Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов


31.08.2014

Сжигание классического топлива (газ, дрова, торф) является одним из древних способов получения тепла. Однако истощение традиционных источников энергии побудили человека искать более сложные, но не менее эффективные альтернативные варианты. Одним из ни стало изобретение теплового насоса, работа которого основана на школьных законах физики.

Работа теплового насоса

Очень сложный на первый взгляд принцип работы тепловых насосов базируется на нескольких простых законах термодинамики и свойствах жидкостей и газов:

  1. Когда газ переходит в жидкое состояние (конденсация), выделяется тепло
  2. Когда жидкость переходит в газ (испарение), поглощается тепло

Большинство жидкостей могут закипать при достаточно высоких температурах, близких к 100 градусам. Но встречаются вещества и с достаточно низкими температурами кипения. У фреона она около 3-4 градусов. Превращаясь в газ, он легко сжимается и внутри емкости начинает расти температура.

принцип работы тепловых насосов

Теоретически фреон можно сжимать до получения любых желаемых температур, но на практике ограничиваются 80-90 градусами, необходимыми для полноценной работы классической системы отопления.

Видео о технологии работы


Схема теплового насоса

Работоспособность большинства тепловых насосов базируется на тепле грунта, в котором на протяжении года температура практически не колеблется (в пределах 7-10 градусов). Тепло перемещается между тремя контурами:

  1. Контур отопления
  2. Тепловой насос
  3. Рассольный (он же земляной) контур

Классический принцип работы тепловых насосов в отопительной системе состоит из следующих элементов:

схема насоса теплового

  1. Теплообменник, отдающий внутреннему контуру тепло, забираемое у земли
  2. Сжимающее устройство
  3. Второе теплообменное устройство, передающее отопительной системе энергию, получаемую во внутреннем контуре
  4. Механизм, понижающий давление в системе (дросселе)
  5. Рассольный контур
  6. Земляной зонд
  7. Отопительный контур

Труба, которая выполняет роль первичного контура, помещается в колодец или закапывается непосредственно в землю. По ней перемещается незамерзающий жидкий теплоноситель, температура которого повышается до аналогичной характеристики земли (около +8 градусов) и поступает во второй контур.

вторичный контур

Вторичный контур забирает тепло у жидкости. Циркулирующий внутри фреон начинает закипать и преобразовываться в газ, который направляется в компрессор. Поршень сжимает его до 24-28 атм, благодаря чему происходит увеличение температуры до +70-80 градусов.

увеличиваем энергию

На данном рабочем этапе происходит концентрирование энергии в один небольшой сгусток. Благодаря этому увеличивается температура.

третий рабочий контур теплового насоса

Разогретый газ поступает в третий контур, который представлен системами горячего водоснабжения или даже отопления дома. При передаче тепла возможны потери до 10-15 градусов, но они оказываются не существенны.


цикл работы теплового насоса

Когда фреон остывает, происходит уменьшение давления, и он вновь превращается в жидкое состояние. При температуре 2-3 градуса он поступает обратно во второй контур. Цикл повторяется снова и снова.

Основные виды

Устроен принцип работы тепловых насосов так, чтоб они легко эксплуатировались без перебоев в широком диапазоне температур – от -30 до +40 градусов. Наибольшую популярность получили следующие два вида моделей:

  • Абсорбционного типа
  • Компрессионного типа

Абсорбционного типа модели имеют достаточно сложное устройство. Они передают полученную тепловую энергию непосредственно при помощи источника. Их эксплуатация значительно снижает материальные затраты на расходующиеся электричество и топливо. Компрессионного типа модели для переноса тепла потребляют энергию (механическую и электрическую).

В зависимости от применяемого теплового источника насосы подразделяются на следующие виды:

  1. Перерабатывающие вторичное тепло – самые дорогостоящие модели, получившие популярность для обогрева объектов в промышленности, в которых вторичное тепло, вырабатываемое другими источниками, расходуется в никуда
  2. Воздушные – забирающие тепло из окружающего воздуха
  3. Геотермальные – выбирают тепло из воды или земли

По видам входного/выходного теплоносителя все модели можно классифицировать следующим образом – грунт, вода, воздух и их различные сочетания.

Геотермальные тепловые насосы

Популярными являются геотермальные модели насосов, которые подразделяются на два вида: замкнутого или открытого типа.

