обладает практически любая среда, которая нас окружает, если только ее температура превышает 1°C. Почему бы не использовать часть этой энергии для обогрева собственного дома? Делается это с помощью теплового насоса.
Основан принцип работы теплового насоса на передаче тепла от источника с низким потенциалом тепловой энергии к теплоносителю, который имеет более высокую температуру. На практике выглядит это таким образом:
Работа холодильных установок основана на таком же принципе, поэтому некоторые виды тепловых насосов в летнее время можно вполне успешно использовать в качестве кондиционеров, т. е. для охлаждения помещения.
Тепловой насос позволяет обогревать дом, используя низкопотенциальную тепловую энергию окружающей среды
Видео: устройство и работа тепловых агрегатов
Виды агрегатов
Наглядное представление о вариантах устройства тепловых насосов представляет их классификация по виду теплоносителя на внешнем и внутреннем контурах конструкции. Получать энергию устройство может из:
- грунта;
- воды (водоём или источник);
- воздуха.
Внутри дома полученная тепловая энергия может использоваться в системе отопления, а также для подогрева воды или для кондиционирования воздуха. Поэтому различают несколько видов тепловых насосов в зависимости от сочетания этих элементов и функций.
Система «грунт-вода»
Получение тепла из грунта считается одним из самых эффективных для этого типа альтернативного отопления, поскольку уже примерно в пяти метрах от поверхности температура грунта остаётся достаточно постоянной, мало подвержена изменениям погодных условий.
В геотермальном тепловом насосе используют специальные теплопроводящие зонды
В качестве теплоносителя на внешнем контуре используется специальная жидкость, которую принято называть рассолом. Это экологически безопасный состав.
Наружный контур теплового насоса типа «грунт-вода» выполняют из пластиковых труб. Разместить их в грунте можно горизонтально или вертикально. В первом случае могут понадобиться работы на значительной площади, от 25 до 50 кв.
м на каждый киловатт мощности насоса. Площади, отведённые под устройство горизонтального коллектора, нельзя использовать для сельскохозяйственных нужд.
Здесь допустима только разбивка газона или высадка однолетних цветущих растений.
Для сооружения вертикального коллектора понадобится ряд скважин глубиной 50-150 метров. Поскольку температура грунта на такой глубине выше и устойчивее, такой геотермальный тепловой насос считается более эффективным. Для передачи тепла в этом случае используются специальные глубинные зонды.
Насос «вода-вода»
Не менее эффективным выбором может стать тепловой насос вода вода, поскольку на большой глубине температура воды остается достаточно высокой и постоянной. В качестве источника низкопотенциальной тепловой энергии могут использоваться:
- открытые водоёмы (озёра, реки);
- грунтовые воды (скважины, колодцы);
- сточные воды промышленных технологических циклов (обратное водоснабжение).
Принципиальных отличий в конструкции теплонасосов «грунт-вода» или «вода-вода» не имеется.
Наименьших затрат потребует сооружение теплонасоса, использующего энергию открытого водоёма: трубы с теплоносителем нужно снабдить грузом и погрузить в воду.
Совет
При использовании потенциала грунтовых вод понадобится более сложная конструкция. Может потребоваться сооружение дополнительного колодца для сброса воды, которая проходит через теплообменник.
Использование теплового насоса вода-вода в открытом водоеме может быть очень выгодным
Универсальный вариант «воздух-вода»
По эффективности тепловой насос воздух вода уступает другим моделям, поскольку в холодное время года мощность его ощутимо снижается. Однако для его монтажа не требуется сложных работ по выемке грунта или по сооружению глубоких скважин. Нужно только выбрать и установить подходящее оборудование, например, прямо на крыше дома.
Тепловой насос воздух-вода можно установить без масштабных монтажных работ
Несомненным преимуществом этой конструкции является способность повторно использовать тепло, которое покидает обогреваемые теплонасосом помещения с отработанным воздухом или водой, а также в виде дыма, газа и т. п. Чтобы компенсировать недостаток мощности воздушного теплонасоса в зимний период, следует предусмотреть варианты альтернативного отопления.
Наименее затратным вариантом может стать тепловой насос воздух-воздух, для сооружения которого не нужны сложные работы по созданию традиционной системы водяного отопления в помещениях.
