Схема теплового насоса

Отопление тепловым насосом — это один из способов обогрева здания, альтернатива газовому котлу. В качестве источника энергии они используют тепло окружающей среды – земли, воздуха, воды и преобразовывают его в тепловую энергию для отопления дома.

Далее мы подробно и наглядно рассмотрим, схему, устройство и принцип работы теплового насоса.

Схема теплового насоса

Прежде чем рассмотреть как работает тепловой насос, нужно понять из каких основных элементов он состоит. Каждый насос независимо от способа получения тепла содержит:

• Испаритель;
• Компрессор;
• Конденсатор;
• Расширительный клапан.

Это основные элементы, которые присутствуют во всех видах тепловых насосов.

Порядок и принцип действия теплового насоса

Многим знаком принцип работы холодильника: тепло отбирается из внутренней части и выводится наружу — заднюю или боковую стенку.  Принцип отопления тепловым насосом похож.  Насос отбирает тепло из окружающей среды и переносит его в дом. Причем особенность работы его работы в том, что из окружающей среды он получает температуру 0 … +7 ˚С, а преобразовывает её в 35-50˚С.

Порядок работы:

1. Тепловой насос извлекает тепло из окружающей среды – земли, воздуха или воды. Достаточная температура – 0…7˚С.
2. Внутри насоса установлен испаритель с хладагентом. Это особая жидкость, которая закипает при температуре близкой к 0˚С.
3. За счет тепла полученного из окружающей среды хладагент закипает и принимает газообразную форму.
4. В виде газа хладагент поступает в компрессор. Здесь он сжимается, в результате чего увеличивается его давление и растет температура.
5. Далее уже нагретый газ поступает в конденсатор, где отдает тепло системе отопления. После чего он охлаждается и снова принимает жидкое состояние.
6. Жидкий хладагент поступает в расширительный клапан, где его давление понижается до начального низкого значения.
7. После этого хладагент возвращается в испаритель. Контур замыкается. Процесс повторяется непрерывно.

term.od.ua

Базовый принцип функционирования

Тепловой насос извлекает низкотемпературную энергию тепла из окружающей среды и преобразует ее в высокотемпературную, которая идет на нагрев жидкости в контуре отопительной системы или напрямую греет воздух в помещении. Функционирование теплонасоса базируется на физических и химических законах, давно открытых наукой.

Чтобы разобраться, как работает тепловой насос для отопления дома, нужно вспомнить принцип работы обычного холодильника. Отличие заключается в том, что процессы идут в обратной последовательности. В случае с холодильником рабочее вещество испаряется, за счет чего продуцирует холод. А в тепловом насосе рабочее вещество конденсируется и отдает при этом тепло.

Конструкция холодильника включает испаритель (морозильную камеру) — это источник холода в системе. Излишки тепла попадают на конденсаторную решетку (она расположена с тыльной стороны корпуса) и выбрасываются в воздух.

Теплонасос также нуждается в испарителе, который должен контактировать с природным источником низкотемпературной энергии. К ним относятся:

• воздушные массы снаружи дома;
• глубинная часть незамерзающих водоемов;
• земная кора ниже точки промерзания грунта.

В системе присутствует конденсатор — устройство, которое обеспечивает теплообмен. По сути, тепловой насос напоминает холодильник, в котором тепло целенаправленно уходит на прямой или косвенный обогрев помещения, а не выбрасывается в атмосферу за ненужностью.

Тепловой насос — система, которая работает циклически, ее рабочее вещество, как и в холодильнике — хладагент. В состав теплонасоса входит три контура:

• внешнего сбора — проложен во внешней среде, по нему перемещается теплоноситель с подходящими характеристиками, обычно это антифриз;
• коллектора — в его состав входит коллектор, теплообменники, клапаны и т.д.;
• внутреннего снабжения — для отопления помещений или поставки горячей воды в систему ГВС.

