Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Содержание
  1. Тепловой насос для отопления дома своими руками
  2. Тепловой насос (ТН): принцип действия
  3. Виды тепловых насосов
  4. Тепловые насосы – вода
  5. Воздушный тепловой насос
  6. Горячее водоснабжение и отопление
  7. Преимущества использования тепловых насосов
  8. Можно ли сделать тепловой насос своими руками
  9. Виды тепловых насосов | классификация
  10. Как работает тепловой насос
  11. Виды тепловых насосов
  12. Геотермальные тепловые насосы
  13. Воздушные тепловые насосы
  14. Преимущества и недостатки тепловых насосов
  15. Виды тепловых насосов: типы, принцип работы, преимущества и недостатки
  16. Устройство и принцип работы
  17. «Воздух-воздух»
  18. «Воздух-вода»
  19. «Грунт-вода»
  20. «Вода-вода»
  21. Преимущества и недостатки тепловых насосов
  22. Различные виды тепловых насосов для для эффективного отопления дома
  23. Рабочий цикл насоса
  24. Источники тепла
  25. Тепловой насос воздух – воздух
  26. Преимущества системы воздух-воздух
  27. Недостатки воздушной системы
  28. Тепловой насос воздух-вода
  29. Недостатки
  30. Тепловой насос вода-вода
  31. Геотермальные тепловые насосы
  32. Преимущества
  33. Расчет насоса
  34. Алгоритм расчета геотермального теплового насоса с горизонтальным расположением коллектора
  35. Установка
  36. Устройство теплового насоса своими руками
  37. Этапы работ
  38. Процесс изготовления змеевика
  39. Отопление тепловым насосом: отзывы
  40. Тепловой насос — для отопления дома, принцип действия
  41. Принцип работы теплового насосного оборудования
  42. Какие плюсы и минусы тепловых насосов?
  43. Классификация
  44. Устройства и принцип функционирования геотермального насоса
  45. Применение воды как источника тепла
  46. Воздух – наиболее доступный источник тепла
  47. Виды тепловых насосов и схемы их подключения (видео)

Тепловой насос для отопления дома своими руками

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Проблема отопления и горячего водоснабжения зачастую решается традиционными способами, а именно установкой газовых, дизельных, электрических котлов. Безусловно, данный вариант проверенный и надежный, однако имеет ряд минусов по сравнению с тепловым насосом.

Далеко не всегда рядом с домом, дачей, коттеджем проходит газовая магистраль.

Для использования солярки необходимо устанавливать дополнительные резервуары, электричество – слишком расточительно, уголь и дрова помимо неудобства применения, требуют специального хранилища и особого оборудования.

Но главное, каждый из перечисленных котлов работает по принципу вырабатывания тепла из газа, электричества, дизельного топлива и т.д. Другими словами, чем больше сгорит «солярки», например, тем теплее будет в доме. С экономической точки зрения такой подход нельзя назвать рациональным и выгодным, особенно в условиях сложного климата России и нестабильных цен на топливо.

Тепловой насос для работы использует более дешевые источники энергии, которые окружают нас – вода, грунт, воздух. Более того, устройство не вырабатывает тепло, а лишь переносит его в помещение, затрачивая при этом минимум электричества.

Для наглядности. Один киловатт потребляемого электричества, преобразуется в пять, а иногда и шесть киловатт тепловой мощности. Эффективность использования очевидна!

Тепловой насос (ТН): принцип действия

Система отопления с использованием ТН включает две основные составляющие:

  • Сам тепловой насос.
  • Источник тепла или низкопотенциальное тепло.

Принцип действия во многом напоминает работу холодильника, но только в обратном направлении. Т.е. тепло забирается извне, проходит через ТН и перенаправляется в дом.

Конструктивно тепловой насос состоит:

  • Компрессор
  • Испаритель
  • Конденсатор
  • Дроссельный клапан.

Более подробно работа теплового насоса представлена на рисунке

  • В испаритель попадает низкопотенциальное тепло передаваемое по трубам. В качестве носителя используется любая незамерзающая жидкость, способная выдерживать низкие температуры снаружи помещения.
  • Далее в испарителе поступающее тепло передается хладагенту (фреону) циркулирующему по замкнутой системе. Учитывая низкую температуру кипения фреона, он превращается в пар.
  • Проходя через компрессор, хладагент подвергается воздействию высокого давления, и его температура резко увеличивается (согласно законам физики).
  • Газообразный фреон попадает в конденсатор, где и происходит теплообмен с контуром отопительной системы здания. Тепло уходит в помещение, а хладагент остывает и вновь приобретает жидкое состояние.
  • Проходя через дроссельный (редукционный) клапан, давление фреона снижается, он опять попадает в испаритель и цикл работы ТН повторяется.

Как видно из схемы, электроэнергия тратится лишь на работу компрессора, что объясняет экономическую целесообразность использования тепловых насосов для отопления помещений.

Виды тепловых насосов

Классификация ТН зависит от теплового источника. Различают три основных вида тепловых насосов:

  • Грунтовые (геотермальный тепловой насос).
  • Использующие воду в качестве теплообменного вещества.
  • Воздушные.
  • Грунтовые ТН

В течение лета земля интенсивного накапливает тепло, которое сохраняет на протяжении года. Данный вид энергии прекрасно подойдет для отопления и горячего водоснабжения.

Как это работает?

  • На участке земли расположенном рядом с домом выкапываются траншеи, в которые укладываются полиэтиленовые трубы (можно использовать обычные тонкостенные Ø40 мм).
  • Трубы заполняются незамерзающей жидкостью (например антифризом), проводится опрессовка на предмет выявления протечек и траншеи закапываются.
  • Концы коллектора заводятся в дом и подключаются к тепловому насосу.

Важно! Труба должна пролегать ниже зоны промерзания. На этом уровне теплообменная жидкость всегда будет сохранять положительную температуру.