Простое устройство открытых систем позволяет нагревать проходящую внутри воду, которая в последствии вновь поступает в землю. Идеально она работает при наличии неограниченного объема чистого жидкого теплоносителя, который после потребления не наносят вред среде.

Замкнутые системы геотермальных тепловых насосов делят на следующие разновидности:

  • Водный – коллектор располагается в водоеме на непромерзаемой глубине
  • С вертикальным расположением – коллектор помещается в скважину на глубину до 200 м и применим в местностях с неровным ландшафтом
  • С горизонтальным расположением – коллектор помещается в землю на глубину 0.5-1 м, очень важно обеспечить на ограниченной площади большой контур

Насос типа воздух-вода

Одним из наиболее универсальных вариантов является модель «воздух-вода». В теплые периоды года она весьма эффективна, но зимой производительность может существенно падать.

тепловой насос воздух вода


Преимуществом системы является простой монтаж. Подходящее оборудование может монтироваться в любом удобном месте, например, на крыше. Тепло, которые в виде газа или дыма удаляется из помещения, может использоваться повторно.

Тип вода-вода

Тепловой насос «вода-вода» один из самых эффективных. Но его использование может быть ограничено наличием поблизости водоема или недостаточной глубиной, на которой в зимний период не наблюдается существенного падения температуры.

Низко потенциальная энергия может выбираться из следующих источников:

  • Грунтовые вода
  • Водоемы открытого типа
  • Сточные промышленные воды

тепловой насос принцип вода - вода

Наиболее прост принцип работы тепловых насосов у моделей, отбирающих тепло в водоеме. Если принято решение использовать подземные воды, может потребоваться бурение колодца.

Тип грунт-вода

Тепло из грунта можно получать на протяжении всего года, так как на глубинах от 1 м температура практически не меняется. В качестве носителя тепла используют «рассол» — незамерзающую жидкость, которая циркулирует по пластиковым трубам.

насос тепловой тип грунт вода


Один из недостатков системы «грунт-вода» — необходимость большой площади для достижения желаемой эффективности. Нивелировать его стараются укладкой труб кольцами.

Коллектор можно располагать в вертикальном положении, но потребуется скважина глубиной до 150 м. На дне монтируются зонты, отбирающие тепло грунта.

Плюсы и минусы отопительных систем с тепловым насосом

Тепловые насосы нашли широкое применение в системах отопления частной жилой площади или промышленных площадей. Они постепенно вытесняют более классические источники энергии благодаря надежности и экономичности.

Среди многочисленных преимуществ, которые предоставляет эксплуатация теплового насоса, выделяют:

  • Экономия материальных средств на техническом обслуживании систем и теплоносителе
  • Насосы работают полностью в автономном режиме
  • В окружающую среду не выделяются вредные продукты горения и прочие токсичные вещества
  • Пожаробезопасность монтируемого оборудования
  • Возможность легко реверсировать работу системы

Несмотря на массу преимуществ, необходимо принять во внимание и отрицательные стороны эксплуатации теплового насоса:

  • Большие первоначальные вложения на обустройства отопительной системы – от 3 до 10 тысяч долларов
  • В холодные периоды, когда температура отпускается ниже -15 градусов, необходимо подумать об альтернативных вариантах отопления
  • Отопление, основанное на работе теплового насоса, наиболее эффективно только в системах низкотемпературным теплоносителем

Еще одно схематичное видео:

Подводим итоги

Узнав и освоив принцип работы теплового насоса, можно подумать и принять решение о целесообразности его установки и использования. Первоначальные затраты, которые могут показаться очень масштабными, в скором времени окупятся и начнут приносить своеобразную прибыль в виде экономии на классическом топливе.

v-teplo.ru

Откуда насос берет тепло?

 
Функционирует тепловой насос, благодаря эксплуатации природных низкопотенциальных источников тепловой энергии, среди которых:

  • окружающий воздух;
  • водоемы (реки, озера, моря);
  • грунт и грунтовые артезианские и термальные воды. 

Система отопления с тепловым насосом

 
Когда для обогрева используется тепловой насос — принцип работы его основан на интеграции в отопительную систему. Она состоит из двух контуров, к которым добавляется третий, представляющий собой конструкцию насоса. 