Принцип работы тепловых насосов для отопления дома достаточно прост. Пока теплоноситель движется по рабочему контуру (он может находиться на воздухе, в воде, в грунте), он получает низкую энергию тепла. Далее теплоноситель поступает в первый теплообменник — это испарительная камера, где он отдает аккумулированное тепло хладагенту, который циркулирует по внутреннему контуру системы.

Хладагент в жидком виде перемещается в испарительную камеру, где под воздействием низкого давления и температуры +5°С переходит в газообразное состояние. Газ поступает в компрессор, и в результате сжатия его температура скачкообразно возрастает. Газ движется дальше, в конденсатор, и отдает эту тепловую энергию системе отопления. Избавившись от излишков тепла, газ переходит в жидкое состояние, и цикл начинается заново.

Первичные контуры и функциональность системы

Для работы теплонасоса требуется источник тепловой энергии, которым может служить любая среда при условии, что в зимнее время ее температура стабильно будет превышать +1°С. Таким образом, практикуется установка агрегатов, получающих тепловую энергию из воды, воздуха и земли (из грунта или пород глубокого залегания).

Вода

Для прокладки первичного контура подходит любой естественный или искусственный водоем, при условии, что он не промерзает до дна. Длина трубопровода, погруженного на дно, определяется при расчете мощности теплового насоса — один метр смонтированного змейкой или кольцами трубопровода позволяет получить до 30 Вт тепловой энергии. То есть, теплонасос с трубопроводом длиной 500 метров способен обогреть дом, у которого потребность в тепле составляет 15 кВт.

Принцип работы теплового насоса вода-вода заключается в том, что полученное тепло используется на нагрев жидкого теплоносителя в радиаторной системе отопления или контуре теплого пола. Функциональность теплового насоса вода-вода достаточна, чтобы обеспечивать стабильный напольный обогрев, так как позволяет поддерживать температуру теплоносителя на уровне 45-60 градусов. Для полноценного радиаторного отопления с таким температурным режимом дом требуется серьезно утеплить.

Воздух

У теплового насоса вода-вода коэффициент преобразования в среднем составляет 1,5-2,2. В то время как тепловой насос воздух-воздух или воздух-вода превышают этот показатель приблизительно в два раза — коэффициент преобразования более 4.

Тепловые насосы, работающие по схеме «воздух-воздух» широко распространены, поскольку они не нуждаются в монтаже больших контуров. Любой инверторный кондиционер, сплит-системы, работающие на обогрев помещения, по сути, являются тепловыми насосами с небольшой эффективностью.

Воздушный тепловой насос имеет существенный недостаток — в морозную погоду ему негде брать тепло. Некоторые модели агрегатов рассчитаны на работу при -20°С, в остальных случаях предел не опускается ниже -10°С.

Помимо агрегатов «воздух-воздух» существует тепловой насос системы воздух-вода. Его отличие в том, что полученная тепловая энергия греет не воздух в помещении, а теплоноситель в отопительном контуре.

Принцип действия теплового насоса воздух-вода стандартный. При этом испаритель, дополнительно оснащенный вентилятором, устанавливают снаружи дома, а компрессор и конденсатор внутри. Подсоединив к теплообменнику водяной контур, можно обустроить напольный обогрев помещения.

Земля

Самым стабильным природным источником тепла являются горные породы на глубине свыше 20 метров, так как они постоянно подогреваются теплом от земного ядра. Но под установку контура из U-образной трубы приходится бурить глубокие скважины, что сказывается на цене установки. Геотермальные установки эффективны, но окупаются только через 10-15 лет эксплуатации при условии качественного утепления дома.

Более дешевый в монтаже вариант подразумевает укладку контура на полметра ниже уровня промерзания грунта. Схема укладки — змейкой или кругами. Монтаж такой системы требует большого объема земельных работ, кроме того, внешний контур может быть поврежден в процессе эксплуатации.

Самодельные установки

Агрегат, добывающий тепло из окружающей среды, можно создать самому, если взять за основу бытовой холодильник или кондиционер. Рассмотрим подробнее, как смонтировать тепловой насос своими руками. Подходящей альтернативой отоплению загородного дома послужит такая система, поскольку она не требует дорогостоящего подключения к газовой сети или постоянной заботы о покупке и доставке топлива.

