Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Содержание
  1. Тепловой насос для отопления дома, принцип работы и виды
  2. Преимущества тепловых насосов
  3. Виды тепловых насосов
  4. Тепловые насосы типа «грунт – вода», «грунт – воздух»
  5. Горизонтальный коллектор
  6. Вертикальный коллектор
  7. Тепловые насосы типа «воздух – вода», «воздух – воздух»
  8. Тепловые насосы типа «вода – вода»
  9. Отопление дома тепловым насосом — как это работает и сколько стоит
  10. Тепловые насосы и устройства геотермального кондиционирования
  11. Тепловая энергия низкого потенциала. Принцип действия
  12. Современные тепловые насосы
  13. Шесть главных вопросов о тепловых насосах
  14. Что представляет собой геотермальная система в частном доме
  15. Насколько эффективна работа насоса
  16. Варианты размещения теплообменников
  17. Обслуживание оборудования
  18. Сколько стоит производство энергии таким методом
  19. С какими инстанциями нужно согласовывать установку подобных приборов
  20. Производители тепловых насосов
  21. Тепловые насосы европейского производства
  22. Российские производители тепловых насосов
  23. Тепловые насосы, произведенные в Китае
  24. Тепловой насос для отопления дома – разновидности, преимущества и принцип работы
  25. Принцип работы
  26. Разновидности тепловых насосов
  27. Геотермальный источник энергии
  28. Воздушные тепловые системы
  29. Тепловой насос как кондиционер
  30. Преимущества теплонасосного оборудования
  31. Вопросы целесообразности монтажа теплового насоса
  32. Тепловые насосы для отопления дома: типы, принцип действия
  33. Бытовые насосы и их виды
  34. Насосы в системах отопления
  35. Устройство теплового насоса
  36. Принцип действия
  37. Альтернативное топливо для тепловых насосов
  38. Грунтовые насосы
  39. Насосы системы типа «вода-вода»
  40. Воздушные тепловые насосы
  41. Преимущества выбора системы отопления тепловым насосом

Тепловой насос для отопления дома, принцип работы и виды

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Тепловой насос — это альтернативный источник создания тепла для обогрева дома. Данное устройство преобразует низкопотенциальную тепловую энергию источника (земли, воды, воздуха) в высокотемпературное тепло. Тепловые насосы, преобразующие энергию земли являются наиболее распространенными.

Теорию теплового насоса разработал в 1852 году лорд Кельвин. В 1866 на основе данных изысканий Иоахимстале Петер фон Риттингер создал устройство, и использовал его для повышения эффективности выпаривания соли.

 В современной форме тепловой насос создал американец Роберт Уэббер в середине ХХ века. Он начал использовать тепловую энергию земли для отопления дома. Для этого под грунтом укладывались медные трубы, где циркулировал забирающий при испарении земное тепло фреон.

Тепло это газ отдавал в доме, и, конденсируясь, опять шел на циркуляцию в землю.

В данном обзоре рассмотрены основные виды систем с использованием теплового насоса и принцип их работы.

Принцип действия тепловых насосов схож с работой холодильных машин, где производиться получение холода путем отбора теплоты из какого-либо объема испарителем, а конденсатор осуществляет сброс теплоты в окружающую среду. В тепловом насосе же процессы происходят в обратном порядке — в этом и заключается основное различие.

Устройство теплового насоса:

Тепловой насос состоит из двух теплообменников — испарителя и конденсатора. В испарителе с помощью испаряющегося хладагента поддерживается температура ниже температуры того тела (грунт, вода или атмосферный воздух), от которого требуется отобрать тепло. В конденсаторе поддерживается температура выше температуры другого тела (система отопления дома), которому тепло передается.
Разные уровни температур в первом и втором теплообменниках обеспечиваются с помощью циркулирующего между ними хладагента, способного изменяться от жидкого к газообразному состоянию и обратно при различных температурах.

Тепловым насосам для работы требуется электроэнергия. Ориентировочно, затратив 1 кВт электроэнергии на работу компрессора и насосов, можно получить 3 — 5 кВт тепловой энергии. В летний период, при наличии реверсивного режима работы, тепловой насос может охлаждать воздух в помещении.

Эффективность тепловых насосов зависит от способа обогревания и качества утепления дома. Наиболее рациональным является применение низкотемпературных систем отопления (один из примеров — система теплый пол). Связано это с низкотемпературным режимом нагревания воды тепловым насосом. И, если бы в данном случае использовались традиционные радиаторы, то они должны быть увеличенных размеров.

Преимущества тепловых насосов

У тепловых насосов есть ряд существенных преимуществ:

  • В первую очередь стоит отметить долговечность таких систем. Тепловые насосы могут работать 20-25 лет, после чего компрессор насоса может быть заменен и система продолжит свою работу.
  • Кроме того, системы тепловых насосов безопасны, поскольку отсутствуют топливо, открытый огонь и опасные газы.
  • Следующий положительный фак — экологическая чистота системы, которая в процессе функционирования не образует вредные окислы, а применяемые в них фреоны не содержат хлороуглеродов.

Основным недостатком системы является высокая стоимость. В связи с этим, выбирая тепловой насос, не стоит заказывать оборудование максимальной мощности.

Это неоправданно дорого и не имеет смысла, так как фактическое количество холодных дней обычно не превышает двух-трех недель за год. Оптимальный тепловой насос должен иметь мощность, равную 60 — 80% от максимальной.