кпд теплового насоса

Теплоноситель, забирающий на себя тепло из окружающей среды, циркулирует по внешнему контуру. Он попадает в испаритель насоса и отдает хладагенту примерно 4 -7 °C, притом, что его температура кипения равна -10 °C. В результате хладагент закипает и дальше переходит в газообразное состояние. Уже охлажденный теплоноситель во внешнем контуре направляется на следующий виток для набора температуры.

Состоит функциональный контур теплового насоса из:

  • испарителя;
  • хладагента;
  • электрического компрессора;
  • конденсатора;
  • капилляра;
  • терморегулирующего управляющего устройства. 

Процесс, как работает тепловой насос, выглядит примерно так:

  • хладагент после закипания, двигаясь по трубопроводу, попадает в компрессор, работающий при помощи электроэнергии. Это устройство сжимает хладагент, находящийся в газообразном состоянии, до высокого давления, что вызывает повышение его температуры;
  • горячий газ попадает в другой теплообменник (конденсатор), в котором тепло хладагента отдается теплоносителю, циркулирующему по внутреннему контуру отопительной системы, или воздуху в помещении;
  • остывая, хладагент переходит в жидкое состояние, после чего проходит сквозь капиллярный редукционный клапан, теряя давление, и затем снова оказывается в испарителе;
  • таким образом, цикл завершился, и процесс готов повториться. 

тепловой насос принцип работы и особенности

Примерный расчет теплопроизводительности

На протяжении часа через насос по внешнему коллектору проходит 2,5-3 кубометра теплоносителя, который земля в состоянии нагреть на ∆t = 5-7 °C (прочитайте также: «Важно знать: как продумать расчет теплового насоса»). Чтобы рассчитать тепловую мощность данного контура, следует воспользоваться формулой:

Q = (T1 — T2) x V, где:
V – расход теплоносителя в час (м3/час);
T1 — T2  — разница температуры на входе и входе (°C) .

Виды тепловых насосов

В зависимости от вида потребляемого рассеянного тепла тепловые насосы бывают:

  • грунт-вода — для их работы в водяной отопительной системе используются закрытые грунтовые контуры или геотермальные зонды, находящиеся на глубине (подробнее: «Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы»);

  • вода-вода — принцип работы теплового насоса для отопления дома в данном случае основывается на использовании открытых скважин для забора грунтовых вод и их сброса (прочитайте: «Как подобрать водяной насос для отопления»). При этом внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;
  • вода-воздух – устанавливают внешние водяные контуры и задействуют отопительные конструкции воздушного вида;
  • воздух-воздух – для их функционирования используют рассеянное тепло наружных воздушных масс плюс воздушная система отопления дома. 

тепловой насос принцип работы и устройство

Преимущества тепловых насосов

 

  1. Экономичность и эффективность. Принцип действия тепловых насосов, изображенных на фото, основан не на производстве тепловой энергии, а на переносе ее. Таким образом, КПД теплового насоса должен быть больше единицы. Но как такое возможно? В отношении работы тепловых насосов используется величина, которая называется коэффициентом преобразования тепла или сокращенно КПТ. Характеристики агрегатов данного типа сравнивают именно по этому параметру. Физический смысл величины заключается в определении соотношения между количеством полученного тепла и затраченной на его получение энергии. Например, если коэффициент КПТ равен 4,8, это означает, что электроэнергия в 1кВт, затраченная насосом, позволяет получить 4,8 кВт тепла, причем безвозмездно от природы.
  2. Универсальное повсеместное применение. В случае отсутствия доступных для потребителей линий электропередач работу компрессора насоса обеспечивают при помощи дизельного привода. Поскольку природное тепло есть повсюду, принцип работы этого устройства позволяет использовать его повсеместно.
  3. Экологичность. Принцип работы теплового насоса основан на малом потреблении электроэнергии и отсутствии продуктов горения. Используемый агрегатом хладагент не содержит хлоруглеродов и полностью озонобезопасен.
  4. Двунаправленный режим функционирования. В отопительный период тепловой насос способен обогревать здание, а в летнее время охлаждать его. Тепло, отобранное у помещения, можно применять для обеспечения дома горячим водоснабжением, а, если имеется бассейн, подогревать в нем воду.
  5. Безопасная эксплуатация. В работе тепловых насосов отсутствуют опасные процессы – нет открытого огня, и не выделяются вредные для здоровья человека вещества. Теплоноситель не имеет высокой температуры, что делает устройство безопасным и одновременно полезным в быту.
  6. Автоматическое управление процессом обогрева помещений. 