Теплонасос из холодильника

Использование холодильника в качестве базиса для изготовления теплового насоса напрашивается по очевидной причине — конструкция агрегата включает такой ключевой элемент как компрессор.

На первом этапе работ следует изготовить конденсатор в виде емкости с теплообменным контуром в виде змеевика. Самодельный контур для циркуляции теплообменника лучше всего выполнить из тонкой медной трубки, предназначенной для монтажа инженерных сетей. Толщина стенки должна составлять не менее 1 мм. Трубку наматывают ровными витками на цилиндрический предмет подходящего диаметра. Затем готовый змеевик снимают с цилиндра. Для жесткости поверх витков змеевика можно установить перфорированные алюминиевые уголки, чтобы с равным шагом фиксировать витки к их отверстиям.

Самодельный конденсатор представляет собой емкость из прочного материала, устойчивого к высоким температурам. Лучше всего выбрать бак из нержавеющей стали емкостью порядка 100 литров. Чтобы в ходе монтажа змеевик не деформировался, рекомендуется разрезать резервуар, установить туда контур, и сварить разрезанную емкость обратно. При этом в баке следует прорезать выходные отверстия для концов змеевика — сверху и снизу. В отверстия ввариваются резьбовые патрубки.

На следующем этапе необходимо установить компрессор от старого бытового холодильника. Предварительно проверьте его исправность. Компрессор монтируют на стену помещения при помощи кронштейнов, и рядом с ним устанавливают остальное оборудование.

Трубы внутреннего контура заводят в испаритель — пластиковую емкость, объем которой должен соответствовать объему конденсаторного бака. Внутрь испарителя ставят змеевик из трубы, диаметр которой составляет ¾ дюйма. Для монтажа водяного контура применяются трубы ПВХ. На заключительном этапе систему заправляют фреоном — это должен сделать специалист, располагающий соответствующим оборудованием.

Тепловой насос из холодильника способен обогревать небольшое помещение или постройку — гараж, мастерскую.

Теплонасос из кондиционера

Самодельный тепловой насос из кондиционера изготавливается несколькими способами. К особенностям кондиционера можно отнести схожесть принципов его работы с функционированием теплового насоса. Но есть и ряд отличий, в том числе касающийся температурного режима работы — сплит-системы не приспособлены для функционирования при низких температурах. Чтобы из кондиционера выполнить тепловой насос, требуется самостоятельно модифицировать имеющуюся конструкцию.

Способ 1. Наружный блок кондиционера меняют местами с внутренним, в котором расположен испаритель. Функция испарителя в тепловом насосе — передавать низкопотенциальное тепло. Во внешнем блоке находится конденсатор, передающий тепловую энергию. Теплоносителем в системе служит вода или воздух. Если выбрана вода, конденсатор требуется смонтировать внутри резервуара, где будет передаваться тепло.

Способ 2. Климатическая техника полностью разбирается, а ее детали идут на сборку классической схемы, в которой задействованы испаритель, компрессор и конденсатор.

Из этого следует

Теплонасосы зарекомендовали себя как удобный и экономичный дополнительный источник тепла, подходящий в первую очередь для низкотемпературного обогрева домов — теплого пола, потолочной или плинтусной системы.

Такая установка может взять на себя обеспечение дома теплом в течение всего отопительного периода за исключением экстремально холодных дней, если речь идет не о геотермальном теплонасосе, функциональность которого не зависит от капризов природы. Поэтому параллельно отопительная система должна быть подключена к обычному котлу.

Чтобы по максимуму использовать получаемую тепловую энергию, необходимо позаботиться о качественном утеплении дома, обогреваемого такой установкой. Недостатком является высокая стоимость монтажа по-настоящему эффективной установки.

Видео по теме:

profiteplo.com

Что такое тепловой насос

Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным. Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом. Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается. Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача.

Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства – тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

Как работает тепловой насос

Любой теплонасос состоит из испарителя, конденсатора, расширителя, понижающего давление, и компрессора, который давление повышает. Все эти устройства соединены в один замкнутый контур трубопроводом. По трубам циркулирует хладагент, инертный газ с очень низкой температурой кипения, поэтому в одной части контура, холодной, он представляет собой жидкость, а во второй, теплой, он переходит в газообразное состояние. Точка кипения, как известно из физики, может меняться в зависимости от давления, вот зачем нужны в этой системе расширитель и компрессор.

Предположим, что снаружи теплоноситель циркулирует по трубам, уложенным в земле, поскольку он имеет низкую температуру, то проходя по ним, он нагревается, даже когда внешняя температура составляет всего около 4-5оС. Поступая в испаритель, который выполняет функцию теплообменника, теплоноситель отдает полученное тепло во внутренний контур системы, который заполнен хладагентом. Даже этого тепла достаточно, чтобы хладагент перешел из жидкого в газообразное состояние.

Двигаясь дальше, газ перемещается в компрессор, где под действием высокого давления сжимается, а его температура при этом повышается. Став горячим, газ поступает в конденсатор, который также является теплообменником. В нем происходит передача тепла от горячего газа к теплоносителю обратного трубопровода, входящего в отопительную систему дома. Отдав тепло, газ охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, в то время, как нагретый теплоноситель поступает в систему горячего водоснабжения и отопления. Проходя через редукционный клапан расширителя, сжиженный газ снова попадает в испаритель – цикл замыкается.

В холодное время года тепловые насосы работают на обогрев дома, а в жару – на его охлаждение. В этом случае принцип работы тот же, только летом тепло в теплоноситель поступает из внутренних помещений, а не снаружи.

Конструктивные особенности тепловых насосов

В настоящее время используются тепловые насосы, имеющие разные конструкции. Так, насос с открытым циклом применяют, когда дом расположен рядом с водоемом. В этом случае теплоноситель, вода, поступает в открытый контур, проходит весь цикл и, охлаждаясь, вновь сливается в водоем.

Геотермальные насосы закрытого типа прокачивают теплоноситель – воздух или воду, по трубам, заложенным глубоко в землю и проложенным по дну водоема. Закрытый цикл в экологическом плане считается более безопасным. К закрытому типу относятся насосы с вертикальным и горизонтальным теплообменником, которые используются, когда поблизости нет водоемов. Вертикальные тепловые насосы применяются, когда площадь земельного участка, на котором расположен дом, невелика. Иногда вертикальные насосы устанавливают в пробуренных поблизости скважинах.

В комплекс работ по установке теплового насоса входит проведение внутренних электромонтажных работ, прокладка внешнего трубопровода и внутренних воздуховодов.

Преимущества использования тепловых насосов

Экономическая выгода от использования тепловых насосов очевидна – их эксплуатация достаточно дешево обходится, поскольку электроэнергии тратится чуть больше, чем при работе холодильника. Цена оборудования также невысока, так же, как и стоимость монтажа и установки. Использование теплового насоса, позволяет избавиться от забот о приобретении и хранении топливных ресурсов, установке и эксплуатации отопительного оборудования, у вас в доме освобождаются дополнительные помещения, в которых раньше располагалась котельная.

www.kakprosto.ru

Как устроен и работает такой тепловой насос?

Грубо говоря, тепловой насос работает как холодильник, только наоборот. Холодильник выводит часть тепла наружу, чтобы понизить температуру внутри камеры. Поэтому задняя стенка холодильника заметно нагревается. Тепловой же насос «охлаждает» окружающую среду, нагревая теплоноситель, который циркулирует в домовой системе отопления.

Обычно тепловые насосы вода вода состоят из следующего набора устройств:

• наружного контура;
• внутреннего контура;
• испарителя;
• конденсатора;
• компрессора.

Наружный контур представляет собой трубу, по которой циркулирует грунтовая вода. Она поступает в систему из скважины, проходит через наружный контур, отдавая системе тепловую энергию с низким потенциалом, а затем сбрасывается в другую скважину. Иногда внутри наружного контура, погруженного в воду, находится специальная жидкость, именуемая «рассолом». Это тоже вполне эффективный способ собрать находящееся в окружающей среде тепло.