Забирая низкопотенциальное тепло из грунта, антифриз или другой носитель передает его в ТН, где происходит преобразование (через испаритель, компрессор, конденсатор) в высокотемпературное тепло.

Насосы, извлекающие тепловую энергию из грунта, считаются максимально эффективными. Ведь даже в сильные морозы, температура на глубине неизменна и энергозатраты на отопление не увеличиваются.

Для устройства земляного контура потребуется на 1м2 площади дома, примерно 5 п.м. трубы. Это не много и за несколько дней можно выполнить все работы самостоятельно.

Тепловые насосы – вода

Использовать тепловую энергию воды можно двумя способами:

  • Устройство коллектора (по принципу грунтового) в близлежащем водоеме. Однако следует учитывать, что глубина его должна быть достаточно для незамерзания в сильные морозы.
  • Бурение скважин. В этом случае низкопотенциальное тепло «отбирается» у грунтовых вод. Бурится две скважины: первая – для забора тепла, вторая – сброс воды. Может показаться, что данный вариант сопряжен с большими затратами. Совсем не обязательно. Ведь если дом не подключен к централизованной системе подачи воды, то бурить скважину придется в любом случае.

Тепловой насос с использованием водных ресурсов из скважины, позволяет устраивать эффективную систему ГС и отопления на небольших по площади участках, без привязки к озерам, рекам и другим водоемам

Воздушный тепловой насос

Атмосферный воздух – самый доступный и дешевый источник тепла. Но как забрать из него необходимую тепловую энергию? Все достаточно просто. Необходимо установить на улице (наземное или настенное положение) большой радиатор. У него должен быть встроенный вентилятор, выполняющий функции обдува и развитое оребрение.

Работа теплового насоса напоминает действие кондиционера. Только последний выводит тепло наружу, а ТН наоборот перемещает его внутрь помещения.

Сегодня потребителю предлагаются тепловые воздушные насосы по принципу мультисплитсистем, когда от одного внешнего блока,/ тепловая энергия обеспечивает несколько внутренних. Ярким примером служат кондиционеры, работающие не только на охлаждение, но и отопление.

Следует помнить, что эффективность воздушного ТН уменьшается по мере снижения температуры за пределами помещения. Обычно высокое КПД поддерживается при температуре окружающего воздуха до -15 градусов.

Горячее водоснабжение и отопление

Используя тепловые насосы, обеспечивается функционирование систем:

  • Отопления (традиционное радиаторное, а также «теплый пол»).
  • Горячего водоснабжения – для любых потребителей (нет необходимости установки бойлеров и других устройств).

В зависимости от теплоносителя во входном/выходном контуре различают тепловые насосы: «грунт-воздух», «грунт-вода», «воздух-воздух», «воздух-вода», «вода-вода», «вода-воздух». Другими словами, тепло может нагревать внутри дома воздух или системы с циркулирующей в них водой.

Преимущества использования тепловых насосов

Следует выделить ряд основных преимущественных характеристик:

  • Стабильный источник тепловой энергии (вода, воздух, грунт).
  • Экологичность – отсутствие продуктов сгорания и пр., которые являются обязательными в случае использования дизельного, твердотопливного, газового оборудования.
  • Простая эксплуатация, не требующая постоянного вмешательства.
  • Безопасность использования. Тепловой насос для отопления дома не загорится, не взорвется и т.д.

Но главное достоинство – экономичность. Безусловно, на тепловые насосы цена немаленькая, плюс временные/финансовые затраты на установку, но все это быстро окупится. Можно привести пример. Установленная система в новый дом около 100м2. окупается уже через пару лет, а дальше «чистая экономия».

Можно ли сделать тепловой насос своими руками

Проложить земляной контур, соорудить коллектор в воде или скважине, установить радиатор для забора воздуха – под силу каждому. Что касается непосредственно ТН, то лучше приобретать готовое оборудование. Однако если появилось желание экспериментировать, то вот пример сборки теплового насоса из подручных материалов:

  • Компрессор – его придется купить в одной из фирм или сервисных центров занимающихся холодильным оборудованием/кондиционированием.
  • Для испарителя подойдет пластиковая бочка, около 60 литров с вмонтированным змеевиком. Для поставки и слива теплоносителя применяют обычные трубы для водопровода.
  • Конденсатор можно выполнить из нержавеющего бака. Он режется пополам, в него вставляется змеевик, после чего бак сваривается. Также необходимо сделать резьбовые соединения для вывода контура, который «пойдет» в помещение.
  • Змеевики и фреоновый контур лучше изготавливать из медной трубки.

На этом изготовление теплового насоса своими руками закончено. Далее необходимо вызывать специалиста, который грамотно соединит (сварит) медные трубки и заполнит систему фреоном.

Но все-таки лучше сразу купить тепловой насос в сборе, а вот уже системы подачи низкопотенциального тепла из грунта и воды, выполнить самостоятельно.

Нравится: 3 Не нравится: 0

Виды тепловых насосов | классификация

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Идея получать энергию (в том числе тепловую) буквально из воздуха далеко не новая. И как ни странно, фантастической кажется только на первый взгляд.

Потому что тепловой насос – устройство, которое позволяет решить эту задачу, не только существует, но и успешно применяется на практике уже почти 30 лет. И хотя это происходит преимущественно в США и странах Европы, в Украине данный способ отопления становится всё популярнее.

Так, на 2020 год, уже имеются свои официальные представительства известных мировых брендов, с сервисными центрами и полным обслуживанием.

Как работает тепловой насос

Если Вы задаетесь вопросом “что такое тепловой насос и как он работает”, то здесь лучше всего подойдет сравнение с холодильником.

Только работает он с точностью до наоборот: если холодильник создает холод внутри, а излишки тепла выделяет наружу, то тепловой насос  делает обратное – тепло окружающей среды переносит в дом, наружу отдавая холод.

Впрочем, такое сравнение мало объясняет реальный принцип действия агрегата.