Принцип работы теплового насоса, достаточно подробное видео:

Некоторые особенности эксплуатации насосов

Чтобы обеспечить эффективную работу теплового насоса, необходимо соблюдать ряд условий:

  • помещение должно быть качественно утепленным (теплопотери не могут превышать 100 Вт/ м²);
  • тепловой насос выгодно использовать для низкотемпературных отопительных систем. Данному критерию соответствует система теплого пола, поскольку ее температура 35-40°C. КПТ во многом зависит от соотношения между температурой входного контура и выходного. 

основной принцип работы теплового насоса

Принцип работы тепловых насосов заключается в переносе тепла, что позволяет получать коэффициент преобразования энергии величиной от 3 до 5. Другими словами каждый 1 кВт использованной электроэнергии приносит в дом 3-5 кВт тепла. 

teplospec.com

Лучшие умы человечества разрабатывают новые технологии для создания энергии с целью сократить расход природных запасов. Достойным вариантом выступает тепловой насос. В зависимости от оборудования для работы может понадобиться грунт, вода либо же воздух. В статье будет описан принцип работы тепловых насосов.

Содержание:

  1. Что такое тепловой насос
  2. Принцип работы теплового насоса системы «земля-вода» и «земля-воздух»
    • Плюсы и минусы схемы работы теплового насоса
  3. Принцип работы теплового насоса системы «воздух-воздух» и «воздух-вода»
    • Плюсы. Минусы
  4. Принцип работы теплового насоса системы «вода-воздух» и «вода-вода»
    • Плюсы. Минусы
  5. Лучшие производители
  6. Сборка системы своими силами
  7. Итог

Ниже будут рассмотрены следующие вопросы:

  • разновидность агрегатов, их плюсы и минусы;
  • принцип работы оборудования;
  • устройство отопительной системы.

Что такое тепловой насос

  • Тепловой насос используется как для полноценного отопления дома, так и при обустройстве теплых полов. Принцип работы заключается в следующем: теплоноситель поступает в теплообменник. Хладагент под действием полученного тепла генерирует в газ, нагретый до максимальных температур. Во втором теплообменнике он отдает свое тепло жидкому носителю, последний уже проходит по трубам отопительной системы.
  • На рынке производителями представлено несколько видов тепловых насосов, которые могут использовать различные виды «топлива»: грунт, воздух и вода.

Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов

  • Геотермальные котлы еще мало используются в нашей стране ввиду своей высокой стоимости. Но принцип работы теплового насоса завоевывает все больше поклонников и получает положительные отзывы.

Принцип работы теплового насоса системы «земля-вода» и «земля-воздух»

  • Геотермальное оборудование, использующее в качестве топлива грунт, обеспечивает поступление нагретого воздуха в помещения посредством водопроводов либо воздуховодов, что и дает название данным системам.
  • Физические свойства грунта позволяет хранить тепло, полученное в течение дня от солнца. Коллектор монтируется глубоко в земле, ниже глубины ее промерзания. Теплоноситель, постоянно циркулирующий по каналам коллектора, забирает на себя это рассеянное тепло.
  • Самой низкопотенциальной энергии недостаточно, чтобы обогреть даже собачью конуру. Однако этого хватит для закипания хладагента, являющимся следующим этапом отопительной системы. Под воздействием температуры хладагент обретает газообразное состояние и поступает в компрессор, где происходит сжатие газа.
  • Под растущим давлением у газа повышается температура и уже при выходе из компрессора она составляет 70-120 градусов, иногда и выше. Хладагент в конденсаторе передает накопленную температуру теплоносителю.

Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов

  • По пути к редукционному устройству газ превращается в жидкость, которая двигается через дроссель, где происходит резкое падение давления обратно к испарителю. Такая схема работы теплового насоса, если не вдаваться в мельчайшие подробности, и обеспечивает отопление помещений.
  • Электропитание необходимо для компрессора, перекачивающего хладагент. При затрате 1 кВт на выходе получаем 4 кВт тепловой энергии, где разница в 3 кВт получена от грунта.

Плюсы и минусы схемы работы теплового насоса

Из положительных свойств можно отметить постоянство источника тепла. То есть на определенной глубине даже в самый лютый мороз температура грунта не меняется.