Обратите внимание! Если возле дома имеется открытый водоем, его также можно использовать в качестве источника тепла. При этом нет необходимости бурить скважины для забора и сброса грунтовой воды.

Тепло грунтовой воды поступает в испаритель. Сюда же попадает через капиллярное отверстие находящийся под давлением хладагент. Снижение давления вызывает процесс испарения и тепло с внутренних стенок испарителя передается хладагенту. Газообразный хладагент поступает в компрессор, где происходит процесс его сжатия, после чего он направляется в конденсатор.

Здесь хладагент снова переходит в жидкое состояние, а полученная в результате энергия используется для подогрева теплоносителя, который циркулирует в трубах отопительной системы дома. Таким образом, низкопотенциальная тепловая энергия воды преобразуется в энергию с высоким потенциалом и позволяет даже в сильные морозы обогревать дом вполне эффективно. Наглядно этот процесс представлен на схеме теплового насоса вода вода.

Качество работы теплового насоса во многом зависит от колебаний температуры воды. Чем стабильнее температура, тем лучше обогрев. В скважине температура воды на протяжении всего года колеблется в пределах 7-12 градусов, что позволяет использовать оборудование очень эффективно. Чтобы автоматизировать работу устройства, используют терморегулятор, который включает и отключает компрессор, поддерживая в температуру в помещениях на определенном уровне.

Как самостоятельно сделать такое устройство?

Самодельный тепловой насос типа «вода-вода» представляет собой набор готовых агрегатов, которые необходимо подключить в правильной последовательности. Выглядит просто, но на практике все дело можно испортить из-за отсутствия грамотных расчетов. Они необходимы, чтобы выяснить оптимальную мощность компрессора, диаметр трубы теплообменника, а также прочие параметры системы. У неспециалистов есть несколько вариантов решения этой проблемы:

• воспользоваться специальным программным обеспечением (например, программами CoolPack 1,46 и Copeland);
• использовать он-лайн калькуляторы, которые предлагаются на сайтах производителей такого оборудования;
• пригласить специалиста, который поможет все рассчитать за определенную плату или по доброте душевной.

Итак, теперь о каждой детали подробнее.

Деталь #1 — компрессор

Самый простой способ обзавестись подходящим компрессором — снять его с кондиционера, например, со сплит-системы марки LG. Семиваттный компрессор имеет мощность в 9,7кВт при производстве тепла и 7,5 кВт — при охлаждении. Дополнительное достоинство таких компрессоров — низкий уровень шума при работе.

Во многих компрессорах используется фреон R22, температура кипения которого составляет -10, конденсирования — +55. В 2030 году этот хладагент будет запрещен к использованию. Достойной альтернативой может стать более «молодой» фреон R422. Впрочем, сменить хладагент можно не только при создании теплового насоса, но и в любое подходящее время.

Деталь #2 — конденсатор

Для изготовления конденсатора можно использовать бак из нержавеющей стали примерно на 120 литров. Его разрезают пополам, внутрь монтируют медный змеевик, приваривают соединения с двухдюймовой резьбой, затем половинки бака соединяют с помощью сварки. Площадь змеевика, по которому будет циркулировать хладагент, рассчитывается по формуле:

ПЗ = МТ/0,8РТ, где:

• ПЗ — площадь змеевика;
• МТ — Мощность тепла, выдаваемого системой, кВт;
• 0,8 — коэффициент теплопроводности при взаимодействии воды и меди;
• РТ — разница температуры воды на входе в систему и на выходе из нее, градусов Цельсия.

Для изготовления змеевика подойдет полудюймовая медная труба, специальная холодильная или чистая сантехническая. Рекомендованная толщина стенки трубы 1-1,2 мм. Чтобы превратить отрезок трубы нужной длины в змеевик, достаточно намотать ее на любой подходящий цилиндр, например, на газовый баллон. Концы змеевика выводят наружу, используя сантехнические переходники. Для обеспечения герметичности соединения следует воспользоваться льном и зажимной гайкой.