А для покрытия пиковых нагрузок можно установить резервный котел с традиционным видом топлива либо использовать встроенные в тепловые насосы ТЭНы.

Виды тепловых насосов

Естественным источником энергии для теплового насоса может быть:

  • Тепло земли (тепло грунта).
  • Подземные воды (грунтовые, артезианские, термальные).
  • Наружный воздух.

Искусственные источники низкопотенциального тепла:

  • Удаляемый вентиляционный воздух.
  • Канализационные стоки (сточные воды).
  • Промышленные сбросы.
  • Тепло технологических процессов.
  • Бытовые тепловыделения

И в зависимости от источников энергии тепловые насосы подразделяются на следующие типы:

  • Вода — вода.
  • Вода — воздух.
  • Грунт — вода.
  • Грунт — воздух.
  • Воздух — вода.
  • Воздух — воздух.

Тепловые насосы типа «грунт – вода», «грунт – воздух»

На глубине ниже 10 м температура грунта практически постоянна в течение всего года.

Насосы типа «грунт – вода» используют тепловую энергию земли и передают ее для обогрева дома через систему водяного отопления.

 В тепловых насосах, работающих по принципу «грунт – воздух», тепловая энергия также отбирается у грунта и через компрессор напрямую передается воздуху, который используется для отопления зданий.

Механизм теплообмена следующий:

  • Энергия, отобранная от земли, аккумулируется носителем, в качестве которого чаще всего используется незамерзающая жидкость — антифриз («рассол»).
  • Опускаясь вниз по теплообменнику, «рассол» отбирает у грунта тепло (примерно 3 — 4 °С) и передает его фреону, циркулирующему во внутреннем контуре теплового насоса.
  • Фреон, проходя через каналы испарителя, закипает и испаряется.
  • Образовавшийся при этом пар поступает в компрессор, сжимается там (при этом температура его повышается), после чего горячий и сжатый пар направляется в теплообменник конденсатора, где охлаждается, передавая тепло воде.
  • Вода используется в системе отопления и горячего водоснабжения, а жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда, за счет перепада давлений, через дроссель возвращается в испаритель.
  • Данный порядок цикличен — повторяется снова и снова.

Теплообменник в тепловых насосах типа «грунт – вода» бывает двух видов:

  1. Горизонтальный коллектор.
  2. Вертикальный коллектор.

Горизонтальный коллектор

При данной реализации отбирается тепло, накопленное в верхних слоях почвы в результате солнечного излучения, и коллектор представляет собой несколько контуров пластиковых труб, уложенных под слоем грунта.

Для эффективной работы системы, исходя из особенностей грунта, его теплопроводности и геометрии участка, выбирается определенная схема укладки труб – петля, змейка, зигзаг, плоские и винтовые спирали разных форм. Также, эффективность теплообмена увеличивается на влажных грунтах и уменьшается на сухих песчаных участках.

Для отопления дома площадью 70 — 100 м² достаточно уложить приблизительно 200 — 320 м трубопровода несколькими петлями-контурами. Для этого нужен участок площадью примерно 150 — 200 м², то есть в 1,5 — 2 раза больше, чем отапливаемая площадь дома. Дальнейшее использование такого участка над коллектором возможно только в качестве лужайки или цветника.

Главное преимущество использования горизонтального коллектора в связке с тепловым насосом — простота монтажа и то, что при прочих равных условиях работы по монтажу оборудования обойдутся немного дешевле, чем бурение скважин.

Вертикальный коллектор

Грунтовые зонды вертикального коллектора представляют собой систему длинных труб, опускаемых в скважины глубиной 50-200 м.

Пространство в скважине вокруг зонда заполняется буровым раствором или цементно-бетонной смесью для защиты труб от повреждений и улучшения теплопередачи.

Для дома площадью 70 — 100 м² понадобится 2 — 3 скважины глубиной около 50 м. Располагать скважины следует не ближе 2 м от стены дома, чтобы не повредить фундамент.

Также скважины не должны находиться на одной линии течения подземных вод — иначе эффективность теплового насоса уменьшится.

Для вертикального коллектора не требуется большой участок, а на глубинах от 50 м температура грунта выше, потому эффективность теплообмена при использовании данной системы выше на 15 — 20%, чем у горизонтального коллектора.

Тепловые насосы типа «воздух – вода», «воздух – воздух»

Тепловой насос типа «воздух – воздух» и «воздух – вода» схожи по принципу работы с кондиционерами. Они стоят дешевле, но проигрывают другим видам насосов по универсальности, применяясь преимущественно для нагревания горячей воды.

Такие устройства имеют два варианта исполнения:

  1. Сплит система состоит из двух блоков, соединенных инженерными коммуникациями. В состав наружного входят мощный вентилятор и испаритель, а внутренний содержит конденсатор и автоматику. При этом компрессор может располагаться как во внутреннем блоке, так и в наружном, чтобы избежать шума в помещении.
  2. В моно системе все элементы собираются в одном корпусе и монтируются либо в доме, соединяясь с улицей гибким воздуховодом, либо снаружи.

Тепловые насосы типа «вода – вода»

При соседстве с домом реки или пруда можно использовать тепловой насос, работающий по схеме «вода – вода». Для этого из водоема отбирается мощным насосом вода, которая прокачивается через первичный теплообменник теплового насоса, отдавая свою тепловую энергию фреону, и сбрасывается обратно в водоем.

Тепловой насос типа вода — вода наиболее экономичный. Однако, из-за загрязненности используемой воды необходимо предпринимать дополнительные меры для ее предварительной очистки перед подачей в тепловой насос.