Преимущества и недостатки системы
Установка теплового насоса дома и включение его в систему отопления или создание полноценной отопительной станции решит ряд насущных проблем и имеет следующие преимущества:
- это автономная система отопления, единственным централизованным элементом которой является подключение к электросети;
- этот способ позволяет значительно сэкономить на дорогостоящих энергетических носителях, которые традиционно применяются для отопления и существенно снизить затраты на коммунальные услуги. Средний Коэффициент преобразования теплоты равен 3,5 – 4,5. Из 1 кВт электроэнергии насос вырабатывает от 3 до 7 кВт тепла. Это самые высокие показатели среди всех видов котлов, работающих на любом топливе;
- система безопасна для здоровья человека и для экологии. Она помогает сберечь невозобновляемые энергоресурсы планеты;
- пожарная безопасность и невоспламеняемость деталей. Этот котёл не перегревается, не взрывается, не горит, не выделяет угарный газ;
- один насос может вырабатывать как тепло, так и холод, обеспечивая нужный микроклимат в доме, а также нагревать воду для бытовых нужд;
- долговечность – по опыту европейских жителей срок службы оборудования составляет 20-50 лет;
- комфорт и бесшумная работа. Управление системой осуществляется с помощью автоматики;
- установка насоса не требует согласований, которые нужны при монтаже, например, газового оборудования.
Преимуществ у такой системы гораздо больше, чем недостатков
К недостаткам можно отнести:
- относительно высокую стоимость установки и самого насоса, окупаемость такой системы напрямую зависит от интенсивности её эксплуатации;
- необходимость привлечения специалистов и применения специальной бурильной и иной техники для обустройства геотермального насоса с вертикальным контуром, глубина которого может достигать 200 м.
Как сделать тепловой насос своими руками
Использовать тепловые насосы для отопления дома выгодно и удобно. Имеющийся опыт показывает, что в частных домах жилой площадью более 400 кв.
м такая конструкция окупится в течение нескольких лет эксплуатации, несмотря на высокую стоимость.
Владельцы домов с более скромными размерами успешно разрабатывают и устанавливают теплонасосы собственной конструкции. Вот некоторые принципы создания этих полезных устройств:
- для начала нужно позаботиться о приобретении компрессора, например, предназначенного для кондиционера. Обычно его закрепляют на стене.
- другую важную часть конструкции — конденсатор — можно сделать самостоятельно. Для этого понадобится сделать змеевик из медной трубы (толщина не менее 1 мм), который помещают в корпус из металла или пластика. В качестве корпуса подойдёт бак подходящего размера. После того как змеевик установлен, половинки бака сваривают, монтируя необходимые резьбовые соединения. Испаритель тоже обычно монтируют на стене. Чтобы сделать качественный змеевик, можно намотать медную сантехническую трубу вокруг предмета подходящего диаметра, вполне подойдет газовый баллон. Чтобы расстояние между витками было одинаковым, используют перфорированный алюминиевый уголок, на котором закрепляют витки змеевика.
- окончательный монтаж этого оборудования: пайку медной трубы, закачку фреона и т. п. — должен выполнять только квалифицированный специалист. Неумелые действия могут повредить оборудование, кроме того, они связаны с высокой вероятностью получения бытовых травм.
- после этого конструкцию подключают к внутренней системе отопления дома.
- затем производится монтаж и подключение наружного контура, особенности этого процесса зависят от вида теплового насоса.
Перед пуском теплонасоса не помешает диагностировать состояние домовой электропроводки и счетчика. Ветхое и устаревшее оборудование необходимо заменить. Приемлемая мощность электросчётчика составляет не менее 40 ампер.
К сожалению, не всякий тепловой насос для отопления дома оправдывает ожидания владельцев. Чаще всего это связано с отсутствием правильных термодинамических расчётов.
В результате получается система с недостаточной мощностью или неоправданно растут затраты на чрезмерно мощное оборудование.
Чтобы подобрать систему с подходящей мощностью, следует учесть теплопотери здания, а также множество других характеристик. Поручать такие расчёты следует инженеру-проектировщику.
Рентабельность и целесообразность использования тепловых насосов
Чтобы достигнуть существенной экономии на отопительном бюджете на долгие годы, необходимо затратить значительные средства на этапе проектирования и установки. Окупаемость такой отопительной системы отложена во времени, она зависит от условий эксплуатации.
Если в доме пол и стены утеплены правильно, то тепловой насос будет работать максимально эффективно. Потери тепла не должны превышать 100 Вт на 1 кв. метр.
Ниже представлено сравнение затрат на отопление при использовании различных энергоносителей.