В действительности тепловой насос – скорее повышающий трансформатор теплоты. Он забирает низкопотенциальное тепло у менее нагретого объекта (окружающей среды) и передает его более нагретому (например, отопительной системе здания), увеличивая при этом температуру последнего.

Если говорить человеческим языком, тепловой насос получает от окружающей среды в среднем от 0 до +7°С и с их помощью нагревает теплоноситель до 35-60°С. И все это в полном соответствии с законами термодинамики.

Схематически теплонасосную установку можно изобразить в виде 3-х замкнутых контуров. Внешний (он же коллектор) представляет собой заполненные антифризом трубы и предназначен для отбора теплоты окружающей среды.

Во втором циркулирует жидкий хладагент, способный закипать и испаряться даже при достаточно низких температурах.

В состав этого контура входят испаритель и конденсатор, выполненные в виде теплообменников, и дроссельный вентиль с компрессором, которые используются для изменения давления хладагента.  Под внутренним контуром понимают уже непосредственно систему отопления.

Работает все это следующим образом. Окружающая среда отдает свое тепло антифризу, который изначально имеет более низкую температуру. Антифриз поступает в испаритель. Рабочим телом (или главным рабочим компонентом) теплового насоса является хладагент. Он в виде жидкости через дроссель впрыскивается в испаритель.

В испарителе при работе компрессора давление хладагента падает. Он начинает кипеть и испаряться, отбирая у антифриза собранную внешним контуром теплоту. После этого пары хладагента выталкиваются в конденсатор. Тут при высоком давлении они сжижаются, отдавая свое тепло теплоносителю. Нагретый теплоноситель возвращается в систему отопления.

Этот цикл повторяется множество раз.

Да, немного сложно, но более простым языком объяснить как работает тепловой насос для отопления дома не получится. С другой стороны, главное знать, что это не какая-то магия, а вполне работающие законы физики, которые можно проверить.

Виды тепловых насосов

Исходя из используемых источников тепла, различают несколько видов тепловых насосов:

  • геотермальные, которые используют тепло земли и грунтовых вод;
  • воздушные, похожие на обычный кондиционер;
  • работающие на вторичном тепле (канализации, сточных водах предприятий, отработанном теплом воздухе, уходящем с вентиляцией).

Геотермальные тепловые насосы

Эти насосы в свою очередь, могут быть грунтовыми или водяными. Преимущество грунтовых в том, что грунт хорошо аккумулирует тепло и дополнительно подогревается теплом земного ядра.

Плюс на глубине 1-1,5 м круглый год поддерживается относительно постоянная температура.

Соответственно, производительность таких агрегатов высока и стабильна независимо от времени года, благодаря чему их можно использовать как единственный источник тепла.

По конструкции различают два вида грунтовых насосов:

Грунтовой коллектор – горизонтальная система труб, проложенных немного ниже уровня промерзания и заполненных теплоносителем-антифризом (обычно на основе этилен- или пропиленгликоля). Недостаток таких агрегатов заключается в том, что под них нужно выделять достаточно большой по площади участок земли.

Грунтовой зонд. Располагается вертикально, в одной или нескольких скважинах от 50 до 150 м (в зависимости от потребности объекта в тепле и геологических особенностей местности). Плюс зонда в том, что он занимает мало места. Однако его установка обходится недешево – бурение процесс дорогой и сложный.

Водяные грунтовые насосы (они же тепловые насосы) являются самыми эффективными. Работают за счет тепла грунтовых вод. Но прежде чем их установить, обычно необходимо получить специальное разрешение. Кроме того, приходится бурить сразу две скважины – для подачи и сброса воды. А это операция трудоемкая и достаточно дорогая.

Воздушные тепловые насосы

По принципу работы похожи на обычный кондиционер. По сравнению с геотермальными дешевле и намного проще монтируются. Легко совместимы с существующими системами отопления.

Но отличаются низкой производительностью, которая зависит от уличной температуры и резко снижается при ее падении ниже -15°С.

Такой тепловой насос рекомендуют использовать как дополнение к основному отопительному устройству, например, газовому либо электрическому котлу.

Еще одним вариантом классификации тепловых насосов является классификация по типу теплоносителя:

  • Воздух – воздух. Аккумулирует для отопления тепло уличного воздуха. Причем для этих целей подходит даже достаточно холодный воздух, который в процессе охлаждается еще больше. Устройства этого вида отличаются бесшумной работой и отсутствием промежуточного теплоносителя, а летом могут работать на кондиционирование.
  • Вода – вода. Достаточно эффективная система, которая позволяет нагревать теплоноситель теплом подземных, наземных или сточных вод.
  • Вода – воздух.  Для нагрева воздуха в воздушной системе отопления используется полученное с помощью зондов и скважин тепло воды.
  • Воздух – вода. Система, обратная предыдущей, то есть для нагрева жидкого теплоносителя используют тепло воздуха.
  • Грунт – вода. Вода циркулирует в проложенных под землей трубах и аккумулирует тепло из грунта.
  • Лед – вода. Чтобы нагревать теплоноситель подобные агрегаты используют энергию, высвобожденную при замораживании воды. Собственно, энергии, полученной при замораживании от 100 до 200 л воды достаточно, чтобы на протяжении целого часа обогревать небольшой дом.

Также различают моновалентные и бивалентные тепловые насосы. Первые полностью покрывают годовую потребность объекта в охлаждении и отоплении, вторые делают это частично, поэтому работают в комплексе с другим отопительным оборудованием.

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Тепловые насосы исключительно эффективны и экономичны. Израсходовав всего 1 кВт электрической энергии, они отдают 4-5 кВт (а иногда и больше) тепловой.

Причем дают дешевое тепло, не нанося ущерба окружающей среде. Не потребляют топлива и не выделяют углекислого газа и других продуктов горения.

Они просты в эксплуатации и полностью автономны, то есть не требуют вмешательства человека.

При необходимости их можно включать в обратном направлении. Тогда внутренний (отопительный) контур будет отбирать тепло из помещения, а внешний (коллектор) – отдавать его грунту, воде или воздуху. То есть тепловой насос в этом случае функционирует как кондиционер.