Пример схемы обвязки теплового насоса вода — вода:

  1. Теплообменник для пассивного охлаждения
  2. Расширительный бак внешнего контура теплового насоса
  3. Коллектор потолочного охлаждения
  4. Расширительный бак системы отопления
  5. Группа безопасности котла (теплового насоса)
  6. Расширительный бак для ГВС
  7. Резервный котел (высокотемпературный) с насосом и группой безопасности
  8. Узел подмеса системы отопления
  9. Термостатический клапан радиатора отопления
  10. Буфер (тепловой аккумулятор)
  11. Основной насос системы отопления
  12. Тепловой насос вода-вода со встроенными циркуляционными насосами
  13. Бойлер косвенного нагрева для ГВС
  14. Насос рециркуляции ГВС
  15. Коллектор водоснабжения
  16. Коллектор теплых полов
  17. Коллектор радиаторов

Подведем итог. Первоначальные затраты на систему отопления с тепловым насосом и ее обустройство достаточно высоки. Но, с учетом низких расходов на отопление, со временем можно покрыть первоначальные вложения и продолжить использование альтернативных источников для обогрева дома.

Отопление дома тепловым насосом — как это работает и сколько стоит

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Реально ли до 70%снизить затраты на отопление загородного дома? Ответ можно найти в весьма нестандартном источнике энергии — недрах земли. Мы расскажем об устройстве и принципе работы тепловых насосов, а также поможем сделать правильный выбор отопительной системы.

Постоянный рост цен на энергоресурсы дает отличный повод задуматься над более современными и экономичными средствами получения тепла и горячей воды. На сегодняшний день уже существуют десятки инновационных способов обустроить эффективные схемы отопления, сделав его абсолютно бесплатным.

Тепловые насосы и устройства геотермального кондиционирования

Почти четверть энергии, вырабатываемой в мире сегодня, является экологически чистой, а одну восьмую часть получают без сжигания биологических масс.

Наиболее эффективным и практически неисчерпаемым источником энергии можно по праву считать ресурс, скрытый в недрах нашей планеты — геотермальную теплоту.

Примечательно, что направление передачи энергии можно обратить: в жаркое время года почва может эффективно поглощать теплоту. Этот двухсторонний процесс принято называть геотермальным кондиционированием.

Для сбора и преобразования тепловой энергии применяются специальные установки — так называемые тепловые насосы. Благодаря высокому КПД и незначительным энергозатратам при работе они приобретают все большую популярность.

Сама идея работы таких установок далеко не нова. В 50-х годах XIX века уже был сконструирован и запатентован первый прототип, ориентированный на массовое производство.

Идея лорда Кельвина в то время не получила практического применения из-за того, что понятие энергетического кризиса было еще неведомо, но спустя почти одно столетие Роберт Вебер (Robert C. Webber) начал успешно применять такие системы в быту и промышленности.

Поразительно, что еще в далеком 1931 году в знаменитом небоскребе Эмпайр-Стейт-билдинг была применена технология геотермального отопления, основанная на работе тепловых насосов.

В России и на постсоветском пространстве геотермальные источники энергии используются еще со времен СССР, а производственные комплексы позволяют выпускать необходимое оборудование без привлечения иностранных партнеров.

Тепловая энергия низкого потенциала. Принцип действия

Второе правило термодинамики гласит, что передача тепловой энергии возможна только от более нагретого тела к менее нагретому. Но если между двумя средами с небольшой разницей температур поместить вещество с изменяемыми физическими свойствами, оно может послужить посредником, способным обратить естественный процесс передачи теплоты.

Цепь таких преобразований осуществляется в процессе работы теплового насоса. При сильном сжатии газов выделяется большое количество теплоты, а сам газ охлаждается и переходит в жидкое состояние. Это называется компрессией, и конечным результатом этого процесса является тепло в доме.

Чтобы цикл компрессии можно было повторять бесконечно долго, в качестве газа используется хладагент с очень низкой температурой кипения. Его можно вернуть в газообразное состояние в процессе испарения при температуре до +10 °С. Тепловая энергия с низким потенциалом, как правило, добывается из грунта ниже глубины промерзания, но может быть получена и любым другим способом.

В целом, принцип работы теплового насоса прямо противоположен действию холодильной установки, хотя и основывается на идентичных процессах.

Современные тепловые насосы

Подобные системы, применяемые в современном мире, являются более продвинутыми, в сравнении с их предшественниками.

В качестве хладагента применяются сложные соединения газов, все элементы конструкции и исполнительные механизмы выполняются с большим запасом износостойкости и надежности. Развитие точного машиностроения дало возможность воссоздать геотермальные установки в миниатюре.

Портативные тепловые насосы не отличаются ничем от своих промышленных родственников, а низкая цена и возрастающая конкуренция делают установки доступными широкому кругу потребителей.

Особенность тепловых насосов, отличающая их от традиционных отопительных приборов, — возможность работы в четко заданном диапазоне уличных температур, который определяется физическими свойствами вещества-хладагента и типом системы.

Воздушные тепловые насосы могут извлекать тепловую энергию из воздуха положительной температуры, но плохо работают при отрицательной. Геотермальные насосы способны обогреть дом даже в сильный мороз, но их применение в осенне-зимний период не всегда является оправданным.

Для каждой климатической зоны выбор оборудования осуществляется индивидуально. В домашнем хозяйстве наилучшим образом себя рекомендует комбинация разных типов устройств.