Обратите внимание, что вход фреоновода должен располагаться в в верхней части конденсатора, чтобы предотвратить образование пузырьков.

Деталь #3 — испаритель

На роль испарителя подойдет пластиковая бочка объемом 127 л. Удобнее, если у нее будет широкая горловина. Рассчитывают испаритель также, как и конденсатор. Медную трубу можно скрутить медной же проволокой, без всякой изоляции.

Специалисты рекомендуют использовать для самодельных тепловых насосов испарители «затопленного» типа, в которых сжиженный хладагент поступает в воду снизу, а испаряется в верхней части. Переходники можно изготовить из горловин обычных пластиковых бутылок, которые фиксируют с помощью льна и герметика. Для подачи и отвода воды подойдут стандартные канализационные трубы. При монтаже терморегулирующего клапана, перед началом пайки трубы линии выравнивания, следует обмотать его влажной тканью, поскольку этот элемент нельзя нагревать более, чем до 100 градусов.

Сборка и заправка фреоном

Чтобы собрать подготовленные устройства в единую систему, понадобится сварочный аппарат. У входа в компрессор рекомендуется сделать заправочный клапан, который пригодится в дальнейшем. Затем с помощью специального вакуумного насоса следует проверить систему на вакуум.

Чтобы заправить систему фреоном, понадобится баллон, содержащий не менее 2 кг хладагента. После заправки рекомендуется выждать несколько дней, проверяя давление в системе. Если оно остается постоянным, значит, протечки отсутствуют. Если же давление снижается, определить места протечек можно самым простым способом: с помощью мыльной пены. Неопытным мастерам лучше обратиться к мастеру, который заправит оборудование профессионально и надежно.

Для автоматического регулирования работы системы рекомендуется использовать пусковое однофазное реле на 40А, предохранитель 16А, электрический щиток и DIN рейку. Понадобится два каппилярных датчика температуры: у выхода из системы (рекомендуемое максимальное значение температуры — 40 градусов) и на выходе из испарителя (температура отключения — 0 градусов, чтобы не допустить замерзания системы). Если для учета показаний обоих термодатчиков используется контроллер, следует помнить, что его настройки могут сбиться при отключении электроэнергии.

После того, как система готова, а ее элементы размещены в удобных местах, следует соорудить две отдельные скважины для забора и сброса грунтовой воды и подвести наружный контур к системе. В местностях, где бурение скважин связано с определенными проблемами, заняться этим вопросом следует в первую очередь. Если скважины пробурить не удастся, возможно, придется выбрать другой вариант теплового насоса, например, «земля-вода».

В следующем видеоматериале продемонстрирована работа насоса самодельного теплового насоса:

Несколько полезных рекомендаций

Перед тем, как приступать к изготовлению теплового насоса, следует оценить уровень теплоизоляции здания и повысить ее до максимального уровня. Иначе эффективность этой системы будет стремиться к нулю.

Лучше всего применять тепловой насос в комплекте с низкотемпературными системами отопления. Чаще всего агрегат подключают к системе «теплый пол». Успешным может быть опыт с системами теплых стен, больших по площади радиаторов и т. п. Эффективность системы будет тем выше, чем меньше разница температур на наружном и внутреннем контурах.

Чтобы снизить затраты на сооружение теплового насоса, рекомендуется использовать дополнительный источник тепла: газовый, электрический или твердотопливный котел. Требуемая мощность и расходы на сооружение теплового насоса будут меньше, а стоимость отопления жилища сократится.

aqua-rmnt.com

Принцип работы устройства теплового насоса

В своей работе комплекс реализует отбор и передачу тепла от следующих сторонних источников теплоты малого теплосодержания и потенциала:

1. Слои почвы;
2. Водоемы;
3. Потоки, пласты грунтовых вод;
4. Окружающий воздух.