Отличаются повышенным уровнем пожарной безопасности.

Компактны, бесшумны, долговечны. Срок их службы в среднем составляет до 25 и более лет.

Конечно же, недостатки у тепловых насосов тоже есть.

Самые существенные – относительно невысокая температура воды (всего 50-60°С) и дороговизна самого оборудования (относительно других способов отопления).

 С другой стороны, если бы данное оборудование не было столь эффективно и не окупалось в течении нескольких лет, вряд ли бы оно было столь популярно во всех развитых странах мира.

Также к минусам можно отнести достаточно сложный расчет эффективности того или иного вида тепловых насосов. Лучше воспользоваться услугами квалифицированных специалистов или в магазинах соответствующего профиля.

По ссылке можно ознакомиться со всем ассортиментом тепловых насосов, посмотреть цены, подробное описание, фото и почитать отзывы.

Виды тепловых насосов: типы, принцип работы, преимущества и недостатки

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

В условиях постоянного роста тарифов на электричество и газ, ухудшения экологической обстановки все чаще применяются альтернативные источники энергии.

Тепловой насос (ТН) — один из вариантов таких систем, с помощью которого можно отопить частный дом зимой, кондиционировать помещения летом, нагревать воду для бытовых нужд.

Устройства позволяют экономить на энергоносителях, не используют невозобновляемых природных ресурсов, что важно с точки зрения охраны окружающей среды. Рассмотрим виды тепловых насосов, их преимущества и недостатки, особенности эксплуатации.

Устройство и принцип работы

Теплонасос в общем виде состоит из:

  • компрессорной установки;
  • конденсаторного теплообменника;
  • испарительного теплообменника;
  • средств автоматики и присоединительной арматуры.

Компрессор требуется для сжатия и передачи по трубопроводам хладагента, в качестве которого в современных ТН применяются фреоны R410A и R407C, безопасные для озонового слоя.

При сжатии температура фреона стремительно повышается, под давлением до 40 бар он перемещается в конденсатор и передает тепловую энергию потребителю (адиабатический процесс). Потребителем может быть воздух или теплоноситель, который затем отдает энергию отопительной системе. Температура фреона понижается, он возвращается из газообразного состояния в жидкое (изотермический процесс).

Затем жидкий хладагент через вентиль-терморегулятор, применяемый для дозировки и снижения давления, поступает в теплообменник-испаритель.

Вследствие падения давления при передаче по каналам испарителя фреон вновь превращается в газ. Температура снижается, осуществляется его нагрев от источника — воды, воздуха, земных недр.

Затем уже холодный фреон перемещается в компрессор и рабочий цикл вновь повторяется.

Принцип работы теплового насоса

Таким образом, теплонасос сам не вырабатывает тепло, а лишь перемещает его в дом. Для работы требуется электроэнергия, которая расходуется в основном на компрессор.

Для определения эффективности ТН используется показатель преобразования (СОР) — отношение полученной тепловой энергии к потребленной электрической.

Параметр зависит от производителя и типа теплонасоса и находится в интервале от 2 до 6.

«Воздух-воздух»

Источник энергии для такого типа устройств —  атмосферный воздух. По внешнему виду теплонасос не отличим от сплит-систем, способен нормально функционировать при температуре до -30°С, получая энергию из окружающей среды. Дом отапливается нагретым в конденсаторе воздухом.

Теплонасос «воздух — воздух»

Преимущества:

  • низкая стоимость;
  • удобство и скорость монтажа;
  • отсутствие утечек теплоносителя.

Недостатки:

  • невозможность организации горячего водоснабжения;
  • снижение показателя СОР при отрицательных температурах;
  • необходимость в монтаже внутренних блоков в комнатах, устройстве воздуховодов.

Тепловые установки «воздух-воздух» применяются преимущественно в домах с сезонным проживанием и не могут рассматриваться как  основное средство отопления.

«Воздух-вода»

Принцип действия системы идентичен предыдущему типу. Отличие заключается в нагреве не воздуха в комнатах, а теплоносителя, используемого в контуре ГВС и для отопления дома.

Если помещения обогреваются с помощью обычных батарей, работа насоса менее эффективна. ТН «воздух-вода» следует использовать с конвекторами и радиаторами большой площади, а также низкотемпературными системами «теплые стены» и «теплый пол» с водяным теплоносителем.

Схема организации отопления и ГВС с помощью теплонасоса «воздух-вода»

Достоинства:

  • возможность организации горячего водоснабжения;
  • срок службы, надежность;
  • бурение скважин не требуется;
  • максимальная эффективность весной и осенью.

Недостатки:

  • невозможность использования при температурах ниже -20°С;
  • необходимость в размораживании наружного блока;
  • значительное снижение коэффициента СОР при отрицательных температурах (до 1,2).

Насосы «воздух-вода» в качестве единственного средства отопления могут устанавливаться лишь в теплых регионах. В средней полосе они зачастую монтируются вместе с иным отопительным оборудованием (пеллетными, твердотопливными, электрокотлами, каминами с водным контуром).

«Грунт-вода»

В качестве внешнего (геотермального) контура задействованы недра земли. Поэтому теплонасосы «грунт-вода» обладают важным преимуществом перед другими типами ТН —  стабильностью параметра СОР независимо от поры года и температуры воздуха.

Существует три способа сооружения геотермального контура:

  • горизонтальный;
  • вертикальный;
  • наклонный.

Горизонтальный контур

Для использования тепловой энергии земли требуется обустройство коллектора, занимающего значительную площадь. Система трубопровода располагается близко к поверхности, из-за чего производительность оборудования относительно невелика — 30-40 Вт на погонный метр контура.

Глубина заложения полиэтиленовых труб принимается ниже линии промерзания грунта на 0,3-0,5 м и составляет порядка 1,3-2 м. В этой зоне температура остается положительной (от +3 до +15°С) на протяжении всего календарного года.