Шесть главных вопросов о тепловых насосах

Хотя тепловые насосы и получили широкую известность, многим свойственно сомневаться в их экономической выгоде. Тем не менее, существует всего шесть вопросов, ответы на которые дадут полное представление о преимуществах тепловых насосов.

Что представляет собой геотермальная система в частном доме

В загородном доме система занимает столько же места, сколько заняла бы обычная газовая котельная. Можно разделить установку на две части: видимую и скрытую. На виду у владельца будут функциональные элементы: тепловой и циркуляционные насосы, обвязка, краны, фильтры, измерительные приборы и автоматика.

Скрытым от человеческих глаз останется первичный теплообменник, спрятанный глубоко под землей. Система полностью бесшумна и может быть размещена даже на улице.

Сборка и наладка могут быть произведены самостоятельно, но при желании можно обратиться в специализированную монтажную компанию, полный спектр услуг будет стоить от $1000.

Насколько эффективна работа насоса

Для обеспечения комфортного климата в жилых помещениях достаточно температуры воды в контуре отопления 40–45 °C.

Если газовые котлы нагревают воду с избытком, а их автоматика рассчитана на значительно больший диапазон температур при срабатывании, то тепловые насосы поддерживают постоянную температуру, работая непрерывно.

Если помещения закрытые и только периодически проветриваются — можно быть уверенным, что температура внутри них будет достигать 30 градусов. С использованием более мощных установок становится возможным как наличие проточной горячей воды для бытовых нужд, так и подогрев бассейнов.

Варианты размещения теплообменников

Многих людей, столкнувшихся с ГТО-системами, интересует вопрос о размещении первичного теплообменника. Он может быть расположен на глубине до трех метров под землей и иметь горизонтальную ориентацию. При этом на прилегающем к дому участке роется глубокий котлован, в котором размещается кольцевой змеевик теплообменника.

Современные системы способны работать и с вертикальным размещением первичного контура. Этот вариант более предпочтителен с точки зрения сохранности ландшафта приусадебного участка, хотя и требует наличия дополнительного оборудования — циркуляционных насосов высокого давления.

При вертикальном расположении первичного контура на участке бурят от трех скважин, глубина которых может достигать в отдельных случаях100 м. В скважину помещается петля трубопровода (зонд), которая соединяется с общим коллектором. Бурение скважин нельзя произвести без специального оборудования, а потому следует прибегнуть к помощи профессионалов.

Стоимость такой услуги зависит от условий проведения работ и глубины бурения, но менее чем на $450 за устройство одной скважины рассчитывать не стоит.

Обслуживание оборудования

Принцип действия и устройство систем автоматики в тепловых насосах сильно отличаются от их аналогов, применяемых в тандеме с газовым оборудованием. Характеризуется высокой технической сложностью и ряд функциональных агрегатов: испарителей, компрессоров и систем промежуточного теплообмена.

Несмотря на очевидную сложность, тепловые насосы не требуют обслуживания в процессе эксплуатации. Единственный подверженный сильному износу элемент — компрессор, который имеет срок эксплуатации более 30 лет и легко заменяется. Сам же насос фабричной сборки может служить до ста лет без плановых ремонтов.

Система автоматики также не требует специального обслуживания и легко управляется через единый цифровой контроллер.

Сколько стоит производство энергии таким методом

Системы отопления, основанные на тепловых насосах, отличаются крайне низким потреблением электроэнергии. При наибольшей разнице температур в первичном и вторичном теплообменниках, система выдает тепловую мощность втрое большую, чем потребляемая электрическая.

При минимальной разнице температур воздуха и источника тепла (до 12–14 градусов) потребление энергии будет в семь раз меньше, чем производимое количество теплоты.

При желании потребителя пойти дальше, обеспечив полную автономность системы и избежав материальных затрат на электричество, можно прибегнуть к помощи солнечной энергии: установка на 3 кВт будет компактной и не потребует больших денежных вложений.

С какими инстанциями нужно согласовывать установку подобных приборов

На установку теплового насоса не требуется каких либо специальных разрешений или проектной документации.

Единственным исключением могут стать коммерческие объекты и муниципальные заведения, оснащение которых таким отоплением должно сопровождаться актами экологического соответствия и сертификатами на используемое оборудование.

К счастью, тепловые насосы любого типа являются экологически безопасными и соответствуют всем нормам производственной и бытовой санитарии.

Производители тепловых насосов

Мировой и отечественный рынки тепловых насосов активно развиваются, что создает высокую конкуренцию и ощутимый демпинг цен. Нельзя сказать, что некоторые производители обладают абсолютным превосходством над другими: каждый имеет свои преимущества и недостатки. Однако можно разбить рынок оборудования на три сегмента.

Тепловые насосы европейского производства

Одним из основных поставщиков геотермального оборудования является Европа, где такие установки применяются очень давно, а технология их изготовления тщательно отработана.

Особых отличий между европейскими брендами нет, разве что некоторые компании стремятся сделать установки более компактными и бесшумными.

Отлично сочетаются технические характеристики тепловых насосов у швейцарского концерна NIBE.

К достоинствам данного производителя можно отнести огромный опыт в массовом производстве теплового оборудования. Компания специализируется именно на создании и совершенствовании установок, работающих на экологически безопасных источниках энергии.

Начиная с 1949 года NIBE купила более двадцати крупнейших производителей высокоточного оборудования в Европе, Азии и Северной Америке. Это позволило предприятию обеспечить своим агрегатам наибольший срок службы за счет использования компонентов от самых известных мировых производителей.