Перечисленные источники приобретают теплоту от излучения Солнца и раскаленного внутреннего ядра планеты. Солнечное тепло частично отражается и рассеивается, но до 45 % лучистой энергии поглощается поверхностью Земли. При низких температурах воздуха в зимний период года поверхностный слой теряет свое тепло, но расположенные немного глубже пласты грунта и воды сохраняют приобретенное тепло.

Для климатических зон России глубина точки промерзания (потери теплоты) имеет следующие средние значения:

1. Южные регионы: 0,6 – 1,0 м;
2. Средняя полоса: 1,0 – 1,8 м;
3. Северные регионы и Заполярье – от 1,8 до 2,5 метров.

Наружная сеть теплового насоса собирает тепло от источников, передает его в устройство теплового насоса, где за счет использования физических процессов увеличивает его потенциал. Полученный с помощью процессов испарения, конденсации, сжатия хладагента объем теплоты передается на нужды отопления и горячего водоснабжения.

В летнее время тепловой насос, реализуя свой принцип работы, может забирать тепло из помещений и отдавать его в окружающую среду.

Конструкция теплового насоса

В состав комплекса теплового насоса отопления входят следующие основные устройства и элементы:

1. Наружная сеть сбора тепла;
2. Испарительный теплообменный аппарат;
3. Компрессорная установка;
4. Теплообменник конденсатор;
5. Дроссельный клапан;
6. Внутренний комплекс передачи тепла.

Наружная сеть погружена в источник теплоты и заполнена незамерзающим теплоносителем. В его качестве чаще всего используется раствор поваренной соли. Теплоноситель циркулирует по обширной сети контура, приобретает тепло, перемещает его в испаритель. В испарителе он разогревает хладагент на 5 – 8 градусов Цельсия. Хладагент в силу своих физических свойств (низкая величина температуры кипения) испаряется и покидает теплообменный аппарат.

Далее газообразный хладагент сжимается компрессорной установкой, температура его повышается пропорционально давлению. Затем газ поступает в конденсатор, где охлаждается и конденсируется теплоносителем внутренней системы отопления и ГВС. При этом выделяется большое количество теплоты конденсации, теплоноситель нагревается и поступает в радиаторы отопления, бойлер горячего водоснабжения.

Сконденсировавшийся хладагент стекает в нижнюю часть теплообменника конденсатора, проходит дроссельную заслонку. В процессе дросселирования хладагент сильно расширяется, снижается его температура и избыточное давление.

В итоге цикл замыкается в испарительном аппарате – хладагент вновь нагревается и транспортирует тепло в конденсатор.

Виды тепловых насосов

По источнику сбора тепла выделяют следующие виды тепловых насосных агрегатов;

1. Грунт – вода;
2. Вода – вода;
3. Вода – воздух;
4. Воздух – воздух.

 Первый вариант  устройства – наиболее распространенный. Это обусловлено отсутствием водоемов, глубоким залеганием грунтовых вод, грунт же присутствует везде. Внешний контур выполняется из полимерных труб, укладывается двумя способами. При горизонтальном размещении сеть трубопроводов укладывают на площади до 50 квадратных метров на глубину, превышающую точку промерзания грунта. При вертикальном расположении труб они монтируются в шурфы до 100 метров глубиной. Собранное тепло передается теплоносителю водяного отопления.

 Второй вариан т реализуется расположением контура сбора тепла в водоемах или скважинах грунтовых вод. Эффективность его несколько ниже, применение обусловлено наличием водного источника теплоты сниженного потенциала.

Конфигурацией теплового насоса типа «вода источника – вода системы отопления» является модель «вода – воздух». В этом случае тепловой поток передается системе воздушного отопления объекта – воздух нагревается в калорифере приточной установки вентиляции, распределяется по отдельным помещениям через воздуховоды.

 Последний вид  насоса отопления – система «воздух – воздух». Эта конфигурация встречается реже других. Причиной этого является низкая температура окружающего воздуха, модель может реализовать свой принцип работы в южных регионах в весенний (осенний) период.