Минус системы заключается:

  • в высокой цене оборудования и дорогих установочных работах – наем техники для копки ямы и привлечение специалистов для подключения. Хотя здесь можно воспользоваться горизонтальным коллектором и выкопать траншею собственными силами;
  • в «оккупации» большой площади, отведенной под монтаж коллектора. Как правило, данный участок значительно превышает площадь отапливаемого дом;

Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов

  • в отсутствии возможности использовать территорию под зеленые насаждения, потому как на их корни будут постоянно воздействовать отрицательные температуры. К тому же при аварийной ситуации может понадобиться раскопать часть участка для осмотра поломки оборудования.

Принцип работы теплового насоса системы «воздух-воздух» и «воздух-вода»

  • Технология подразумевает под собой работу оборудования, осуществляющее забор воздуха из атмосферы для дальнейшего его прогрева. Это могут быть современные «умные» кондиционеры и тепловые насосы промышленного назначения.
  • В базовую комплектацию системы входит вентиляторы, которые работают на принудительный забор воздуха. В компрессоре происходит нагнетание давления для циркуляции хладагента в замкнутом контуре.

Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов

  • В конденсаторе фреон переходит в газообразную форму и нагревается примерно до 60 градусов. Проходя через испаритель, газ возвращается в свое прежнее жидкое состояние. Накопленная положительная температура распространяется по вентиляционным каналам.
  • Вентиль регулировки позволяет настроить комфортный режим в помещении. Блок автоматики служит для постоянного контроля над выполнением заданных параметров. При аварийных ситуациях им подается сигнал об имеющихся неисправностях.

Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов

  • Инновационные модели дают возможность управлять настройками на удалении (через сеть интернет). Здесь осуществляется программирование оборудования с учетом времени суток, наружной температуры, интенсивности посещения отапливаемой комнаты. 

Плюсы. Минусы

  • Сразу следует отметить, данная система не используется как самостоятельный источник нагрева. Чаще он выступает в качестве помощника для снижения нагрузки основного отопительного прибора. Тепловой коэффициент примерно равен 2,5 кВт, а это значит, что за 1 кВт электроэнергии получим 3,5 кВт тепловой энергии. Показатели могут варьироваться в зависимости от температуры на улице.
  • Аналогичные устройства используются для подогрева воды в бассейнах.

К преимуществам такого оборудования относится:

  • нагрев воздушных потоков происходит внутри помещения, что позволят сократить затраты на производство тепла;
  • возможность использовать обогрев периодически, например, загородного дома, который посещается только по выходным. С помощью дистанционного управления можно включить систему обогрева буквально за пару часов до приезда.

Ложкой дегтя выступит ограничение работы данной системы, связанное с климатическими условиями большинства регионов страны. Эффективный обогрев возможен только при температуре от – 15 до + 20 градусов и дополнительной теплоизоляции строения. Для некоторых моделей нижняя граница составляет до – 30 градусов.

Наружный теплообменник монтируется на стену, более мощное оборудование может потребовать фундамента. Агрегаты, установленные на цокольном этаже, в виду своей высокой производительности передают шум и вибрации во внутренние помещения.

Принцип работы теплового насоса системы «вода-воздух» и «вода-вода»

  • Если неподалеку от жилья располагается незамерзающий водоем с проточной водой или грунтовые воды протекают на небольшой глубине, то целесообразнее установить тепловой насос, работающий по принципу «вода-воздух» и «вода-вода».

Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов

  • На дне водоема прокладывается система труб теплообменника. Груз в 5 кг на каждый метр рукава обеспечит его стабильность – не позволит перемещаться под действием течения. Посредством электрического насоса теплоноситель подается по каналу в испаритель.
  • Накопленное тепло передается на внутренний контур, наполненный хладагентом с низкой температурой кипения. Под действием высоких температур фреон приобретает газообразную форму и затем попадает в конденсатор. Вторичный контур нагревает теплоноситель, который проходит в систему воздушного или водяного отопления дома.
  • Выше была описана работа насоса закрытого типа. Здесь циркуляция происходит по замкнутому кругу – по завершению оборота водяной теплоноситель обратно поступает в водоем.
  • Система открытого цикла предусматривает бурение двух скважин до уровня прохождения грунтовых вод.  В оду из них устанавливается электрический насос, закачивающий воду в теплообменник и далее по предыдущей схеме. Вторая скважина, расположенная не менее чем в 5 метрах от предыдущей, служит для сбрасывания уже охлажденного теплоносителя.

Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов

Плюсы. Минусы

Из-за низкого давления и недостаточно высокой температуры система может использоваться с тепловыми экранами и теплыми полами.

Среди плюсов можно отметить:

  • экономичность. Качественное оборудование дает на 1 кВт электроэнергии 7-8 кВт тепла;
  • минимум используемого пространства, за счет компактных размеров самого агрегата и удаленности работающего устройства.

Существенным минусом выступает дебет скважины. Уровень грунтовых вод может меняться при подвижках пластов. Поэтому система однажды станет бесполезной при резком падении воды.

При удаленности открытых водоемов установка тепловых насосов считается невыгодной и неэффективной. Тем более что для составления схемы прокладки, да и буровых и земляных работ необходимо привлечь специалистов и арендовать технику.

Лучшие производители

На рынке представлено оборудование от ведущих и малоизвестных компаний.

  • Первые строчки занимает производитель NIBE AB (Швеция). Его оборудование отмечено благодаря уникальным свойствам и техническим характеристикам. Цена теплового насоса с таким принципом работы составляет от 500000 руб.
  • Чуть ниже расположился HELIOTHERM (Австрия). Следующая позиция отдана продукции старейшей торговой марке Viessman (Германия), которая вот уже почти век разрабатывает и производит устройства для отопительных систем.

Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов

  • Ведущие производители отвечают за качество, предоставляя гарантию на насосы до 25 лет бесперебойной службы. По их же заверению некоторые компоненты прослужат лет 100 не меньше.

Сборка системы своими силами

  • К сожалению домашних мастеров, справиться прокладкой и монтажом сложных устройств не получится. Эта работа состоит из многих этапов от проектирования до сборки автоматического блока. Тонкости и нюансы сопровождают на каждом шаге установки, которые не может знать неподготовленный человек.
  • Неправильный расчет длины магистрали, неверная глубина заложения коллектора, ошибочная настройка и балансировка может вывести всю систему из строя. Поэтому экономия нецелесообразна, переложите решение этой сложной задачи на плечи специализированных фирм.

Итог

В заключение хотелось бы беспристрастно рассмотреть преимущества работы тепловых насосов, так широко разрекламированных производителями.

  • Экономичность – спорный вопрос. Дороговизна оборудования, установки и последующего обслуживания влетит в копеечку. О бережливости можно утверждать при наружной температуре до -5 градусов. Зная наши суровые зимы, потребление электроэнергии агрегатами автоматически повышается в разы.
  • Универсальность. Системы можно использовать в качестве кондиционеров в летний период. Однако учитывая предыдущий пункт, возникает вопрос: не дороговато ли обойдется охлаждение дома?
  • Экологичность – подтверждается безоговорочно, за счет неиспользования природных ресурсов и отсутствию продуктов горения в атмосферу.

Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов

  • Эффективность обогрева. Данный фактор подтверждается только при качественном утеплении и изолировании всего здания. При других условиях установка теплового насоса нецелесообразна.
  • Автоматическое управление, несомненно, в разы повышает комфорт. Функция позволяет с компьютера или телефона удаленно регулировать уровень температуры в помещениях. Однако такое преимущество есть не у всех моделей.

Безопасная эксплуатация возможна только при качественном подборе всех составляющих отопительной системы и, безусловно, грамотном монтаже.

strport.ru

Понятие теплового насоса и принцип его работы

Если сильно упростить структуру насоса, производящего тепло, то получится работа холодильника или кондиционера, но в более глобальном масштабе. Такая тепловая установка не требует топливного котла. Её нужно правильно смонтировать и подключить к источнику электропитания. Это вовсе не обозначает, что насос отапливает дом электричеством — киловатты тратятся на функционирование системы.

Тепловой насос

 

Устройство насоса

Принцип действия теплового насоса не особо отличается от выбранного вида — тепло забирается во внешней среде и передаётся в дом. Такие установки имеют всего три главных компонента:

  • Зонд, собирающий тепло.
  • Сам тепловой насос, включая компрессор.
  • Система отопления здания с теплообменной камерой.