Но и цена за такое приобретение будет соответствующей: от 7 тысяч евро для насоса тепловой мощностью в 5 кВт.

Российские производители тепловых насосов

Российский рынок также не стоит на месте. Всего за пару десятков лет в России появились и получили развитие несколько крупных компаний, специализирующихся на производстве тепловых насосов.

Наиболее крупные и активно совершенствующие свою продукцию — компании ПЭА, ALTAL и Henk. особенность отечественного производителя — наилучшее соотношение цены и качества. При обеспечении срока эксплуатации оборудования от 50 лет и предоставлении гарантийного и сервисного обслуживания, насосы малой мощности будут иметь цену в диапазоне 2,6–3,7 тысяч долларов.

Большинство русских компаний производят оборудование по заграничным патентам и франшизе, а это дает гарантию того, что оборудование является качественным и пригодным для использования в отечественных условиях.

Тепловые насосы, произведенные в Китае

Самой низкой стоимостью обладают тепловые насосы китайского производства. Компаний-производителей, как таковых, в Китае не наблюдается: каждый насос имеет узкий модельный ряд, который назван короткой аббревиатурой.

Отличительная черта китайских производителей — очень низкая цена и сомнительное качество. Так, тепловой насос с полезной мощностью в 12 кВт обойдется в 1100–1300 долларов без учета таможенной пошлины и затрат на перевозку.

Относительно качества продукции нельзя дать однозначного заключения: некоторые агрегаты работают по году и выходят из строя, но есть и такие, которые уже 5 или 7 лет продолжают исправно вырабатывать тепло.

К счастью, китайские насосы имеют блочное устройство и все комплектующие могут быть легко заменены.

По заявлениям многих энергетических компаний, в течение следующего десятилетия 95% используемого в индивидуальных хозяйствах отопительного оборудования будут составлять тепловые насосы.

Этому способствует их безопасность и неприхотливость, а также возрастающее стремление человечества сохранить природные ресурсы.

Но все же главным аргументом остается постоянно растущая цена на газ и электричество, что заставляет потребителей искать альтернативные, менее дорогостоящие варианты отопления.

© рмнт.ру, Игорь Максимов

Тепловой насос для отопления дома – разновидности, преимущества и принцип работы

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Особенность теплового насоса заключается в использовании энергии окружающей среды для обогрева помещений или кондиционирования воздуха.

Альтернативный способ отопления имеет свои преимущества и набирает все большую популярность среди владельцев загородного жилья, но высокая цена конструкции и большие затраты на ее монтаж существенно сокращают количество потенциальных потребителей нетрадиционных отопительных систем.

Принцип работы

Устройство теплового насоса позволяет забирать энергию земли, а также воздуха и воды, преобразовывая ее в тепло, либо в холод, исходя из текущих потребностей владельца.

При этом, в зимний период происходит обогрев дома, а в летний – его охлаждение, когда система работает как кондиционер. Кроме этого, оборудование способно обеспечить потребности домочадцев в горячей воде, предназначенной для хозяйственных нужд.

Принцип функционирования тепловых насосов во многом схож на работу холодильных компрессоров.

Подземные недра способны аккумулировать тепло и поддерживать постоянную температуру на определенной глубине на протяжении всего года, что дает преимущества в использовании их энергии.

Схематично работу теплового насоса, предназначенногодля отопления, можно представить следующим образом:

  • теплоноситель на несколько градусов нагревается в трубах, уложенных в грунте или воде;
  • через теплообменник, он же испаритель, энергия передается на внутренний закрытый контур;
  • вещество с низкой температурой кипения, называемое хладагент, подогревается в испарителе и превращается в газообразное состояние, после чего поступает в компрессорный отсек;
  • под действием высокого давления вещество в компрессоре сжимается, а его температура повышается буквально на несколько градусов;
  • газообразный хладагент под давлением выталкивается в конденсаторный отсек, отдавая тепло в отопительную систему через теплоноситель, охлаждается и осаждается в камере в виде конденсата;
  • превратившееся в жидкообразное состояние вещество возвращается в исходное положение.

Тепловые насосы не вырабатывают тепло за счет электроэнергии, она требуется только для его перемещения. При потреблении одного киловатта электричества вырабатывается 5-6 киловатт тепловой мощности.

В качестве низкопотенциальных энергоисточников используют:

  • грунт;
  • воздух;
  • скважины;
  • водоемы.

В летний период времени некоторые модели тепловых насосов функционируют как кондиционеры. Их работа построена на описанном выше принципе, только по обратной схеме.

Тепловые насосы не зависят от поставок газа и других источников энергии, но они нуждаются в незначительном объеме электроэнергии.

Устройства выгодны в эксплуатации, но цена на них пока еще слишком высока, да и окупаются они не настолько быстро, как хотелось бы.

Нередки случаи, когда наряду с тепловым насосом для обогрева дома большой площади используют солнечные батареи, установленные на крыше строения.

Разновидности тепловых насосов

Одна из классификаций теплонасосного оборудование происходит по принципу работы агрегатов. Наиболее распространенным и востребованным является компрессионный тип насосов, приводящийся в действие при помощи электрической энергии.