Анализ эффективности теплового насоса

Конструкция теплового насоса для обогрева помещений – перспективный вид альтернативного отопления. Способ отопления обладает следующими достоинствами:

1. Энергетическая эффективность;
2. Экологическая и пожарная безопасность;
3. Возможность применения в любой климатической зоне;
4. Относительная экономическая эффективность;
5. Многофункциональность.

Экологическая безопасность обусловлена полной нейтральностью для здоровья человека веществ, используемых в процессе – фреона, водного раствора поваренной соли, воды. Высокая пожарная безопасность гарантируется отсутствием огня, раскаленных поверхностей, взрывоопасных смесей веществ.

Строительство теплового насоса возможно в любых широтах, при этом будет варьироваться коэффициент полезного действия комплекса.

Экономическая эффективность вызвана минимальными затратами на получение тепла реализуемым принципом работы теплового насоса. Тепловой насосный агрегат зимой может выполнять функции комплекса отопления, летом – системы кондиционирования.

Наряду с преимуществами система отопления с теплым насосом в качестве источника теплоты имеет следующие недостатки:

1. Высокая стоимость;
2. Большой срок окупаемости;
3. Сложность управления;
4. Трудности самостоятельного изготовления.

Высокая стоимость оборудования и материалов обусловлена большим объемом трубопроводов, дороговизной компрессора, теплообменных аппаратов. При укладке и обустройстве внешних контуров сбора тепла потребуются значительные по объему монтажные и строительные работы.

Срок окупаемости финансовых затрат составляет период в 9 – 11 лет. За это время оборудование уже достигает высокой степени износа. Самостоятельное изготовление отдельных высокотехнологических компонентов системы теплового насоса – компрессора, испарителя, конденсатора, заполнение системы фреоном – произвести практически невозможно. Самодельные устройства не дают гарантии эффективности и функционирования комплекса в целом.

Для сооружения комплекса и реализации принципа теплового насоса отопления предварительно нужно произвести оценку эффективности и необходимости применения. В пользу строительства насоса выступают условия недостатка источников энергии классического вида – природного газа, электрической энергии, твердого и жидкого топлива. Сложность устройства, высокая стоимость, длительный срок окупаемости заставляют задуматься, провести качественный анализ перед внедрением этого вида альтернативного источника тепла.

greypey.ru

Проще говоря…

Чтобы охладить бутылку минеральной воды, Вы ее ставите в холодильник. Холодильник должен «забрать» у бутылки часть тепловой энергии и, согласно закону сохранения энергии, ее куда-то переместить, отдать. Холодильник переносит теплоту на радиатор, обычно расположенный на задней его стенке. При этом радиатор нагревается, отдавая свое тепло в помещение. Фактически он отапливает помещение. Это особенно заметно в маленьких минимаркетах летом, при нескольких включенных холодильниках в помещении.

Предлагаем пофантазировать. Предположим, что мы будем постоянно подкладывать теплые предметы в холодильник, а он будет, охлаждая их, нагревать воздух в помещении. Пойдем на «крайности»… Расположим холодильник в оконном проеме открытой дверкой «морозилки» наружу. Радиатор холодильника будет находиться в помещении. В процессе работы холодильник будет охлаждать воздух на улице, перенося в помещение «забранную» теплоту. Так и работает тепловой насос, забирая рассредоточенное тепло у окружающей среды и перенося его в помещение.

Где насос берет тепло?

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

Ими могут быть:

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

Как устроен тепловой насос и система отопления с ним?

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

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

В составе функционального контура теплового насоса «числятся»:

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

Процесс выглядит приблизительно так!

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

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

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

Цикл замкнулся и готов к повтору!

Приблизительный расчет теплопроизводительности установки

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

Для расчета тепловой мощности такого контура воспользуйтесь формулой:

где:

Разновидности тепловых насосов

По типу используемого вида рассеянного тепла различают тепловые насосы:

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

Некоторые нюансы эксплуатации

Эффективное использование принципа работы теплового насоса требует соблюдения нескольких условий:

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

Подытожим сказанное!

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

plusteplo.ru