Первый и последний пункт теплонасосной установки — это трубы и радиаторы. Теплообменный зонд представляет собой большой горизонтальный змеевик, вертикальные трубы или открытый забор воды из естественного водоёма. Суть системы заключается в самом насосе. В нём 6 составляющих:

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

Такая установка условно «отбирает» тепло у природных носителей и передаёт их с систему отопления. По такому же принципу работает обычный холодильник — он забирает «лишние» градусы из морозильной камеры и выводит их на воздушный теплообменник на задней стенке. Хотя это лишь один из видов обмена тепловой энергии, связанный с воздухом, есть и другие виды.

Вернуться к содержанию
 

Разновидности тепловых насосов

Общий принцип теплонасосных установок заключается в обмене температур между носителями. Тепло первичного источника передаётся системе отопления без использования топлива. Эти источники можно поделить на 3 группы:

  • геотермальные;
  • аэротермические;
  • гидротермальные.

Это три разных стихии — воздух, вода и земля. Именно от этих природных носителей тепловой энергии происходит отопление дома. Помимо отличий в «стихии» установки отличаются и типом монтажа. Они делятся на 2 вида:

  • Открытого типа.
  • Закрытых разновидностей.

Каждый из видов теплонасосных установок имеет свои плюсы и минусы. В ряде случаев из-за особенностей монтажа определённые разновидности просто невозможны в конкретном месте. Другие нерентабельны или низкоэффективны в определённых регионах, хотя в других местах они наиболее выгодны.
Вернуться к содержанию
 

Достоинства и недостатки насосов разных видов

Наиболее простой и быстромонтируемый вид теплоустановки — это аэротермический. Теплообмен происходит с воздухом, не требуя монтажа большого количества оборудования. Плюсами являются:

  • лёгкость установки без труб и радиаторов;
  • безопасность и экологичность эксплуатации;
  • возможность использования в летнее время для охлаждения.

Минусами этого типа установок признана её неэффективность в холодных регионах. Уже при 0 градусов Цельсия аэротермическая установка работает с 50% мощностью. При падении температуры до минус 20 С использование воздушного насоса становится нерентабельным. Эта установка не подходит для регионов с сильными морозами, также её монтаж будет не рентабельным в местах с частым безветрием.

Насос вода-вода требует более сложного монтажа и соблюдения обязательного условия — на участке должен быть водоём, непромерзающий зимой до самого дна. Это является недостатком такой установки, в ряде случаев её просто невозможно смонтировать. Преимуществами этой системы являются высокая эффективность, возможность эксплуатации в морозы и более низкая стоимость установки относительно геотермальной.

Установка грунт-вода, использующая в качестве теплоносителя землю, одна из самых сложных в монтаже. Это один из недостатков установки, вне зависимости от горизонтального или вертикального расположения зонда. Помимо этого к минусам можно отнести невозможность использования земли для с/х нужд при горизонтальном змеевике и невозможность самостоятельной установки при вертикальном расположении.

Список плюсов значительно шире:

  • длительный срок работы при разовых вложениях;
  • максимальная эффективность при любой погоде;
  • эксплуатация и на охлаждение, и на обогрев здания;
  • возможность использования в регионах с сильными морозами.

Теплонасосные установки уверенно завоёвывают внимание владельцев частных домов и компаний, имеющих малоэтажные строения. Этот вид отопления позволяет серьёзно снизить расходы на обогрев, снижая стоимость эксплуатации жилых и офисных зданий. Почти все виды установок возможно смонтировать самостоятельно, не прибегая к услугам специалистов. Для этого достаточно лишь приобрести сам насос и расходные материалы, а также ознакомится с особенностями монтажа.
Вернуться к содержанию
 

Особенности монтажа теплового насоса

Почти все теплонасосные установки допускают возможность самостоятельного монтажа. Возможность самому установить насос при вертикальном расположении зонда исключена — требуется бурение скважины на глубину не менее 100 метров. Во всех остальных случаях достаточно соблюсти простые требования.

 

Минимальные требования

Система вода-вода не может функционировать без поверхностного водоёма в шаговой доступности при самостоятельной установке. Возможен монтаж силами профессионалов вертикальной системы, если есть источник подземных вод.

Горизонтальный грунтовой насос требует наличия свободного участка земли, незанятой под огород, сад и не имеющей тяжёлых строений. При этом его площадь должна в 2─4 раза превышать размер земли, занятой отапливаемым строением. Система вода-воздух или воздух-воздух требует хотя бы минимальной ветрености и должна быть установлена не более, чем в 20 метрах от здания.