Также тепловые типы насосов подразделяются по виду используемого источника тепла. Они бывают:

  • геотермальными, извлекающими энергию из земли, либо воды;
  • воздушными, основанными на принципе изъятия тепла из окружающего воздуха;
  • вторичными, позволяющими использовать тепло, производимое в процессе технологического цикла на промышленных предприятиях (например, при охлаждении трубопроводов или готовых изделий при их кристаллизации).

Геотермальный источник энергии

Тепловые насосы, относящиеся к геотермальному виду оборудования, используют энергетические ресурсы земли, а также воды, как подземной, так и наземной. Оборудование бывает двух видов:

Геотермальные замкнутые системы делятся:

  • на горизонтальные;
  • на вертикальные;
  • на водные.

Первые две системы условно называют «грунт-вода», а последнюю – «вода-вода».

Геотермальные насосы в горизонтальном исполнении представляют собой подземный коллектор, уложенный кольцами или плавно изогнутыми линиями в траншеях, вырытых на глубину, превышающую нижний уровень промерзания почвы. Данный показатель для каждого региона страны является индивидуальным и зависит от природных условий определенной климатической зоны. Узнать его можно из нормативных документов.

Геотермальный тепловой насос для отопления частного дома считается наиболее практичным с точки зрения экономической выгоды, но он требует слишком большого участка для своего устройства, который впоследствии станет непригодным для большинства садовых растений.

Коллектор вертикального геотермального насоса устанавливается в скважины небольшой глубины, имеющие размер не более двух метров. Данный вариант удобен для придомовых участков малой площади, либо в случае устройства системы на обустроенных территориях, нарушать которые владелец категорически не разрешает. Для заглубленных тепловых насосов делают вертикальные зонды длиной 50-70 метров.

В скалистых породах также применяют вертикальные системы. Для этого пробуривают одну глубокую или несколько мелких скважин. Их общая длина может доходить до 200 метров.

Водный геотермальный тепловой насос «вода-вода» предназначается для отбора тепла из водоемов. Коллектор укладывается по той же схеме, что и горизонтальная система, но не в земле, а в воде ниже уровня ее промерзания.

Водное теплонасосное оборудование считается наиболее дешевым вариантом устройства отопительного контура закрытого типа.

Приемлемыми условиями для установки данного вида насосов является наличие вблизи дома водоема достаточного объема глубиной 3-4 метра.

Следует отметить, что укладка теплового насоса на дно озера или другого водоема требует наличия разрешительных документов.

Открытый тип геотермальных теплонасосов предполагает использование воды в качестве теплообменника. Она перемещается в системах открыто, а после выполнения своей функции направляется обратно в грунт. Подобный вариант тепловых установок требует присутствия вблизи большого объема чистой воды, а также документов, позволяющих выполнять монтажные работы.

Воздушные тепловые системы

Оборудование, использующее воздух как низкопотенциальный источник тепла, эффективнее работают в южных регионах страны, так как при температуре, опускающейся ниже минус 15 градусов, значительно уменьшается коэффициент трансформации воздуха в тепло. По принципу работы воздушное теплонасосное оборудование напоминает кондиционер, но оно в несколько раз мощнее.

Тепловой насос отличается компактными размерами и без труда вписывается в приусадебный ландшафт. Его используют в том случае, когда выполнить установку земляного коллектора по тем или иным причинам не удается.

Мощные установки монтируют на отдельно стоящих фундаментах, а имеющие малую производительность – подвешивают к внешней поверхности несущих стен или ставят на крышу дома. Нередко тепло от одного блока подводится сразу к нескольким внутренним распределителям.

Воздушные насосы относятся к системам «воздух – вода» или «воздух – воздух». По эффективности они уступают другим видам теплонасосного оборудования, зато не требуют выполнения большого объема земляных работ.

Тепловой насос как кондиционер

Охлаждение дома при помощи теплового насоса производится двумя способами:

  • пассивным, или естественным;
  • активным, максимально приближенным к принципу работы кондиционера.

Пассивная технология опирается на тот факт, что летом на глубине водоема и в недрах земли температура бывает всегда ниже, чем внутри дома. Поэтому и существует естественный способ охлаждения, или кондиционер, работающий напрямую.

Активная технология подразумевает использование для функционирования кондиционера реверсивного теплонасосного оборудования, позволяющего управлять движением хладагента. С его помощью тепло из дома передается в теплообменник, откуда оно впоследствии благополучно выводится наружу.

Преимущества теплонасосного оборудования

Если не брать во внимание высокие материальные затраты на установку тепловых насосов в отопительных системах, можно отметить, что их использование имеет ряд неоспоримых достоинств:

  • высокая экономическая результативность. Для функционирования системы требуется минимальное количество электроэнергии;
  • экологичность. Отсутствие выбросов в атмосферу вредных или ядовитых веществ;
  • автономность в сочетании с универсальностью. Тепловые насосы не требуют подведения каких-либо коммуникаций, а для выработки электроэнергии можно использовать дизельный генератор малой мощности;
  • безопасность. Системы не приводят к пожару, так как для их работы не требуются пожароопасные источники топливной энергии;
  • долговечность. Простота конструкции позволяет обходиться без капитального ремонта длительный период времени (более 50 лет);
  • перспективность. Природные источники являются совершенно бесплатными, поэтому тепловые насосы, все-таки, окупаются;
  • удобство и комфорт при эксплуатации. Наблюдается устойчивый температурный режим, отсутствует шум, имеется возможность дистанционного управления.

Вопросы целесообразности монтажа теплового насоса

Следует отметить, что высокая стоимость самого оборудования, а также монтажных работ в сочетании со сверхэкономичным топливным ресурсом многих потребителей вводит в замешательство.