Чтобы экономить на отоплении, придётся потратить немалую сумму на установку теплового насоса
Очень выгодно включать насос в систему теплых полов или стен, где рабочая температура составляет примерно 40 градусов. Показателем экономии можно считать отсутствие перегрева отопительного контура и замерзания теплоносителя при отключении насоса, что позволяет повысить надежность системы и снизить риск аварии и частоту профилактических и ремонтных работ.
Стоимость установки такой системы, зависит от нескольких факторов:
- площадь отапливаемых помещений дома;
- разновидность конструкции насоса;
- системы отопления и трубы, проложенные в доме;
- показатели потерь тепла.
Для небольшого дома площадью 130 кв. м при установке насоса с грунтовым забором тепла, стоимость оборудования составит 450 000 р., а монтаж потянет на 300 000 р.
Насос «воздух-вода» будет стоить 300 00 р., установка составит 80 000 р., это самый недорогой вариант.
Стоимость установок начинается от 450 тыс. руб.
Максимальные затраты потребуются при глубоком бурении с низкой точкой промерзания и при большой площади дома, например, 400 кв. м. Оборудование обойдется в 800 000 р., а установка – в 360 000 р. Затраты включают в себя все проектные и земляные, наземные работы и все элементы насоса и отопительной системы.
Материал актуализирован 29.03.2018
Система воздушного отопления: принцип работы и особенности
Человечество с давних времен использует самые разнообразные способы и средства для обогрева жилых помещений.
С техническим прогрессом в наш быт пришли газ, электричество, другие виды топлива, благодаря которым стало возможным с высокой эффективностью отапливать здания самого разного назначения.
Однако в этот ряд с точной уверенностью можно поставить отопление воздухом – технология, которой вот уже практически 2000 лет.
Обратите внимание
В наши дни, с появлением новых видов нагревательного оборудования, воздушные системы утратили свою актуальность. В основном подобная схема обогрева используется в промышленных масштабах, где имеют крупные по площади технические здания и сооружения. Отопление для многих нас играет решающую роль.
Мы всегда стараемся оборудовать свой дом, квартиры максимально эффективной схемой нагрева, используя для бытовых целей газовые и электрические котлы. Воздушное отопление не заслуженно позабыто, хотя у него есть целый ряд неоспоримых преимуществ, на которых стоит остановиться для ознакомления.
Отопление с использованием воздуха — принцип работы
Отопление с использованием воздушной массы, поступающей внутрь помещения, построено на принципе терморегуляции. Другими словами, нагретый или охлажденный до определенной температуры воздух подается непосредственно внутрь помещений. Т.е. таким образом, может осуществляться и обогрев внутренних пространств и кондиционирование.
Основным элементом системы является нагреватель — печь канального типа, оснащенный газовой горелкой.
В процессе сгорания газа вырабатывается тепло, которое поступает в теплообменник и уже после этого, нагретые до определенной температуры массы поступают в воздушное пространство отапливаемого помещения.
Система воздушного отопления обязательно должна быть оборудована сетью воздуховодов и каналом для выхода наружу токсичных продуктов горения.
За счет постоянного притока свежего воздуха печь получает приток кислорода, который является одним из основных компонентов топливной массы.
Смешиваясь в камере сгорания с горючим газом, кислород увеличивает интенсивность горения, повышая тем самым температуру топливной массы.
В старых системах, используемых еще древними римлянами, основная проблема заключалась в попадании в отапливаемые помещения вместе с теплым воздухом вредных продуктов горения.
Важно
Автономные структуры отопления, построенные на принципе нагрева воздушных масс, нашли свое применение в системе обогрева больших промышленных зданий и объектов.
С появлением компактных и удобных в эксплуатации воздухонагревателей, для работы которых используется газ, твердое или жидкое топливо, стало возможным применение систем такого обогрева в быту.
Обычный, традиционный нагреватель воздуха, который принято называть теплогенератор, имеет камеру сгорания, теплообменник рекуперационнного типа, горелку и нагнетательную группу.
Установка печей воздушного отопления в частных и загородных домах вполне оправдана и экономически выгодна. Для квартиры данная схема обогрева не подходит, ввиду необходимости прокладки большого количества громоздких воздуховодов, присутствия технического шума и высокой пожароопасности.
Современные комплексы отопления в основном построены на подобном принципе, однако в большинстве конструкций прямой нагрев воздушной массы не предусматривается. Нагрев осуществляется с помощью тепловых генераторов, которых на сегодняшний день достаточно много.