Площадь, отводимая под коллектор, зависит от площади дома, процента остекления, степени утепления. Для определения требуемого участка и диаметра труб требуется выполнение подробных теплотехнических расчетов.

Схема размещения ТН «грунт-вода» с горизонтальным контуром

Для обустройства горизонтального коллектора используется два способа:

  1. Грунт срезается на всей площадке, производится укладка труб теплообменника с интервалом 0,6-1,5 м. По завершении раскладки котлован обратно засыпается грунтом.

    Для производства работ используется тяжелая землеройная техника — бульдозеры, фронтальные погрузчики, экскаваторы прямая или обратная лопата.

  2. Укладка труб коллектора осуществляется за несколько этапов в канавы шириной 0,6-1,0 м.

    Для производства земляных работ используются мини-экскаваторы либо экскаваторы-погрузчики.

Преимущества горизонтального контура:

  • меньшая стоимость по сравнению с вертикальной укладкой;
  • возможность выполнения работ во время прокладки других инженерных сетей (канализации, водопровода);
  • стабильность работы системы независимо от поры года.

Недостатки:

  • невозможность выполнения при завершенном ландшафтном оформлении участка;
  • значительная занимаемая площадь, на которой запрещена посадка деревьев и другие работы по благоустройству;
  • необходимость обеспечения естественного попадания осадков и солнечного света.

Вертикальный контур

Система представляет собой куст скважин глубиной 30-200 м с опущенными на дно специальным оборудованием — геотермальными зондами. В этой зоне на протяжении многих десятилетий температура остается неизменной и возрастает примерно на 2-5°С через каждые 70-100 м.

Схема размещения теплового насоса «грунт-вода» с вертикальным контуром

Преимущества

  • значительно сокращается необходимая для обустройства площадь в сравнении с горизонтальным контуром;
  • стабильность показателя СОР;
  • возможность установки теплового насоса в жилых домах, предприятиях промышленности.

Недостатки:

  • необходимость проведения предварительных инженерно-геологических изысканий;
  • задействование буровых установок и специального оборудования;
  • стабилизация теплоотдачи на 2-3 сезон эксплуатации.

Наклонный контур

Для установки теплового насоса с наклонным контуром требуется участок площадью всего 4 м2. Бурение скважин возможно даже в подвале дома.

В заранее обустроенной шахте глубиной 4 м в разные стороны под углом бурятся скважины. В них укладываются трубы, соединенные с расположенным в доме теплоприемником.

Во избежание промерзания грунта от наклонного контура пространство между землей и трубами заполняется строительным раствором с низкой теплопроводностью.

Размещение  теплового насоса «грунт-вода» с наклонным контуром

«Вода-вода»

Для получения тепла используются грунтовые воды. Они имеют постоянную температуру (более +7°С) и расположены на различной глубине.

Подземные воды из скважины поднимаются посредством центробежного насоса и поступают на станцию тепломассообмена, где происходит передача энергии антифризу нижнего контура ТН. Эффективность работы теплонасоса зависит от глубины грунтовых вод и удаленности скважины от станции.

Организация отопления и горячего водоснабжения по принципу «вода-вода» имеет ряд ограничений по использованию:

  • необходимость обустройства дренажного колодца для отработанных вод;
  • отсутствие или значительная глубина залегания грунтовых вод;
  • нестабильность дебета скважины;
  • необходимость учета загрязненности и солевого состава воды во избежание засорения теплообменника.

Заборная вода должна отвечать следующим параметрам: содержание магния и железа —  менее 0,5 мг/л, общая доля хлоридов —  не выше 300 мг/л. Выпадающие в осадок вещества должны полностью отсутствовать. При превышении допустимых концентраций требуется монтаж станций обессоливания и водоподготовки.

Монтаж систем «вода-вода» рационален, если в непосредственной близости расположена река либо иной водоем. Устройство отопления возможно только с закольцованным контуром, а в качестве теплоносителя должна применяться только вода.

Тепловой насос «вода — вода»

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Популярность тепловых насосов, используемых как для бытовых, так и для производственных нужд, обусловлена такими преимуществами:

  1. Экономичность и эффективность. Для подачи в систему отопления 1 кВт•ч тепловой энергии расходуется всего 0,2-0,3 1 кВт•ч электроэнергии.
  2. Возможность использования во всех регионах.
  3. Экологичность.

    При работе теплонасоса не выделяются продукты горения, потребление электроэнергии крайне низкое. Используемый хладагент безопасен для окружающей среды, не содержит хлоруглеродов.

  4. Многофункциональность.

    Тепло, взятое у природы, можно направлять на обогрев дома зимой или охлаждение его летом, для организации ГВС, подогрева воды в бассейне.

  5. Безопасность. Отсутствие строгих требований к системам вентиляции помещений, высокий уровень пожарной безопасности.

  6. Бесшумность работы, компактность.
  7. Возможность автоматического управления работой системы, в том числе удаленного —  через интернет.

К недостаткам относятся:

  • высокая стоимость оборудования и работ по его монтажу;
  • необходимость в качественном утеплении дома.

Главным недостатком теплонасосов любого типа является недостаточный нагрев воды. Как правило, температура ее редко превышает 50-60°С.

Использование тепловых насосов — экономичное решение для эффективного обогрева и снабжения горячей водой частного дома. Оборудование абсолютно безопасно как для человека, так и для окружающей среды.

Предлагаем видео о ТН (виды, цены, эффективность):

Различные виды тепловых насосов для для эффективного отопления дома

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Тепловым насосом называется устройство, при помощи которого происходит передача тепла от более холодной среды более теплой.

Он может использоваться как для обогрева, так и охлаждения воздуха внутри помещения.

Принцип работы тепловых насосов основан на двух физических явлениях:

  • при изменении агрегатного состояния вещества (конденсации или испарении) происходит поглощение или выделение тепла;
  • изменение давления влечет за собой изменение температуры конденсации или испарения.