В европейских странах более остро ощущают постоянное повышение цен на источники энергии и понимают необходимость их экономии, поэтому установка тепловых насосов там растет из года в год благодаря программам государственной поддержки.

На просторах СНГ владельцу приходиться весь груз материальных вложений брать на собственные плечи и мечтать о том, что когда-то затраты окупятся. Но если у владельца имеется возможность вложить первоначальную сумму в альтернативное оборудование, то это станет действительно выгодной инвестицией, о которой потомки будут вспоминать с благодарностью.

Специалисты утверждают, что отопительные системы с тепловыми насосами способны окупиться через три-четыре года. Данное заявление позволяет говорить о перспективности их использования в качестве обогревателей и кондиционеров для дома.

Топливное оборудование, работающее на солярке, жидком газе и угле не имеет даже минимальной возможности составить конкуренцию тепловому насосу для отопления ни по эксплуатационным затратам, ни по уровню комфорта, не говоря уже о безопасности и надежности работы отопительной системы. Но использовать бесплатные природные ресурсы будет экономически оправдано лишь в том случае, если поблизости не проходят магистральные газопроводы, и в ближайшее время газ проводить не планируется.

Тепловые насосы для отопления дома: типы, принцип действия

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия, преимущества и разновидности оборудования

Для поддержания оптимальной температуры воздуха внутри помещения независимо от температуры окружающей среды предназначена система отопления. Это комплекс элементов, которые получают, транспортируют и передают ко всем помещениям определённое количество тепла. Различают теплоносители:

  • первичный – передаёт тепло от системы получения энергии к тепловому носителю;
  • вторичный – передаёт теплоту помещению посредством отопительных приборов.

Система отопления дома – одно из важных и необходимых условий устройства зданий. Включает 3 элемента:

  • источник тепловой энергии;
  • коммуникации (теплопроводы);
  • отопительные приборы (радиаторы).

Бытовые насосы и их виды

Уже более двух тысяч лет человечество использует насосное оборудование. За это время оно постоянно усовершенствовалось и приобрело множество модификаций, из которых можно выделить две основные группы:

Насосами откачивают воду из скважин, недр земли, колодцев, выгребных ям, увеличивают в гидравлических системах давление воды. Бытовые насосы могут быть с электрическим источником питания, с двигателем внутреннего сгорания или ручными.

Насосы в системах отопления

Самое главное достижение в использовании насосного оборудования – это возможность полностью исключить необходимость использования твёрдого топлива, газа и других покупаемых источников теплоты.

В Европе владельцы своих домов стремятся к обустройству системы отопления, работающей за счёт природной энергии посредством тепловых насосов. Для отечественного рынка установка таких систем — новинка.

Тепловые насосы могут быть частью интегрированных систем, обогревающих и охлаждающих помещения. Модифицируются ТН (тепловых насосов) в зависимости от источника энергии (вода, земля, воздух).

Устройство теплового насоса

Теплонасос – это холодильник, который переносит тепло изнутри наружу.

Такая система включает:

  • тепловой насос;
  • оборудование забора (геотермальные зонды, коллекторы);
  • систему распределения тепла (радиаторы, тёплый пол, стены).

Тепловой насос состоит из:

  • испарителя;
  • конденсатора;
  • расширительного клапана (расширительного вентиля, понижающего давление за счёт разжижения газа);
  • компрессора (который сжижает газ и повышает давление).

Принцип действия

Общая модель показывает принцип работы системы. Чтобы проще понять весь процесс, будем исходить от простого к сложному. Сначала представим замкнутый контур с газом, приводимым в движение компрессором.

Добавив расширительный клапан, в системе будет образовано две области: с повышенным и пониженным давлением. Будучи сжимаемым, газ нагревается, а при снижении давления – охлаждается.

Причём наиболее высокая температура газа отмечается сразу при выходе из компрессора, а самая низкая температура газа в системе – в точке выхода из расширительного клапана.

Добавив в систему два теплообменника, с одной стороны нагретый газ через теплообменник-конденсатор будет часть тепла отдавать потребителю, с другой – уже охлаждённый посредством теплообменника-испарителя будет поглощать тепло от внешнего источника. Эта модель обладает функциями теплового насоса.

Полноценный вид ТН представляет собой после подключения к источнику низкотемпературного тепла (геотермальным зондам) и системе отопления (радиаторам, тёплым полам и стенам).

В промежуточном контуре циркулирует охлаждающая жидкость (хладагент), температура кипения которого чуть выше -5 °С. В одной части цикла он представляет собой жидкость, а в другой – газ.

Обычно используется фреон. Первоначально он находится в жидком состоянии. По мере нагревания его температура поднимается. Нагреваясь, фреон превращается в газ с температурой около пяти градусов.

Далее по цепи газ поступает в компрессор, сжимающий его. В результате на выходе выделяется максимально возможное для установки количество тепла (от +35 до +60-65°С). После горячий газ поступает в конденсатор, где происходит передача тепла от теплоносителя контурам системы обогрева помещения.

Отдав большую часть тепловой энергии, газообразный фреон поступает в расширительный клапан. Проходя через этот вентиль, резко падает давление и температура, значения которых в точке выхода из клапана имеют наименьшие значения в цикле.

Затем движение повторяет круг.