Такие агрегаты имеют в своей конструкции рекуперативные теплообменники, благодаря которым происходит отделение высокотемпературных дымовых газов от подогретого воздуха.
Такая технологическая особенность современных воздушных отопительных систем, подавать в помещения чистый, нагретый до необходимой температуры воздух.
Продукты сгорания в данном случае уходят через дымоход. Хорошо отлаженная работа вытяжки и чистый дымоход, обеспечивают безопасность всей системы обогрева подобного типа во время работы.
Преимущества и недостатки системы воздушного отопления
Благодаря своим преимуществам, воздушное отопление получило широкое распространение в странах Запада.
В Великобритании, а затем в США и в Канаде, где большинство частных домовладений было принято оборудовать печами-каминами канального типа, со временем стало традиционным оборудовать жилые постройки автономными системами этого нагрева.
Такие системы обогрева очень удобны для обогрева больших по площади внутренних пространств. К тому же, монтаж воздуховодов в крупных каменных постройках значительно проще, чем прокладка коммуникаций водяного отопления.
Совет
Главное достоинство такой схемы — совмещение сразу двух важных для жилья компонентов, обогрева и вентиляции. Это позволяет существенно сэкономить средства домовладельца на прокладку этих коммуникаций.
К преимуществам отопления помещений теплым воздухом относятся:
- отсутствие в структуре промежуточного теплоносителя, что значительно упрощает эксплуатацию;
- отсутствие завоздушивания, проблемы воздушных пробок, которые являются постоянными спутниками водяных систем;
- возможность регулировки температурного режима в любом помещении;
- отсутствие батарей дает широкие возможности для создания оригинального интерьера внутренних помещений.
Говоря о преимуществах данной системы отопления, следует отметить, что зона основного обогрева в жилом доме не сосредоточена непосредственно вокруг печей и конвекторов. Тепло равномерно циркулирует по всему дому.
Ввиду отсутствия резких перепадов температур в помещении, оборудованном воздушным обогревом, отсутствует конденсат.
Новые модели теплогенераторов рассчитаны на возможность установки даже в квартире, которая может быть переоборудована в соответствии с проектом.
Что касается недостатков, то таковых у данной системы отопления просто нет.
Единственный минус, который имеет далеко идущие последствия – это при отказе от воздушного обогрева, многие элементы системы, включенные в домовые конструкции, останутся.
Проектировать систему необходимо вместе с разработкой проекта жилого дома, так как многие элементы (вентиляционные шахты, каналы и воздуховоды) являются неотъемлемой частью внутридомовых конструкций.
Особенности воздушного отопления в домашних условиях
В отличие от традиционных у нас схем водяного отопления, которые сильно подвержены опасности быть размороженными в зимнее время, воздушное отопление таких недостатков не имеет.
Тепловые генераторы легко запускаются в любое время года. Главное, что бы имелось топливо для горения и постоянный доступ свежего воздуха.
Такие устройства идеальны для загородных домов, которые не нуждаются в постоянном обогреве.
Обратите внимание
К тому же работающий нагреватель не выделяет абсолютно никаких токсичных веществ. Нагретый до температуры 45-700С воздух в процессе теплообмена распространяется по всему объему отапливаемой жилплощади.
Благодаря рециркуляции достигается возможность использовать для обогрева одну и ту же воздушную массу. В ряде случаев автономные системы оборудуются другими опциями, допускающие подачу наружного воздуха.
Наличие в системе внешнего блока создает условия для охлаждения внутренних помещений в жаркий период.
Автоматические терморегуляторы поддерживают необходимый температурный баланс в доме. Автономная система домашнего отопления с использованием нагревателя канального типа одновременно выполняет функции вентиляции.
Разновидности воздушного отопления
Как и в других отопительных системах, воздушное отопление имеет разновидности. Прямоточная, самая простая и распространенная в прошлые века система, подразумевает обычное сжигание топлива в печи, установленной в подвальном помещении.
Топливом могут быть дрова, каменный или древесный уголь. Нагретая воздушная масса самотеком поднимается по каналам, оборудованным в стенах, распространяется по полостям в полу.
Выход отработанной воздушной массы осуществлялся просто через отверстия в крыше.
Обогрев в помещении в данном случае осуществлялся опосредованно, от нагреваемых стен и пола. На рисунке – схеме представлена обычная система отопления воздухом, практикуемая еще нашими предками.
Воздушное отопление в гараже — основная статья.
Эффективностью подобная система не отличалась. Большая часть тепловой энергии уходило на обогрев в глубину конструкций здания. За счет разницы температур внутри и снаружи создавалась необходимая тяга.
Другой, более современный вид отопления воздухом — рециркуляционная система. Принцип работы основан на использовании чистого топлива, количество продуктов горения которого ничтожно мало.
Воздух, нагретый при помощи газовых горелок или электрических приборов накаливания, поступает по воздуховодам в самую верхнюю точку здания.
В результате теплообмена, остывший воздух замещается новыми подогретыми воздушными массами и поступает снова в тепловой нагреватель.
На рисунке представлена принципиальная схема работы рециркуляционной системы воздушного отопления.
Отопительный сезон, который все с нетерпением ожидают, с помощью системы воздушного отопления можно начать в любое время. Рециркуляционный вид называется гравитационным ввиду того, что весь процесс происходит естественным образом благодаря законам физики и гравитационным силам.
Такой способ обогрева жилого дома наиболее прост, экономичен и удобен в эксплуатации. В отличие от прямоточной системы отопления, которую выгодно использовать только в домашних условиях, рециркуляционные системы идеальны для обогрева крупных промышленных зданий и сооружений.
Экономическая составляющая воздушного отопления
Основной эффект, который достигается за счет применения воздушного отопления — это полная автономность. Наличие любого топлива может обеспечить работу системы и достижение желаемого результата. При работе без теплоносителя практические тепловые потери сведены к минимуму. Высокий КПД достигается за счет минимального расхода топлива и большого теплового эффекта.
В обслуживании системы нет необходимости. Отсутствует необходимость проводить регулярные опрессовки системы отопления. Достаточно следить за состоянием дымохода и периодически чистить его.
Воздушные тепловые насосы для обогрева дома
Воздушные тепловые насосы, называемые также тепловыми насосами (далее по тексту – ТН) «воздух-воздух», представляют собой современную высокотехнологичную альтернативу традиционным отопительным системам, использующим тепловую энергию сжигаемого газового, жидкого или твердого топлива.
Источником энергии в моделях ТН «воздух-воздух» является тепло окружающего воздуха. Уже более 25 лет воздушные ТН успешно используются в ряде развитых стран для обогрева жилых домов и построек производственного назначения. На рис.
ниже показан воздушный тепловой насос, входящий в систему обогрева жилого дома.
ТН «воздух-воздух», обогревающий жилой дом
Физические основы работы ТН «воздух-воздух»
Воздушные ТН являются одной из разновидностей тепломеханических устройств, преобразующих низкопотенциальную тепловую энергию холодного энергоисточника в высокопотенциальную энергию потребителя.
Звучит несколько фантастично, поскольку формально речь идет о нагреве конечного теплопотребителя до температуры, превышающей температуру исходного теплоисточника. Однако именно в этой формулировке и заключается принцип работы теплонасосных агрегатов.
В соответствии с законами теплофизики любая термодинамическая система стремится к установлению энергетического равновесия, что приводит к перемещениям тепловой энергии внутри системы.
Теплообменные процессы, приводящие к выравниванию термодинамического состояния внутри ТН, базируются на следующих физических явлениях:
- при своем испарении вещество поглощает тепловую энергию, а при конденсировании вещество теплоэнергию отдает;
- при повышении давления повышаются температура испарения вещества и температура его конденсации;
- при понижении давления температуры испарения вещества и конденсации вещества также понижаются.
Чтобы «отнять» часть тепловой энергии от вещества, необходимо его охладить. В общем случае количество тепла, освобождаемого при охлаждении вещества от температуры Т1 до температуры Т2 , пропорционально разности температур и массе охлаждаемого вещества, то есть:
Q=C*M*(T1 – T2 ), (1), где:
- М – масса вещества;
- С – удельная теплоемкость вещества.
Принципиальная схема работы воздушного ТН-обогревателя
Техническая реализация концепции выравнивания термодинамического состояния системы «исходный теплоисточник – конечный теплопотребитель» для ТН, работающего в качестве обогревателя, осуществляется по трехконтурной принципиальной схеме (см. рис. ниже).