Устройство теплового насоса требует наличия обязательного источника электропитания. При невозможности подключения насоса к стационарному электроснабжению допускается использование бензинового или дизельного генератора.
Вернуться к содержанию
 

Монтаж воздушного теплового насоса

По сути, эта система представляет собой большой кондиционер в случае принципа воздух-воздух. В этом случае процесс монтажа прост — необходимо выбрать правильное месторасположение и обеспечить вход воздуховода в здание с обязательной установкой фильтров.

При выборе места установки воздухозаборников нужно учесть шум, производимый ими в работе. А также требуется обеспечить возможный отход конденсата для предотвращения обледенения. Воздушный теплонасос наиболее простой в монтаже.
Вернуться к содержанию
 

Установка водяного горизонтального насоса

Сначала необходимо собрать геоконтур из обычных полимерных труб необходимо при помощи грузил опустить на дно водоёма вместе с испарителем. Допустима установка в водоёмах со сточными или промышленными водами, не повреждающими полимер.

Этот способ более простой, чем монтаж системы вода-грунт, но не всегда возможен из-за отсутствия водоёма. По стоимости оборудования и проводимых работ он входит в ту же ценовую категорию, что и воздушный насос, но имеет более высокий уровень КПД.
Вернуться к содержанию
 

Монтаж горизонтального насоса грунт-вода

Эта система наиболее популярна в частном секторе. Она понятна для самостоятельного монтажа, но требует большого объёма земляных работ. Возможно простое «U-образное» расположение труб под землёй на большое расстояние или же монтаж змеевидной системы на ограниченном участке.

Необходимо учесть, что для получения 1 кВт тепловой энергии требуется 50 кв. м. коллекторов. При змеевидном расположении труб они должны быть удалены друг от друга на расстояние в 0,7─1 м. КПД горизонтальной системы при правильном монтаже достигает 3─5 кВт тепловой энергии на один потраченный киловатт электричества.
Вернуться к содержанию
 

Вертикальные насосные установки

Самостоятельно смонтировать вертикальный насос невозможно — требуется бурение на глубину не менее 100 м. Для начала необходимо оплатить и получить разрешение на скважину. Такие теплонасосные установки наиболее дорогие, но максимально эффективные.

При монтаже вертикальной системы вода-вода открытого типа с использованием подземных водоёмов возможны дополнительные бонусы. Эта система позволяет одновременно обеспечить здание автономными источниками питьевой воды.

Вернуться к содержанию
 

Нюансы расчётов при установке теплового насоса

Поняв, как работает тепловой насос, необходимо правильно рассчитать его мощность. Расчёт теплового насоса кажется простым только на первый взгляд. Лучше всего доверить эту работу специалистам, особенно если здание находиться в регионе с холодным климатом.

При самостоятельных расчётах применяется формула с такими данными:

  • R — теплопотери здания;
  • V — объёмы дома в м³;
  • T — максимальный перепад температур дом-улица;
  • k — коэффициент теплопроводности здания (СНиП).

Сама формула выглядит так: R=k*V*T. Единицей измерения результата умножения являются ккал. Для перевода их в кВт необходимо произвести деление на 860. Полученный результат покажет максимально необходимую мощность насоса.
Вернуться к содержанию
 

Случаи низкой рентабельности насоса

Неправильные расчёты могут привести к недостаточной мощности. В тёплых областях это приведёт к монтажу излишне мощной системы, но в морозных регионах не позволит качественно отапливать здание.

Выше сказано, что воздушный насос неэффективен при морозах в минус 20 С. На самом деле сейчас уже существуют модели, способные функционировать при температуре в минус 32 С, оставаясь рентабельными. Пока такие системы реализуются по очень высокой стоимости и их эксплуатация обоснована только при невозможности выбора другого вида отопления.

А также необоснованные затраты будут при монтаже вертикальных систем в тёплых регионах. Их применение будет обоснованным только в очень жарком климате в случае эксплуатации с целью охлаждения при выборе реверсивных моделей насосов. Монтаж вертикальных систем в тёплых регионах для отопления нерентабелен — окупаемость установки с 5─7 возрастёт до 15─20 лет.

Если теплонасосная установка уже запланирована на этапе строительства дома, то стоит заранее рассчитать монтаж системы тёплых полов. Это наиболее выгодная система отопления с использованием тепловых насосов. Подключение к действующей радиаторной системе также эффективно, но менее рентабельно.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

akbinfo.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.