Альтернативное топливо для тепловых насосов

В таком инженерном решении, как тепловой насос, представлена удивительная возможность получать тепло из неиссякаемых основных природных источников и быть независимым от покупаемых энергоносителей. Солнце нагревает воздух, воду, землю. В любое время года практически повсюду эти источники обладают низкопотенциальным теплом. Так тепловые насосы бывают следующих категорий:

  • грунтовые (грунт-вода);
  • водные (вода-вода);
  • воздушные (воздух-вода).

Грунтовые насосы

Известно, что ниже точки замерзания, почва имеет стабильно положительную температуру (+4-6 ° С). Здесь разработаны два принципа получения тепла для отопления посредством:

  • горизонтального контура;
  • вертикального коллектора.

Горизонтальный геотермальный контур

Требуется в зависимости от типа грунта:

  • площадь от 200 м2 и более;
  • котлован глубиной от 1,2 до 2 м.

Слишком глубоко земля не накапливает тепло, и нет необходимости копать траншеи глубже.

Полиэтиленовые трубы укладываются в зависимости от участка горизонтальной змейкой (петлей, улиткой) в траншеи, заполняются антифризом (незамерзающей жидкостью), опрессовываются, закапываются.

Общая длина контура ориентировочно рассчитывается как 5 м. п. трубы на 1 м2 площади отапливаемого дома. Возможно использование спиральной укладки, что немного экономит площадь. Недостатки:

  • требует больших площадей;
  • больших материальных затрат;
  • нет функции пассивного охлаждения;
  • снижение температуры к концу отопительного сезона;
  • уменьшение теплоотдачи в зависимости от длины трубопровода;
  • усадка грунта не менее одного года;
  • запрещены посадки растений с развитой корневой системой;
  • нежелательны постройки на занимаемой территории.

Плюсы.

Такой способ считается максимально эффективным. В среднем, отдача с 1 м2 варьируется от 30 до 65-75 Вт в любых условиях окружающей среды. При отсутствии возможности занимать довольно большую территорию под укладку труб, стоит рассмотреть вариант с использованием вертикальных контуров.

Вертикальные зонды

Данный способ предполагает бурение нескольких скважин глубиной от 20 метров. На таком расстоянии от поверхности земля начинает нагреваться и имеет температуру от 8-10° С и больше. Зависит глубина бурения от:

  • месторасположения строения;
  • типа грунта.

Такой вариант устройства системы теплового насоса для отопления сооружения характеризуется:

  • значительными подготовительными и организационно-техническими работами;
  • наибольшими капитальными вложениями;
  • большой занимаемой площадью (при бурении нескольких скважин, минимальное расстояние между ними не должно превышать 8 метров);
  • таким недостатком, как постепенное снижение теплоотдачи с течением времени при большой глубине скважин;
  • погонной теплоотдачей 50-60 Вт.

Кластерное бурение

Существует технология бурения скважин, не требующая таких больших площадей. Это кластерное бурение. Здесь отличие в том, что под скважину отводится до 4 м2, размещена она может быть и под домом. Геотермальные тепловые насосы предусматривают использование труб:

  • полимерных;
  • коррозионно-стойких металлических.

Второй вариант более дорогой, но здесь выше показатели теплоотдачи с 1 м. п. за одинаковый отрезок времени, а также есть возможность уменьшить глубину скважин. Срок эксплуатации таких ТН (тепловых насосов) – 50-70 лет.

Насосы системы типа «вода-вода»

В холодное время года вода имеет вполне тёплую температуру +5-7° С. Работа таких ТН основана на использовании открытых скважин для забора и сброса грунтовых вод. На практике применяются два способа:

  • полимерные трубы, утяжелённые грузом, укладываются на дно водоёма. Производительность примерно 30 Вт с 1 п.м. Такой способ относительно проще в выполнении, но требует большой длины контура;
  • использование скважины-колодца, из которой энергия поступает в отопительную систему, и скважины для отвода остывшей воды.

Воздушные тепловые насосы

Системы воздушных ТН гораздо дешевле и проще, но менее эффективны. Различают два варианта таких насосов:

Сплит

Представлен наружным и внутренним боксами:

  • первый включает вентилятор и испаритель;
  • второй – конденсатор и систему автоматического управления. Расположение компрессора возможно в любом из боксов.

Моно

Составляющие комплектующие помещены в одном блоке. Монтируется система как внутри помещения, так и снаружи. Долговечность воздушных ТН около 20 лет.

Преимущества выбора системы отопления тепловым насосом

Установка таких систем для отопления дома отличается:

  • низким энергопотреблением (характеризуется теплоотдачей 3-7 кВт на 1 кВт затраченного электричества);
  • автономностью – нет необходимости подавать топливо и прокладывать тепловые коммуникации;
  • универсальностью – сочетание функций отопления и охлаждения;
  • безопасностью – не взрывоопасна, не выделяет СО2;
  • надёжностью – управляется автоматикой и проста в обслуживании;
  • долговечностью – срок службы прибора 20-70 лет;
  • комфортностью – бесшумна, не бывает скачков температуры и влажности;
  • экологичностью – выбросы не загрязняют природу.

Выбор в пользу установки теплового насоса при отсутствии рядом газопровода – это наиболее оптимальное решение.

А грамотные предварительные расчёты по проектированию дома, предусматривающие устройство тёплых полов и стен, использованию теплоизоляционных материалов в строительстве ограждающих конструкций, по выбору типа теплового насоса в комплексе даст максимальный эффект от эксплуатации дома.

  • Вадим Николаевич Лозинский
  • Распечатать
О цветах и даче
Добавить комментарий

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