Основными элементами теплового насоса являются:

  • теплообменник-испаритель;
  • теплообменник-конденсатор;
  • компрессор;
  • дроссель.

Рабочий цикл насоса

  • В испарителе рабочая среда (чаще всего используется хладон) находится под низким давлением. Такое состояние вызывает ее кипение при низкой температуре. При этом рабочая среда поглощает теплоту источника с низким потенциалом.
  • Кипящее вещество передается в компрессор, сжимается и передается в конденсатор, в котором создается высокое давление. Под действием давления рабочая жидкость конденсируется при более высокой температуре. Образующаяся при этом теплота отдается приемнику тепловой энергии (например, теплоносителю отопительной системы).
  • Из конденсатора рабочая жидкость поступает в испаритель для прохождения следующего цикла.

Источники тепла

Тепловой насос может забирать тепло из следующих источников:

В эти же среды тепло может сбрасываться. Среда (более теплая), которой передается тепло, называется теплоприемником.

Исполнение испарителя и конденсатора зависит от источника тепла и теплоприемника:

  • воздух-воздух;
  • вода-вода;
  • воздух-вода.

Кроме вышеуказанных систем существуют так называемые геотермальные тепловые насосы для отопления, которые используют тепло земли и подземных вод.

Тепловой насос воздух – воздух

Воздушные тепловые насосы для отопления могут быть выполнены в виде моноблока или сплит-системы.

Моноблочное исполнение предусматривает монтаж всех узлов агрегата в едином корпусе. Сплит-система имеет два блока – наружный и внутренний.

Они соединяются между собой магистралями, изготовленными из медных трубок.

Кроме классического набора узлов (компрессор, испаритель, конденсатор и т.д.) в тепловой насос воздух-воздух входят два вентилятора:

Вентиляторы предназначены для увеличения интенсивности теплообмена с источником (наружным воздухом) и теплоприемником (внутренним воздухом).

В результате работы теплового насоса для отопления дома «воздух-воздух» происходит прямая передача тепла от агрегата внутреннему воздуху.

Преимущества системы воздух-воздух

Насосы этого типа пользуются большим спросом у населения в силу следующих причин:

  • невысокая стоимость теплового насоса;
  • простота монтажа;
  • невысокая температура воздуха, проходящего через теплообменник конденсатора;
  • экономичность;
  • экологичность.

Недостатки воздушной системы

  • зависимость уровня производительности от перепада температур атмосферного воздух;
  • ограничение по площади обогрева – на больших площадях часто приходится устанавливать несколько тепловых насосов.

На самом деле, воздушные системы отопления очень эффективны. Взять хотя бы настенный электрический конвектор.

Также воздушное отопления применяется пр обогреве гаража – почитайте здесь. И как система отопления теплиц, об этом по адресу: https://obogreem.net/otoplenie-zdanij/dom/otoplenie-teplici.html

Тепловой насос воздух-вода

В отличие от теплового насоса воздух-воздух в системе воздух – вода имеется только один вентилятор, который служит для нагнетания наружного воздуха на теплообменник испарителя.

К теплообменнику конденсатора подсоединяется теплоприемник – трубопровод отопительной системы.

Тепловые насосы воздух – вода могут устанавливаться как наружно, так и внутри помещения.

При наружной установке теплового насоса возникает необходимость заглубления трубопровода теплоприемника в грунт во избежание замерзания.

Недостатки

Главный недостаток воздушного теплового насоса является ограничение его использования при температуре окружающего воздуха ниже -25 градусов. При такой температуре установка автоматически отключается.

При температуре -20°C эффективность агрегата снижается больше чем в два раза.

Выйти из этого положения можно, установив дополнительно резервное оборудование (газовый или электрический котел, например).

Тепловой насос вода-вода

Система вода-вода является боле стабильной, а, следовательно, и перспективной. В качестве источника тепла в этом случае используются слои водоемов, температура которых не падает ниже +4 градусов в любое время года.

Существует два варианта отбора тепла у водоема:

В первом случае вода забирается прямо из водоема, а после ее прохождения через теплообменник испарителя, возвращается обратно.

Существенным недостатком этого варианта является необходимость дополнительных капиталовложений в фильтрацию исходной воды.

К открытому типу относятся системы, используемые в качестве источника тепла подземные воды.

Для этого бурятся две скважины: одна – для забора источника, вторая – для его возврата.

Расстояние между скважинами должно быть не менее 15 метров. Такой вариант также требует предварительной фильтрации воды на входе.

Второй вариант предусматривает установку на дне водоема закрытого контура в виде трубчатой замкнутой петли, по которой циркулирует жидкость. Она и переносит тепло от водоема к теплообменнику.

Здесь не требуется фильтровать исходную воду, но устройство контура тоже стоит немалых денег.

Геотермальные тепловые насосы

Геотермальными называют насосы, забирающие тепло у грунта, природных водоемов или подземных вод. Так что ранее рассматриваемая система вода-вода тоже относится к геотермальной (если, конечно, в качестве источника не используются сточные воды).

Геотермальные насосы, отбирающие тепло у грунта, имеют два исполнения:

  • с горизонтальным теплообменником: коллекторы с теплоносителем расположены горизонтально на глубине не менее метра;
  • с вертикальным теплообменником: трубки с теплоносителем уходят вертикально в землю на глубину не менее 20 метров. На такой глубине сохраняется постоянная температура грунта (от 10 до 12 градусов) независимо от сезона. Чем глубже скважина, тем выше температура грунта.

На первый взгляд кажется, что горизонтальное расположение теплообменника предпочтительнее из-за простоты устройства.

На самом деле это не так:

для обогрева 200 квадратных метров площади потребуется примерно 500 м кв. под коллектор.

Преимущества

Насосы, отбирающие тепло у грунта – самые эффективные изо всех видов тепловых насосов: каждый киловатт затраченной энергии электрической приносит почти 5 кВт тепловой.