Схема функциональных контуров ТН-обогревателя
В состав функциональных контуров ТН-обогревателя входят следующие контуры:
- внешний контур, собирающий рассеянную энергию от низкопотенциальных природных энергоисточников, какими являются окружающий воздух, грунтовые воды, вода водоемов и т.п., и передающий ее хладагенту в испарителе;
- контур циркуляции хладагента, в котором хладагент отбирает тепловую энергию от природного источника и нагревается (в испарителе), затем компрессором сжимается и под давлением прокачивается через конденсатор для теплообмена с теплоносителем внутреннего контура;
- внутренний контур, в котором теплоноситель обогревающей системы нагревается в конденсаторе и направляется к потребителю.
Тепловые насосы классифицируют в соответствии с типом природного энергоисточника, тепло которого собирает внешний контур, и типом теплоносителя обогревающей системы жилого дома. ТН, использующие тепло окружающего воздуха для нагрева воздушного теплоносителя в системах отопления жилого дома, принято называть тепловыми насосами «воздух-воздух».
Алгоритм работы воздушного ТН следующий:
Основные элементы воздушного ТН
В состав ТН «воздух-воздух» входят следующие рабочие элементы:
- вентилятор, нагнетающий воздух из окружающей среды в испаритель;
- испаритель, представляющий собой теплообменник, в котором хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное;
- компрессор, необходимый для сжатия и перекачки газообразного хладагента;
- теплообменник-конденсатор, в котором хладагент конденсируется;
- дроссель (расширительный клапан), необходимый для редуцирования (снижения) давления в системе;
- хладагент, являющийся рабочим веществом ТН;
- трубопроводные магистрали из медных трубок;
- вентилятор для подачи нагретого воздуха в систему обогревающих воздуховодов.
В качестве рабочего тела используется озонобезопасный хладагент R-410А и гораздо реже хладагент R-407С. Температура кипения R-410А при атмосферном давлении составляет минус 51,5 град.Ц.
На рис. ниже показана схема ТН для обогрева жилого дома с указанием рабочих параметров каждого контура.
Схема ТН «воздух-воздух»
Критерии эффективности воздушных ТН
Воздушные ТН являются энергозависимыми агрегатами, поскольку для работы вентиляторов и компрессоров необходима питающая электроэнергия определенной мощности.
Эффективность работы любого типа ТН, в том числе и воздушного, характеризуется коэффициентом трансформации СОР (от coefficient of performance), определяемом как соотношение величин произведенной тепловой энергии для отопления и значения потребляемой электроэнергии. Для различных модификаций ТН коэффициент СОР варьируется от 1 до 7.
Преимущества и недостатки воздушных ТН
К преимуществам воздушных обогревателей на базе ТН относятся следующие факторы:
- не требуется оформления разрешительной документации на установку и монтаж (в отличие от газотопливной аппаратуры);
- не требуется отдельного помещения типа котельни для размещения газового котла;
- экологическая чистота оборудования, отсутствие вредных выбросов;
- ТН «воздух-воздух» используют возобновляемый источник энергии – окружающий воздух;
- сравнительно недорогой монтаж;
- низкое энергопотребление;
- надежность работы оборудования;
- отсутствие постороннего шума;
- возможность использования воздушных отопительных систем как альтернативу топливным системам в регионах, в которых затруднена поставка топлива.
Из недостатков отмечают следующее:
- сравнительно высокую стоимость моделей ведущих брендов, например, MITSUBISHI ELECTRIC, из-за чего и сложился стереотип отношения к ТН воздух-воздух как к довольно дорогой технике;
- зависимость эффективности обогрева от температурного режима региона. В районах с зимней температурой ниже минус 30-35 град. Ц использование ТН воздух-воздух как основного средства обогрева жилища малоэффективно.
Видео
Специалисты считают, что рынок воздушных тепловых насосов в России пока не сформирован. Это связано с климатическими особенностями территории РФ, на которой в большинстве регионов в зимнее время преобладают низкие температуры.
Лишь отдельные разработки компаний Panasonic, Mitsibishi Electric, Gree, General, Toshiba, Kentatsu, Goodman, Nibe, Cooper&Hunter завозятся для реализации и установки в южных районах РФ. Наиболее известны на территории РФ воздушные ТН компании Mitsibishi, оснащенные компрессорами с обратной инжекцией Zubadan.
Эти системы популярны в европейских странах и США, где мягкие зимы позволяют эффективно обогревать жилища воздушными теплонасосами.
Важно
На рис. ниже показана модель MSZ-FH 50 VE / MUZ-FH50VEHZ воздушного теплонасоса производства MITSUBISHI ELECTRIC.
Тепловой насос «воздух-воздух» производства компании MITSUBISHI ELECTRIC
Выбираем тепловой насос для отопления дома: обзор систем отопления будущего
Сегодня весь цивилизованный мир борется за экономию энергоресурсов. Конечно, вечный двигатель пока создать никому не удалось, но практически постоянный источник теплоснабжения уже найден. Это – окружающая нас среда:
- атмосфера;
- почва;
- грунтовые воды;
- естественные водоемы.
Остается только вопрос: каким образом можно аккумулировать тепло из внешней среды и направить его на внутренние потребности?
Принцип работы теплового насоса
Для этих целей используется такой агрегат, как тепловой насос. Фактически многие из технически образованных людей его уже знают – он реализован в любой современной холодильной либо климатической системе.
Причем в сплит-системах кондиционирования этот агрегат работает самым непосредственным образом: в режиме обогрева они аккумулируют внешнее атмосферное тепло, передавая его на внутренние теплопередающие устройства – вентилируемые радиаторы.
Сразу следует оговориться, что посредством такого аппарата эффективным будет отопление любых изолированных пространств при температуре источника тепла, превышающей один градус по Цельсию.
- Весной и осенью подобные устройства могут эксплуатироваться в качестве практически бесплатных источников тепловой энергии.
- Летом они могут работать в обратном режиме – в качестве систем микроклиматического охлаждения.
- Зимой, при минусовой температуре, скорее всего необходимо будет пользоваться другими источниками отопления, поскольку подобные системы способны аккумулировать тепловую энергию исключительно при положительных температурах, либо получать ее от незамерзающих источников, например, из глубинных скважин, в которых всегда положительные температурные показатели.
Принцип действия этого агрегата основоположен на законе Карно. Он основан на аккумуляции низкопотенциальной тепловой энергии хладагентом с последующей передачей ее потребителю.
При этом расходуется только электроэнергия, необходимая для сжатия и циркуляции в системе хладагента, то есть, обогрев внутренних помещений осуществляется максимально экономичным способом.
Виды тепловых насосов
Существует три основные модификации тепловых насосов:
- «вода – вода»;
- «грунт – вода»;
- «воздух – вода».
Теплогенераторы класса «вода – вода»
Сегодня теплонасосные агрегаты широко применяются в высокоразвитых странах Европы. Например, в Нидерландах посредством этого теплообменного устройства отапливаются целые коттеджные поселки, поскольку там имеется изобилие геотермальных шахт, заполненных водой с постоянной температурой в 32 градуса по Цельсию. А это практически дармовой источник тепла.
Подобная вариация теплогенерирующегооборудования называется «вода – вода». К этой категории относятся любые типы тепловых систем, использующих в качестве источников тепловой энергии жидкие среды.
Обычно этот принцип действия реализуется следующим образом:
- теплая вода из скважины подается к внешнему теплообменнику, после чего она сбрасывается в другую скважину либо в близлежащий водоем.
- радиатор монтируется на дне незамерзающего водоема. Исполняется он из нержавеющей либо металлопластиковой трубы. Причем для экономии дорогостоящего хладагента – фреона – зачастую применяется промежуточный контур теплоносителя, заполненный «незамерзайкой» — тосолом либо раствором гликоля (антифризом).
Стоимость агрегатов типа «вода – вода» варьируется в значительных пределах и зависит, в первую очередь, от мощности теплогенерации и страны-производителя.
Так, самый маломощный агрегат российского производства, способный развивать тепловую мощность порядка 6 кВт, обойдется в сумму почти 2000 долларов, а промышленноe двухкомпрессорное оборудование мощностью более 100 кВт, будет стоить уже почти тридцать тысяч долларов США.
Агрегаты класса «воздух – вода»
При использовании в качестве источника тепловой энергии атмосферы либо солнечных лучей тепловой насос считается класса «воздух – вода». В этом случае на внешний теплообменник зачастую устанавливается циркуляционный вентилятор, дополнительно нагнетающий теплый внешний воздух.
Стоимость 18-киловаттного воздушного теплового аппарата этого класса российского производства начинается с отметки в 5000 долларов США, а за двенадцатикиловаттное оборудование японской компании Fujitsu потребителю придется выложить уже почти 9 тысяч долларов США.
Оборудование класса «грунт – вода»
Существует также вариация, использующая в качестве источника тепловой энергиипотенциал, накопленный в грунте.
Возможны два типа подобных конструкций: вертикальная и горизонтальная.
- Вертикальная — компоновка теплосборного коллектора линейная. Вся система размещается в вертикальных траншеях, глубина которых составляет 20…100 метров.
- Горизонтальная — компоновки внешнего коллектора, обычно металлопластиковые спирально свитые трубы, укладываются в 2…4-метровые горизонтальные траншеи. Причем в этом случае, чем больше глубина залегания внешнего теплоприемника, тем лучше работает отопление «из земли».
Цена на агрегаты класса «грунт – вода» сравнима с оборудованием аналогичной мощности класса «вода – вода» и начинается с отметки в две тысячи долларов США за шестикиловаттный насос.
Плюсы и минусы отопительной системы, основанной на тепловом насосе
К положительным свойствам тепловых насосов можно отнести:
- Максимальную экономию энергоресурсов. Если при обычно схеме отоплениязагородного дома вся затраченная энергия (причем с КПД максимум 60–70 процентов) преобразуется в тепловую, то в случае применения теплового насоса осуществляется транспортировка внешней рассеянной энергии в локальные участки, обозначенные внутренними радиаторами отопления. Таким образом, вся потребляемая электроэнергия расходуется исключительно на сжатие, транспортировку хладагента и циркуляцию промежуточного теплоносителя во внешнем контуре.
- Обратимость. Большинство конструкций современных приборов способны функционировать и в обратном направлении, то есть при превышении температуры внутри здания определенного предела, заданного значением температуры среды, в которой расположен внешний контур агрегата, возможна работа оборудования на охлаждение внутренних замкнутых пространств.
- Абсолютная безопасность. В отличие от традиционных средств отопления – котлов газовых, твердотопливных, при функционировании теплового насоса не происходит совершенно никаких вредных выделений в окружающую среду. Для работы теплового оборудования, основанного на аккумуляции внешней рассеянной тепловой энергии и переносе ее в конкретную точку, необходимо лишь сравнительно небольшое потребление электрической энергии. А в сравнении с аналогичными показателями электрических котлов отопления, тепловые насосы могут дать многократную фору.
Отзыв: В прошлом году приобрел тепловой насос моноблок системы «воздух — вода» для отопления загородного дома. Дорого, конечно, но надеюсь, лет за 10 окупится. Поставщик сам установил насос и подключил к системе отопления, все работает практически без моего участия. Выбором доволен.
К недостаткам теплового насоса относят:
- Высокую стоимость монтажа. Для нормальной работы теплового оборудования необходимо приложить значительные усилия – вырыть траншеи большой продолжительности, проложить глубокие скважины либо преодолеть зачастую значительные расстояния до ближайшего водоема.
- Необходимость качественной реализации системы. Малейшая утечка хладагента либо промежуточного теплоносителя способна свести на нет все старания. Поэтому при закладке схемы любой вариации необходимо использовать труд исключительно квалифицированных специалистов и в процессе эксплуатации системы исключить риск ее разгерметизации.
Тепловой насос своими руками. Сборка и установка
Конечно, первичные вложения на организацию отопления дома согласно этой технологии весьма высоки. Поэтому у многих обывателей, заинтересовавшихся этой сверхэконмичной системой, возникает желание хоть немного сэкономить, соорудив ее самостоятельно.
Для этого нужно:
- Приобрести компрессор. Подойдет любой работоспособный агрегат от бытовой сплит-системы кондиционирования.
- Соорудить конденсатор. В самом простом случае в качестве оного может выступать обычный бак из нержавейки, объем которого составляет 100 литров. Он разрезается напополам, внутри его монтируется змеевик из медной трубы малого диаметра. Толщина стенки змеевика должна быть не ниже одного миллиметра. После раскрепления змеевика необходимо обратно сварить бак в целостную конструкцию, соблюдая условия герметичности.
- Собрать испаритель. Это может быть и пластиковая 60–80-литровая емкость с вмонтированной в нее трубой на ¾ дюйма.
- Для организации внешнего контура, расположенного в грунте, лучше использовать современные металлопластиковые трубы – они намного более долговечные, нежели классические металлические и монтаж их гораздо надежнее и быстрее.
Осталось только пригласить мастера по холодильному оборудованию, чтобы он, используя специализированную оснастку, качественно загерметизировал все стыки системы и заправил ее фреоном.
Смотрите видео о монтаже теплового насоса Daikin Altherma:
На этом монтаж теплогенерирующей установки заканчивается. Можно пользоваться всеми ее преимуществами, главным из которых является низкое потребление энергоресурса – электроэнергии при значительной мощности теплогенерации.