Расчет насоса

Для расчета тепловых насосов необходимы следующие исходные данные:

  • теплопотребность дома;
  • температура теплоносителя в отопительной системе;
  • мощность теплового насоса (подобранного предварительно);
  • энергозатраты насоса на нагрев хладагента;
  • теплосъем с источника тепла.

Алгоритм расчета геотермального теплового насоса с горизонтальным расположением коллектора

  1. Рассчитывается требуемая тепловая мощность коллектора. Она равна разности мощности насоса и затрат на нагрев фреона.
  2. Определяется суммарная длина труб – частное от деления тепловой мощности коллектора на теплосъем с источника тепла.
  3. Рассчитывается необходимая площадь участка под укладку коллектора делением длины труб на шаг укладки контура (обычно шаг равняется 0,75 м).
  4. Выбирается труба (чаще металлопластиковая). При окончательном расчете необходимо учесть:
    • потерю давления в трубе. Для металлопластика эта величина составляет 45 Па/м;
    • величину сопротивления одного контура (приблизительно 7 кПа);
    • скорость потока воды (или другого теплоносителя) – 0,3 м/с.

Установка

Монтажом тепловых насосов в России занимается пока не так уж много компаний. Стоимость установки зависит от:

  • типа насоса;
  • типа источника тепла.

Устройство теплового насоса своими руками

В целях уменьшения финансовых затрат можно попробовать сделать насос для отопления дома своими руками.

Этапы работ

  • приобретаем компрессор (можно воспользоваться компрессором от холодильника);
  • изготавливаем конденсатор.

За основу можно взять емкость из коррозионностойкой стали.

Объем – от 100 до 200 литров. Бак надо разрезать пополам и внутрь вмонтировать змеевик. На изготовление змеевика подойдут медные трубки от холодильника или самые обычные сантехнические трубы малого диаметра.

Толщина стенки стальных труб должна быть небольшой, в противном случае при изготовлении конструкции при выполнении радиусов гибки вы столкнетесь с проблемами. Но толщина медной трубки не должна быть менее 1 мм.

Процесс изготовления змеевика

Медную трубку наматываем на кислородный или газовый баллон (пустой!). При этом важно соблюсти равномерный шаг между витками. Для фиксации конструкции можно воспользоваться алюминиевым перфорированным уголком (такие используются для защиты углов при внутренней отделке помещений).

При этом надо постараться, чтобы расположение витков совпадало с расположением отверстий в элементе.

  • Змеевик устанавливается внутрь разрезанного бака. В стенку емкости ввариваются соединения резьбовые (вход и выход змеевика). Половинки емкости соединятся методом сварки.
  • В качестве испарителя можно использовать емкость из пластмассы объем, которой равен 60-80 литров. Внутрь емкости также устанавливается змеевик из трубки диаметров ¾ дюйма. Для подачи воды на испаритель и ее слива можно использовать водогазопроводные трубы обычного качества.
  • Компрессор и испаритель закрепляются на стене при помощи кронштейнов (можете посмотреть, как крепятся внешние блоки сплит-систем).
  • Следующий этап выполняется только холодильных дел мастером: он выполняет обвязку узлов медной трубкой, закачивает фреон.
  • Осталось выполнить установку готового теплового насоса. Этот этап зависит от выбора системы источник-теплоприемник. Самыми подходящими системами для самостоятельного монтажа являются:
    • воздух – воздух;
    • воздух – вода;
    • вода – вода.

Отопление тепловым насосом: отзывы

“…Использовали тепловой насос для отопления небольшого склада (350 кв. м). Понадобился насос мощностью 19,4 кВт с потребляемой мощностью 3 кВт/ч. За отопительный сезон агрегат наработал 2,5 тысячи часов (работал в импульсном режиме). В летний период установку можно использовать для охлаждения, но пока еще мы не пробовали.

К работе системы претензий нет, но пришлось потратить очень большие деньги: полный объем работ, включая покупку оборудования, стоил порядка 750 тысяч рублей. Зато потом платили за электроэнергию 2-3 кВт/ч…”

Сергей Камаев, Клинцы, 58 лет.

“…Долго сомневался, стоит ли использовать тепловой насос для отопления коттеджа. В Интернете отзывов совсем мало, что, в общем-то, настораживало. В общем, решился. И сейчас не жалею. Конечно, пришлось дико потратиться (цена на тепловой насос для отопления дома довольно высока), но система окупила себя довольно быстро, никакого шума, гари и дыма!..”

Константин Воронец, предприниматель, 36 лет.

Тепловой насос — для отопления дома, принцип действия

Многообразие тепловых насосов для отопления: подробная классификация

Тепловой насос — универсальный агрегат, в котором по функциям совмещены качества кондиционера, устройства для нагрева жидкости и отопительного котла. В таком агрегате не применяется традиционное топливо, для его функционирования требуются возобновляемые источники из природной среды – энергия воздуха, земли, воды.

На данный момент тепловой насос для отопления дома – очень экономически выгодное устройство, потому что его функционирование не связано с ценами на топливо, также экологичный, потому что источником тепла становится не электрический ток или продукты горения, а естественные тепловые источники.

Принцип работы теплового насосного оборудования

Чтобы лучше понимать, как работают тепловые насосы для отопления дома, вспомните принцип функционирования холодильника. В нём происходит испарение рабочего вещества и отдача холода. А в насосном оборудовании наоборот, происходит его конденсация и продуцирование тепла.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома строится на цикле Карно, названного в честь его изобретателя. После прохождения теплоносителя через рабочий контур – земляной,воздушный, водяной, их сочетание, он устремляется в первый теплообменник – камеру испарения. Здесь происходит передача накопленного тепла холодильному агенту, который циркулирует во внутреннем контуре агрегата.

Принцип работы теплового насоса

Жидкий холодильный агент поступает в камеру испарения, где из-за низких уровней температуры (50°C) и давления происходит его переход в состояние газа. Следующая стадия – поступление газа в компрессор и сжатие газа.

В итоге происходит резкое увеличение температуры газа, он поступает в конденсатор, там происходит его обмен теплом с отопительной системой. Происходит переход охлажденного газа в жидкость, и повторение цикла.

к меню ↑

Какие плюсы и минусы тепловых насосов?

Функционированием теплового насоса для отопления дома возможно управлять с помощью специально поставленных регуляторов температуры.

Происходит автоматическое включение насоса при уменьшении температуры среды меньше определённого уровня и его отключение при превышении заданного уровня температуры.

Тем самым с помощью тепловых насосов поддерживается неизменная температура в жилище, что является преимуществом агрегатов.

Достоинствами оборудования является экономичность-потребление  небольшого количества электрической энергии и его безопасность для окружающего пространства. Главные преимущества оборудования:

  • надёжность. Период эксплуатации составляет больше 15 лет, все компоненты системы имеют высокий рабочий ресурс, при перепадах энергии вред системе не наносится;
  • безопасность – отсутствие копоти, выхлопов, открытого огня, утечки газа.
  • комфортность – бесшумность функционирования оборудования. Климат-контроль и система автоматики позволяют создать домашний комфорт и уют;
  • гибкость. Устройство характеризуется стильным дизайном, оно совмещается со всякой отопительной системой;
  • универсальность. Используются для гражданского и частного строительства, потому что имеют большой диапазон мощности. Отопление с помощью теплового насоса возможно использовать для множества помещений — и маленьких домов, и коттеджей.

Сложной структурой агрегата определяется его основной недостаток – высокая цена устройства и монтажа. Чтобы установить устройство, необходимо выполнить большой объём земельных работ.

Грунтовые тепловые насосы

к меню ↑

Классификация

Для отопления тепловыми насосами характерен большой температурный диапазон– от -30 до +35 . Самые распространённые агрегаты –  абсорбционного типа (тепло переносится его источником) и компрессионные (рабочая жидкость циркулирует за счет электрической энергии).

Самим экономичным является абсорбционное оборудование, но оно дороже и имеет более сложные конструктивные особенности.

По типу тепловых источников насосы делятся на:

  1. Геотермальные, использующие тепло земли или воды.
  2. Воздушные агрегаты, забирающие тепло из атмосферы.
  3. Устройства вторичного тепла, забирающие производственное тепло, которое образуется на промышленных предприятиях, при отоплении, других производственных процессах.

В качестве теплоносителя применяют:

  • грунтовые воды, воду из естественного или искусственного водоёма;
  • массы воздуха;
  • грунт;
  • сочетание этих носителей.

к меню ↑

Устройства и принцип функционирования геотермального насоса

Геотермальные тепловые насосы для отопления применяют тепло грунта, отбираемое горизонтальным коллектором или вертикальными зондами.

Зонды устанавливают на глубине до 70 м, они находятся на небольшом углублении от поверхности.

Этот тип оборудования самый эффективный, потому что у источника тепла достаточно высокая постоянная круглогодичная температура. Поэтому для транспортировки тепла нужно потратить меньше энергии.

Система теплового насоса

Для установки этого оборудования требуются большие средства. Бурение скважин стоит недёшево. Помимо этого, площадь, которую занимает коллектор, намного больше площади обогреваемого здания. Необходимо учитывать, что землю, где будет стоять коллектор, нельзя будет использовать для огорода или сада – возможно переохлаждение корней растений.
к меню ↑

Применение воды как источника тепла

Водоёмы являются источником большого количества тепла. Насос можно применять в незамерзающих водоемах глубиной от 3 мили в грунтовых водах, если они имеют высокий уровень.

Организовать обогрев можно таким образом: трубу теплообменника с грузом из расчета 5 кг на 1 м погонный, кладут на дно водоема. Длина трубопровода определяется метражом дома. Помещение площадью 100 м. кв.

требует трубы протяжённостью 300 м.

При применении грунтовых вод бурят 2 скважины, которые расположены друг за другом в направлении грунтовых вод. В первую скважину устанавливают насос, который подаёт жидкость на теплообменник. Во вторую скважину подаётся охлажденная жидкость. Это открытая схема, собирающая тепло. Ее главный недостаток  — нестабильность уровня грунтовых вод, и возможно его значительное изменение.
к меню ↑

Воздух – наиболее доступный источник тепла

Если использовать воздух как источник тепла,то теплообменником выступит радиатор, который принудительным образом обдувает вентилятор.

Тепловой насос типа воздух-воздух

Если для отопления частного дома тепловым насосом используется система «воздух-вода», то клиент будет иметь такие преимущества:

  • возможность отапливать всё здание. Вода, которая выступает как теплоноситель, поступает в приборы отопления;
  • минимальные затраты электрической энергии позволят жильцам иметь горячее водоснабжение. Это становится возможным из-за наличия дополнительного теплоизолированного теплообменника с ёмкостью для накопления;
  • подобные устройства могут нагревать воду в бассейнах.

При функционировании насоса по системе «воздух-воздух», теплоноситель для нагрева здания не используется. Воздушный тепловой насос для отопления обогревает дом за счет полученной тепловой энергии.

Такая схема реализована в кондиционере, который установлен на режим обогрева. Сейчас все устройства, которые применяют воздух в качестве источника тепла, – инверторные.

В них переменный ток преобразуется в постоянный, что обеспечивает гибкость управления компрессором и его беспрерывную работу, это увеличивает ресурс агрегата.

Отопление загородного дома тепловым насосом является альтернативой современным отопительным системам. Они экономичные, экологичные и безопасные в применении. Но высокая стоимость монтажа и оборудования не дают возможности для повсеместного применения устройств.

Мы ознакомили вас принципом действия тепловых насосов для отопления дома и подсчитав, сколько стоит оборудование и монтаж, вы можете принять решение о его использовании.
к меню ↑

Виды тепловых насосов и схемы их подключения (видео)

  страница » Насосы

О цветах и даче
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: