Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, различные виды устройств, особенности их действия

Тепловой насос для отопления дома – принцип работы, виды и монтаж

Тепловой насос — это устройство для переноса тепловой энергии от источника к потребителю. Тепло самопроизвольно передается от горячего тела к холодному. Насос передает тепло в обратном направлении. Конструкция состоит из компрессора, теплового расширительного клапана, испарителя и конденсатора. Типичный пример теплового насоса – кондиционер.

Тепловой насос для отопления на данный момент только начинает активно применяться в частных домах. Одним из главных достоинств этого способа обогрева, является низкое потребление электричества, но при этом высокое выделение тепла. Выделяют следующие разновидности оборудования, классификация осуществляется по источнику тепла.

Чтобы знать, какой тип насоса выбрать для домашнего использования, рекомендуется изучить особенности каждой модели и их принцип работы. Также у каждого вида существуют ограничения, о которых также важно знать.

Принцип действия тепловых насосов

Принцип работы устройства для обогрева дома основан на том, что вещество (холодильный агент) может отдавать тепловую энергию либо забирать ее в процессе смены состояния. Эта идея заложена в основу функционирования холодильника (из-за этого задняя стенка прибора горячая).

Термонасос для отопления функционирует следующим образом:

1. Поступающий агент охлаждается на 5 градусов в испарительном отделе на основании энергии от носителя тепла.
2. Охлажденный агент поступает в компрессор, который в результате работы сжимает и нагревает его.
3. Уже горячий газ попадает в отсек для теплообмена, в котором он отдает собственное тепло отопительной системе.
4. Сконденсированный хладагент возвращается к старту цикла.

Также существуют некоторые модели, которые могут обеспечивать реверсивное функционирование. Это значит, что подобные приборы эксплуатируются даже летом для охлаждения здания. Тепло направляется в хранилище, а затем используется для отопления в холодное время года.

Устройство

Тепловой насос для отопления дома состоит из нескольких основных контурных элементов:

• контур с теплоносителем, который перемещает энергию от теплоисточника;
• контур с фреоном, который периодически испаряется, забирая тепловую энергию с первого контура, и снова оседает конденсатом, передавая тепло третьему;
• контур, где циркулирует жидкость, являющаяся переносчиком тепла для отопления.

Эксплуатация термо насоса для отопления дома является выгодной с финансовой точки зрения. Причина этого в том, что устройство не требует высокой мощности (соответственно, расход электричества не больше, чем у стандартного бытового прибора), однако при этом производится в 4 раза больше тепла по сравнению с потребляемой электроэнергии.

Также не требуется создавать отдельную линию проводки для подключения насоса.

Плюсы и минусы

Перед принятием решения, использовать тепловой насос или нет, следует ознакомиться с достоинствами и недостатками его работы. К главным плюсам теплового насоса относится:

• небольшой расход электричества на отопление дома;
• отсутствие необходимости регулярного осмотра и технического обслуживания, что делает затраты на эксплуатацию теплового насоса для отопления минимальными;
• допускается монтаж в любой местности. Насос может работать с такими источниками тепловой энергии, как воздух, почва и вода. Поэтому появляется возможность его установки практически в любое место, где планируется строительство дома. А в условиях отдаленности от газовой магистрали, устройство является самым подходящим методом обогрева. Даже если отсутствует электричество, функционирование компрессора можно обеспечить при помощи привода на основе бензина или дизеля;
• отопление дома осуществляется в автоматическом режиме. Не требуется добавлять топливо или проводить иные манипуляции, как, например, в случае с котельным оборудованием;
• отсутствие загрязнения окружающей среды вредными газами и веществами. Все применяемые холодильные агенты полностью безопасны и экологически пригодны;
• пожаробезопасность. Жителям дома никогда не будет угрожать взрыв или повреждение вследствие перегрева теплового насоса;
• возможность эксплуатации даже при условиях холодной зимы (до -15 градусов);
• качественный тепловой насос для отопления дома может служить до 50 лет. Замена компрессора требуется лишь раз в 20 лет.

Земля — вода

Почва – наиболее стабильный и поэтому популярный теплоисточник. При глубине 4 — 8 метров, температура постоянна и составляет 5 — 8 градусов выше нуля, а уже на 10 метрах – она возрастает до 10 градусов. Существует 2 основных метода сбора тепловой энергии:

• с помощью горизонтального коллектора;
• посредством вертикального геотермального зонда.

Первая разновидность представляет из себя набор труб, по которым перемещается теплоноситель, уложенных горизонтальным образом. Глубина размещения должна высчитываться индивидуально в каждом случае. Расчет проводится на основании типа местности, климата и других факторов.

В некоторых ситуациях целесообразно разместить трубопровод на глубину замерзания почвы (1.4 — 1.8 м), на 2.5 — 3.5 м (если требуется снизить разницу температур и добиться большей постоянности) либо на 1 — 1.3 метра (на этой глубине почва быстрее нагревается в весеннее время года). Иногда даже монтируется специальный коллектор, состоящий из 2 слоев.

Для подобного коллектора применяются трубы с сечением 25, 32 или 40 мм. Они могут укладываться по разным схемам: спиралью, молнеобразно, змейкой, петлей и т.д. Если реализуется змейка, тогда трубы должны находится на расстоянии от 0.6 до 1 метра друг от друга (чаще всего, это 80 сантиметров).

Чтобы рассчитать теплосъем трубопровода, требуется учитывать вид почвы. При сухом песке или глине – 10 и 20 Вт на погонный метр соответственно, при влажной глине – 25 Вт, при высоком содержании жидкости в глине – 35 Вт.

Недостаток такого коллектора состоит в необходимости обустройства системы большой площади. Если площадь дома, для которого монтируется отопление, составляет 100 кв.м, а почва участка состоит из влажной глины, тогда для создания коллекторной системы понадобится 400 кв.м земли, т.е. около 5 соток.

Учитывая то, что на поверхности не могут располагаться здания и прочие объекты (можно размещать только газон с 1-летними растениями), не все владельцы смогут выделить достаточно свободного места.

Вертикальный зонд в таком случае является более подходящим решением. Он представляет собой теплообменник, в котором трубы размещаются в почву на глубину до 200 м. В зависимости от того, какая мощность необходима для отопления, определяется количество монтируемых зондов.

В некоторых случаях целесообразно установить 1 u-образную трубу на глубину 100 м, а в некоторых – лучше выбрать набор подобных труб, опущенных до 20 м, чтобы осуществить поглощение тепловой энергии на расширенной поверхности.

Такой трубопровод потребует существенно меньших денежных вложений. Неглубокие зонды должны располагаться примерно в 5-8 метрах друг от друга. Бурение одной трубы на 100-200 м финансово не рентабельно, также необходимо получать разрешения от соответствующих инстанций. Чтобы избежать этого, желательно установить несколько труб.

Таким образом, единственным недостатком вертикальных конструкций является лишь высокая стоимость бурения глубоких скважин. Однако, несмотря на это, зонд – более популярное решение, т.к. он обеспечивает достаточную эффективность при отсутствии требований к площади участка и прочих ограничивающих факторов.

Вода — вода

Также популярный источник тепла для отопления дома – вода. Существуют 3 разновидности подобных конструкций, в зависимости от того, откуда поступает жидкость:

• коллектор, размещенный на дне открытого водоема (он не должен замерзать) – моря, реки, озера;
• коллектор, расположенный в канализации;
• использующий воду из скважин либо грунтовые воды.

Первый вариант предполагает размещение труб с антифризом под водой. Чтобы предотвратить их подъем на поверхность, они закрепляются при помощи дополнительного груза. Благодаря повышенной температуре теплового носителя, данный способ считается эффективным, но при этом экономичным с точки зрения финансовых затрат.

Недостаток – подобная конструкция может возводиться только при условии, что водоем расположен не дальше, чем 50 м от участка. В противном случае, установка и эксплуатация будут невыгодными. Однако для жителей побережья применение водного теплового насоса станет оптимальным для отопления дома.

При использовании коллектором очищенных стоковых вод и сброшенной жидкости после тех. установок возможно обогревать многоэтажные здания, промышленные объекты и предоставлять горячее водоснабжение. Для отопления частных коттеджей данная система применяется довольно редко, т.к. зачастую они расположены далеко от центральной канализационной системы.

Коллектор, собирающий воду из скважин или грунта, применяется нечасто, по сравнению с прочими разновидностями. Это во многом связано с необходимостью возведения двух ям. Из первой собирается жидкость, которая затем передает свою тепловую энергию холодильному агенту, а во вторую попадает остывшая вода.

В некоторых случаях вместо скважины строится фильтрационный колодец. Скважина для сброса жидкости должна располагаться ниже по течению грунтовых вод и на расстоянии 20 метров от первой.

Подобная система довольно сложна в установке и обслуживании. Требуется регулярно следить за отсутствием коррозийных повреждений и загрязнения элементов насоса. Также важно контролировать качество поступающей воды и своевременно фильтровать ее.

Воздух — воздух

Воздушные модели обладают неоспоримым преимуществом по сравнению с прочими видами устройств. Тепловой насос использует только воздух в качестве теплоисточника, поэтому не требуется бурить грунтовые скважины или размещать водные коллекторы, чтобы смонтировать подобную систему. Следовательно, воздушные приборы обойдутся значительно дешевле.

Подобная разновидность обладает наиболее простой структурой и принципом действия. Воздушная масса попадает в испаритель, в котором она передает тепло холодильному агенту. Затем осуществляется его передача от испарителя к носителю тепла непосредственно в доме. Такое отопление может быть представлено, например, вентиляционными конвекторами (фанкойлами) либо системой «теплый пол».

Стоимость монтажа прибора достаточно низкая в сравнении с водяной или грунтовой разновидностью, а эффективность функционирования зависит в основном от температуры воздуха. При проживании в местности с теплой зимой (не ниже 0 градусов) данный способ считается наиболее выгодным.

Если температура опускается ниже -15 градусов, тогда насос не сможет обеспечить достаточный нагрев помещения, следовательно, целесообразней будет использовать электрический либо котельный обогрев помещения.

Если важно эксплуатировать именно воздушный насос в регионах с холодными зимами, тогда ставится дополнительно дублирующий теплоисточник, который будет подключаться при сильных заморозках. Также в некоторых случаях возможно монтировать воздушную систему, если климат сухой и температурный режим не опускается ниже -15 градусов.

При влажном воздухе и морозе на корпусе устройства будет образовываться ледовая корка, которая препятствует работе прибора и может стать причиной его быстрого выхода из строя.

Цены и производители

Примерная средне рыночная стоимость оборудования и его установки составляет:

• Насос – 4500$;
• монтаж — 2500$;
• стоимость эксплуатации — 350$ в год.

• Насос – 4500$;
• монтаж — 4500$;
• стоимость эксплуатации — 320$ в год.

Воздушный — для дома:

• Насос – 6500$;
• монтаж — 400$;
• стоимость эксплуатации — 480$ в год.

Насос для дома «вода-вода»:

• Тепловой насос – 4500$;
• монтаж — 3500$;
• стоимость эксплуатации — 280$ в год.

Приведенные цены не окончательны. Конечная стоимость будет зависеть от страны и компании-производителя устройства, типа местности, климатических особенностей, цены бурения, строительных условий и т.д. Например, цена воздушного насоса от российского производителя составит около 7000$, а от зарубежного – 13000$.

Также не нужно забывать о стоимости электроэнергии. Несмотря на то, что оборудование не потребляет много электричества, эти расходы непременно следует учитывать при составлении общей сметы и планировании бюджета.

Какой насос выбрать

Чтобы принять решение, какое устройство подобрать, следует учитывать факторы:

• ориентировочный бюджет – сколько денег владелец готов потратить на обустройство и подключение полной системы;
• что представляет собой имеющаяся или планируемая система отопления внутри дома – теплый пол, радиатор и т.д.;
• сколько кв.м владелец готов выделить на участке под создание коллектора;
• можно ли глубоко бурить;
• необходимость геологической экспертизы (если планируется установка геотермального зонда), чтобы понять, насколько глубоко должен размещаться коллектор;
• необходимо ли кондиционировать воздушный поток летом;
• будут ли монтироваться воздушно-отопительные приборы.

В процессе выбора рекомендуется обратить внимание на параметр «коэффициент трансформации тепла» (обозначается как ϕ). От него зависит, насколько эффективным будет действие устройства. Если при покупке указано, что ϕ=4, значит при потреблении электроэнергии 1 кВт, тепловой насос произведет 4 кВт теплоэнергии.

Важно при планировании бюджета учитывать не только затраты на приобретение насоса, но и будущие финансовые расходы на эксплуатацию. Часто эти параметры различаются.

Например, при монтировании системы типа «воздух — вода» затраты на установку будут низкими, однако потребуются крупные вложения на эксплуатацию вследствие невысокой эффективности. Если необходимо минимизировать эксплуатационные расходы, тогда следует остановиться на выборе вертикального грунтового теплового насоса.

Стоимость грунтового или водного устройства и его подключения достаточно высока, потребуются крупные первоначальные вложения. Однако уже через 5-10 лет тепловой насос, использующийся для отопления, окупится. Поэтому принимать решение о необходимости приобретения данного приспособления следует на основе финансовых возможностей и условий возведения здания (типа местности, климата и т.д.).

Если, к примеру, глубокое бурение на участке невозможно, его площадь не позволяет разместить горизонтальный коллектор, а рядом отсутствуют водоемы, единственным решением остается монтаж воздушного теплового насоса для отопления дома.

Монтаж своими руками

Если владелец дома хорошо разбирается в принципе работы и схеме оборудования, можно собрать насос самостоятельно. Предварительно требуется провести расчеты, для этого воспользуйтесь готовым ПО для оптимизации охладительных систем.

Меньше всего сложностей предполагает произведенный своими руками монтаж системы отопления дома «воздух — вода». Она будет состоять из двух каналов (для подачи воздушного потока и для отвода отработанного), вентилятора и компрессора. Компрессор не обязательно приобретать новый, допускается воспользоваться рабочим устройством с холодильника или другого оборудования. Рекомендуется использовать спиральный компрессор.

1. Сделать из медной трубы змеевик. Трубу, по которой будет поступать холодильный агент, разместить сверху.
2. Вмонтировать змеевик в разделенную напополам пластиковую емкость. Она будет выполнять роль испарителя.
3. Подключить терморегулирующий клапан и заизолировать его.
4. Собрать все элементы в блок и проверить его работоспособность.

Важно отметить, что данная процедура является достаточно сложной для обычного человека. Непрофессионал не сможет правильно собрать все детали и подключить терморегулирующий клапан. Лучше доверить выполнение работ мастерам, т.к. ошибки в процедуре станут причиной неправильного функционирования оборудования либо неэффективного потребления электричества.

Таким образом, тепловой насос – эффективный способ отопления частного дома. На сегодняшний день в России и странах СНГ использование данного оборудования не сильно распространено, однако в Европе и США такие установки активно применяются для отопления.

Выбирать подходящий тепловой насос рекомендуется на основании не только стоимости монтажных работ и эксплуатации, но и региона использования, условий строительства, площади участка и других факторов.

Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования

Тепловые насосы успешно используются в быту и промышленности в Европе и США уже более 25 лет. Их особенность состоит в преобразовании так называемого низкопотенциального тепла окружающей среды: земли, воды, воздуха. На российском рынке эта экологичная технология получила распространение сравнительно недавно.

Экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов, существовали еще в Советском Союзе. То, что было смелым экспериментом в двадцатом веке, в двадцать первом – вошло в практику.

Устройство и принцип работы бытового теплонасоса

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Тепловые насосы являются альтернативными источниками энергии, позволяющими получать дешевое тепло без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля обладает запасом тепловой энергии. Этот запас прямо пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Если в этом контексте обратить внимание, например, на моря, океаны, подземные воды, обладающие огромной массой, можно прийти к выводу, что их грандиозные запасы тепловой энергии можно частично использовать для отопления домов без ущерба мировой экологической обстановке. «Взять» тепловую энергию какого-либо тела можно, если охладить его. Грубый расчет выделяемого при этом тепла возможен по формуле: Q = C*M*(T2 − T1), где Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, T1 − T2 − температура, на которую было произведено охлаждение тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 o С, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 o С.

Типы тепловых насосов

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

• Компрессионные. Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.
• Абсорбционные. Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

• Геотермальные. Тепловая энергия берется из грунта или воды.
• Воздушные. Тепло извлекается из атмосферы.
• Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

• Тепловые насосы «воздух-воздух». Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.
• Тепловые насосы «вода-вода». Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.
• Тепловые насосы «вода-воздух». Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.
• Тепловые насосы «воздух-вода». Атмосферное тепло используется для водяного отопления.
• Тепловые насосы «грунт-вода». Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
• Тепловые насосы «лед-вода». Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.

Сферы применения и степень распространения

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

• Экономичность . Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
• Простота эксплуатации.
• Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
• Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
• Компактность и бесшумность , что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени европейский рынок этого оборудования был в основном сосредоточен во Франции. В последние несколько лет рынки стали расширяться в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Это интересно!

Впервые в Москве теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома была сдана в эксплуатацию в микрорайоне Никулино-2 в 2002 г. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.

Стоимость оборудования

Традиционное решение для частных домов и коттеджей – газовое отопление. Однако вариант теплового насоса значительно выгоднее и удобнее. Чтобы установить газовый котел, требуются специальный дымоход, вентиляция, а также целый набор разрешительных документов. Применение тепловых насосов избавит вас от этих проблем и существенно сэкономит ваши средства. Чтобы провести газ в Подмосковье, потребуется около $20 000, и это в том случае, если ваш дом удален от газопровода менее, чем на 1 км, – иначе затраты вырастут в несколько раз! Помимо этого, придется учесть скорость работы отечественных газовщиков. Установка теплового насоса «под ключ» стоит от $15 000, а работы занимают всего 2-3 недели.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.

Обогрев за бесценок! Тепловой насос для отопления дома: принцип работы устройства

Тепловой насос представляет собой альтернативный вариант отопления в виде парокомпрессионной установки. Устройство переносит тёплый воздух от холодных источников тепла к высокопотенциальным.

Энергия передаётся вследствие конденсации хладагента и его последующим преобразованием в пар. Хладагент во время работы ТН проходит по замкнутому контуру. Тепловой насос тратит электроэнергию для конденсации испарения принудительной циркуляции.

Как устроен тепловой насос для отопления дома?

Установка представлена из трех составляющих:

1. Зонда, предназначенного для сбора тепла.
2. ТН и компрессора.
3. Камеры конденсатора с системой отопления.

Конденсатор или теплообменная камера состоит из труб и радиаторов.

Зонд — это проводник, по которому поступает тепло. Зонды в зависимости от принципа действия и способа укладки делятся на 3 вида:

• горизонтальные (размещают в земляных траншеях глубиной от 1,2 метра и более);
• вертикальные (помещают в скважины глубиной до 200 м);
• водные (размещают в водоеме ниже глубины промерзания).

Тепловой насос состоит из 6 компонентов.

Хладагент входит во внутреннее строение устройства. Компонент направлен для циркуляции по закрытому контуру. Кроме этого, установка имеет капилляр и компрессор. В насосе есть испаритель, который нагревает вещество за счёт холодной температуры. Конденсатор помогает сохранить тепло для дальнейшего использования. На ТН находится терморегулятор, который позволяет выставлять необходимую температуру.

Справка. В холодильнике составляющие ничем не отличаются от теплового насоса. Однако процесс направлен на охлаждение. При чрезмерном охлаждении система выводит ее к задней стенке устройства.

Разновидности тепловых насосов и принципы их действия

Цель ТН это температурный обмен между носителями. Выделяют несколько разновидностей установок:

• земельные;
• воздушные;
• водяные.

От этих природных энергоносителей установка снабжает здание теплом. Принцип монтажа и работы у таких насосов несколько отличается. Устройства могут быть как открытого, так и закрытого типа.

Грунт-вода

ТН земельного вида состоит из 3 контуров. Внешний располагается в грунте. Он выполняет сбор тепловой энергии. Хладагент попадает в ТН. Затем теплоноситель переходит в испаритель. Там начинает подниматься температура. Последний контур представлен в системе отопления в здании или доме. В нём происходит циркуляция воды. Из-за этого ТН называют грунт-вода.

Внимание! В качестве теплоносителя в рассматриваемой установке используют антифриз или смешанный с водой пропиленгликоль. В ином случае в качестве вещества выступает этиленгликоль.

Часто в такой системе теплоносителем бывает фреон. Этот хладагент способен при пониженной температуре превращаться из жидкости в газообразное состояние.

При закипании теплоносителя, пары попадают в конденсатор. Затем тепловая энергия попадает в последний контур, где находится вода. После того как теплоноситель остывает, он преобразуется в жидкое состояние и переходит в земельный контур. Процесс цикличен и постоянно повторяется.

Фото 1. Схема устройства конструкции с тепловым насосом грунт-вода. Красным цветом показан горячий теплоноситель, синим – холодный.

Вода-вода

Принцип работы ТН водяного типа состоит в использовании энергии с низкой температурой и преобразованием её в тепло. Насос вода-вода состоит из 3 контуров. Фреон выступает в роли первичного теплообменника.

Важно! Контур устанавливают на дне естественного водоёма. Глубина составляет не менее 3 метров над поверхностью. Вода при этом не замерзает и не опускается ниже +3—5°С.

Когда хладагент циркулирует по контуру, то вещество нагревается до 8°С. Затем теплоноситель попадает в корпус установки и в компрессор. Фреон уже на этот момент находится в газообразном состоянии. При остывании хладагента в здании он преобразуется в жидкий вид. Затем осуществляется переход вещества в первый контур. Процесс повторяется.

Вода-воздух

Принцип работы ТН, который функционирует в системе вода-воздух, похож на систему, как у холодильника. Температура низкого воздуха начинает подогревать фреон, который располагается в первом контуре.

Установка соединена с испарителем тепла и конденсатором. В тепловом излучателе фреон становится жидкостью. Во время этого процесса происходит отдача энергии системе отопления.

В жидком состоянии фреон переходит в первый контур и снова испаряется, превращаясь в газ.

Воздух-воздух

ТН воздушного типа работает с помощью вентилятора. Устройство забирает наружный воздух в контур с испарителем. В нём располагается фреон, который нагревается и расширяется. Пар переходит в компрессор и становится тёплым. Это происходит из-за воздействия повышенного давления.

Фреон после компрессора попадает в конденсатор. Там вещество теряет тепловую энергию и охлаждается. Хладагент становится жидким и полученное тепло, которое сохранил конденсатор, используют для обогрева здания. Когда фреон охладился, то возвращается к испарителю и процесс повторяется.

Для улучшения эффективности работы ТН рекомендуется на участке между тепловым излучателем и испарителем использовать дроссельный клапан. Такой цикл теплообразования называется обратным принципом Карно. Чтобы автоматизировать процесс, в систему включают элементы управления.

Фото 2. Устройство теплового насоса типа воздух-воздух. В качестве испарителя используется фреон.

Работа внутреннего контура

Внутренний контур любого вида ТН одинаковый по принципу работы. Для нагревания или охлаждения комнаты используют тёплые полы с теплоносителем из воды. Внутреннее отопление заключается в монтаже труб или радиаторов в каждой комнате. В зависимости от вида ТН внутренний контур выступает в качестве кондиционера или фанкойла.

Внутренний контур — это конденсатор, излучающий тепло во внешнюю среду.

Полезное видео

Посмотрите видео, в котором описываются принципы работы теплового насоса.

Особенности эксплуатации устройств

При выборе того или иного вида теплового насоса, обращают внимание на удобство эксплуатации прибора. Если внешний контур находится в воде, то его установка подходит для частных домов с близким расположением водоёма. В остальных случаях ТН способен заменить центральное отопление в квартире.

Тепловой насос: особенности системы отопления для дома, нюансы выбора

Отопление зданий тепловыми насосами в США, Германии и многих других станах Европы давно является обычным делом. А вот на российский рынок эти агрегаты пришли относительно недавно, хотя с каждым годом доля их продаж неуклонно растет. С учетом постоянного повышения цен на электроэнергию, увеличения технической грамотности российского потребителя, а также общемирового тренда на энергоэффективность и энергосбережение, можно ожидать, что в ближайшем будущем данные системы займут достойное место среди альтернативных систем отопления. В нашей статье мы расскажем о том, что такое тепловые насосы и какие существуют виды этих систем отопления.

Виды тепловых насосов для отопления

Итак, что же такое тепловой насос? Это устройство сбора и переноса тепловой энергии от низкопотенциального источника тепла к потребителю. Главное отличие теплового насоса от традиционных нагревателей состоит в том, что первый способен передавать тепло в обратном направлении — от менее нагретого объекта к более нагретому, эффективно увеличивая температуру теплоносителя. Тепловой насос сам не производит тепло, он просто «забирает» тепловую энергию из воды, грунта или воздуха, а затем переносит ее в помещение. Физический принцип работы теплового насоса основан на том, что каждое тело с температурой выше абсолютного нуля (–273,15°C) имеет определенный запас тепловой энергии, причем этот запас прямо пропорционален удельной теплоемкости и массе самого тела.

Это интересно
Концепция теплового насоса возникла в Англии в середине XIX века и немного позднее была усовершенствована австрийцем Петером фон Риттингером. Однако практическое применение агрегату нашлось лишь в 40-х годах ХХ века: Роберт Вебер первым догадался поместить выходную трубу морозильной камеры в бойлер водонагревателя, а затем прогнал горячую воду через змеевик и с помощью вентилятора распространил тепло по помещению.

Современное семейство тепловых насосов весьма многочисленно, его представители делятся на несколько видов в зависимости от следующих признаков:

1. По типу теплоносителя и системы теплообмена:
   • «Воздух-воздух». В этом случае тепло к хладагенту, циркулирующему в замкнутом контуре насоса, передается от наружного воздуха, который при этом физически охлаждается. Затем оно поступает в отапливаемое помещение через внутренние блоки, которые могут быть любого вида, например настенными или напольными. Такие насосы быстро прогревают помещение и при этом относительно недорогие. Классическим примером подобного теплового насоса являются современные кондиционеры с функцией обогрева или реверсивные кондиционеры. В случае использования для обогрева воздушного теплого насоса нет необходимости иметь дополнительный источник энергии — водоем, грунтовые воды и так далее. У насоса «воздух-воздух» самая низкая стоимость монтажа и быстрая окупаемость, к тому же его можно использовать летом в качестве кондиционера для работы на охлаждение воздуха. Однако подобная технология имеет и свои минусы: такой насос достаточно энергозатратен, его производительность зависит от наружной температуры — по мере ее снижения эффективность работы агрегата падает. К тому же для подогрева воды ему нужны дополнительные модули и его невозможно интегрировать в схемы с другими источниками тепла.
   • «Вода-вода». Используется тепловая энергия водоема или грунтовых вод — оптимальный вариант в том случае, если рядом есть неглубоко залегающие водные горизонты или непромерзающий полностью зимой водоем, который можно использовать. Технология состоит в следующем: из скважины вода направляется с помощью насосов на контур нагревателя — тепло идет в дом, а охлажденная вода сбрасывается через специальную скважину. Если вода поступает из открытого водоема, то ее можно возвращать в этот же водоем в другом месте. Для работы такого насоса нужен достаточный объем воды и мощные циркуляционные насосы, которые также потребляют электроэнергию. При этом энергоэффективность подобных тепловых насосов велика и с лихвой окупает перерасход энергии на транспортировку воды от источника к потребителю.
   • «Воздух-вода». Тепло наружного воздуха используется для нагрева воды, которая затем подается в систему отопления. Как и для насоса типа «воздух-воздух», в этом случае эффективность теплового насоса также зависит от наружной температуры — чем она ниже, тем больше энергии потребуется для получения необходимого количества тепла. Так что при выборе насоса обязательно нужно учитывать среднегодовые температуры и количество морозных дней. Преимуществом теплового насоса «воздух-вода» является возможность дополнительного догрева воды с помощью альтернативных источников энергии (гелиоколлекторов, солнечных панелей), их можно использовать в летнее время и межсезонье. Для преодоления пиковых отрицательных температур зимой, когда мощность теплового переноса существенно снижается, используют встроенные или отдельные водяные электронагреватели. Применяются эти насосы, как правило, в частных и многоквартирных домах, таунхаусах и гостиницах. У такой системы теплообмена довольно низкая стоимость монтажа и быстрая окупаемость, она без труда интегрируется в существующую систему отопления.
   • «Вода-воздух» — принцип работы базируется на использовании энергии воды в скважине или водоеме и передаче ее в воздушную систему отопления. Данная схема схожа с концепцией «вода-вода» и реализуема лишь при наличии или организации возможных источников получения тепла (водоем, скважина).
   • «Лед-вода» — для нагревания воды в отопительной системе используется тепловая энергия, высвобождающаяся при генерации льда. В процессе замораживания 200 литров воды можно получить тепловую энергию достаточную для того, чтобы обогревать небольшой дом в течение часа. На сегодняшний день это не слишком востребованный тип теплового насоса, поскольку процесс аккумуляции льда связан со специальной технологией, которую невозможно применить в большинстве коммерческих и жилых объектов.
   • «Грунт-вода» — тепло извлекается непосредственно из грунта через горизонтальный коллектор или вертикальные скважины, а затем направляется в контур отопления и/или ГВС. Поскольку температура грунтовых слоев на глубине ниже температуры промерзания и всегда положительная, такой тип насоса является практически идеальным для круглогодичного использования. Он имеет высокий тепловой коэффициент, легкое управление и способен бесперебойно работать в течение многих лет, однако возведение инженерных коммуникаций для его подключения и функционирования требует больших капитальных затрат, участия высококвалифицированных специалистов, а совокупная стоимость работ и оборудования будет выше, чем для тепловых насосов всех других типов.
2. По виду источника тепла:
   • Геотермальные насосы — получают тепловую энергию из воды или грунта. Могут быть замкнутого или открытого типа.
   • Воздушные насосы — источником тепла здесь является воздух, причем не только наружный, но и воздух из вытяжной вентиляции здания.
   • Использующие вторичное тепло , например тепло трубопровода центрального отопления. Такой вариант целесообразен для промышленных объектов, где имеются источники тепла, требующие утилизации.
3. По способу передачи энергии:
   • Компрессионные насосы состоят их компрессора, расширителя, конденсатора и испарителя, а их работа базируется на циклах сжатия-расширения теплоносителя ― в результате выделяется тепло (см. рис. 1). Такой тип насосов является самым востребованным на рынке, он достаточно эффективен, прост в работе и популярен среди потребителей благодаря наименьшей стоимости.

Рис. 1. Принцип работы компрессионного теплового насоса.

Рис. 2. Принцип работы абсорбционного теплового насоса.

Выбор максимально подходящего теплового насоса для отопления того или иного объекта напрямую зависит от нескольких факторов. О них мы и поговорим далее.

По каким принципам можно выбрать систему

Тепловой насос может быть целесообразен в том случае, если установка, подключение или окупаемость прочих систем отопления по расчетам оказываются экономически нерентабельными, как в случае с энергозатратными электрическими котлами. Перед покупкой и установкой оборудования следует внимательно рассмотреть ситуацию с самых разных ракурсов.

1. Назначение помещения. Поскольку эффективность у разных типов насосов разная, значительную роль в выборе агрегата должен играть объект, для которого предназначено оборудование. Если это большой жилой дом, в котором люди находятся постоянно, тепловой насос должен обеспечивать надежное и качественное отопление дома и горячее водоснабжение круглый год. В этом случае подойдут насосы, например, типа «воздух-вода» или геотермальный насос (при возможности его применения на объекте). В случаях когда требуется лишь эпизодическое применение теплового насоса для обогрева помещений, оптимальным будет высокоэффективный тепловой насос «воздух-воздух».
2. Наличие/отсутствие центральной системы отопления и ГВС. Если такая система существует, а насос используется только в качестве «доводчика» в отдельных помещениях, то необходимо оценивать эффективность взаимодействия систем — она будет тем больше, чем меньше температурных различий между нагревом элементов и источником тепла. Например, более разумным будет использование теплового насоса в тандеме с теплыми водяными полами, чем с обычными радиаторами отопления (температура теплоносителя в полах всегда ниже).
3. Регион использования. Здесь необходимо принимать во внимание и температурные значения, и особенности почвы, и наличие водоемов, и прочие геоклиматические условия. Например, при слишком низких среднегодовых температурах использование насоса типа «воздух-воздух» будет неэффективным, поскольку в этом случае его работа будет слишком энергозатратна и малоэффективна. Если на участке невозможно провести буровые работы или недостаточно площади для размещения горизонтального коллектора, то, соответственно, невозможно будет и установить насос «грунт-вода». Решением в этом случае может стать установка насоса «воздух-вода». Для зданий, расположенных недалеко от водоемов или там, где есть необходимый дебет подземных вод, можно использовать насос «вода-вода».
4. Площадь дома. Если отапливаемая площадь превышает 250 м 2 и есть возможность бурения скважин, то оптимальным будет насос «грунт-вода». Для домов менее 200 м 2 идеально подойдет насос типа «воздух-вода». Для небольших квартир, офисов или торговых помещений можно использовать насос «воздух-воздух».
5. Использование в качестве кондиционера. В этом случае можно применить тепловые насосы «вода-вода» или «грунт-вода», у которых есть возможность пассивного охлаждения (без использования компрессора). Все остальные типы насосов будут охлаждать помещение в активном режиме, поэтому затраты на эксплуатацию в теплый период года могут оказаться выше.
6. Наличие вентиляционной системы. Если она имеется, то с помощью интеграции в нее теплового насоса, систему можно эффективно использовать для воздушного отопления. Данная схема установки, как правило, подходит для административных и офисных зданий, а также спортивных комплексов, где система вентиляции с механическим побуждением является обязательным атрибутом.

Еще один важный фактор выбора — стоимость оборудования. Она может варьироваться в зависимости от типа теплового насоса, торговой марки, страны-производителя и многих других факторов.

Стоимость систем отопления с тепловым насосом

При выборе теплового насоса в качестве основного элемента системы отопления следует помнить, что итоговая стоимость будет включать не только цену самого насоса (оборудования), но и затраты на дополнительные инженерные системы, расходные материалы и монтажные работы.

Как уже говорилось, самыми недорогими являются насосы «воздух-воздух». Цена оборудования здесь начинается от 35 000 рублей за высокоэффективный агрегат для помещения до 20–30 м 2 : данную стоимость можно экстраполировать и на большие площади. Однако как полноценная система обогрева данные тепловые насосы могут применяться исключительно в южных регионах, в России это актуально для климатических зон Черноморского побережья Кавказа и Крыма с расчетными зимними температурами в диапазоне от –5ºС до –7ºС. Как правило, цена монтажа подобного теплового насоса не превышает стоимость монтажа кондиционера сплит-системы и варьируется от 7500 до 16 000 рублей. Также следует понимать, что согласно требованиям СНиП (строительных норм и правил), действующих в РФ, применение системы воздушного отопления в жилых и административных помещениях требует обязательного наличия 100% резервирования мощности воздушного обогрева. Поэтому тепловые насосы «воздух-воздух», как правило, используются в частном секторе.

Обогрев и система ГВС дома с площадью около 100–150 м 2 с помощью теплового насоса «воздух-вода» потребуют более серьезных затрат. Во-первых, кроме насоса необходимо приобрести дополнительное оборудование: расширительные баки, циркуляционный насос, бак косвенного нагрева (бойлер), а также оснастить обогреваемые зоны высокоэффективными доводчиками — тепловыми конвекторами/радиаторами и/или обустроить в них систему теплых (водяных) полов. Элементы теплового насоса, а также потребители подключаются между собой посредством водяных трубопроводов, а значит, установка данной системы должна быть совмещена со строительством или реконструкцией объекта. Кроме того, придется немало заплатить за монтаж и пусконаладочные работы. В среднем итоговая цена решения для дома с площадью около 100 м 2 составит от 500 000 рублей при весьма скромном бюджете.

Самыми дорогими являются геотермальные насосы. В этом случае придется потратиться и на само оборудование, и на монтаж, в который входят земляные работы, обустройство скважин и коллекторов, ввод трубопроводов в дом, установка и обвязка самого насоса, монтаж вспомогательного оборудования (радиаторы, конвекторы, теплые полы), плюс подключение всего комплекса устройств и пусконаладка.

В среднем оборудование и его установка для дома площадью 100 м 2 будет стоить от 700 000 рублей, для дома в 200 м 2 — от 1 млн рублей.

Тепловые насосы — современный, экономичный и экологичный способ получения тепловой энергии. Окупаемость тепловых насосов весьма высока, и при правильной организации системы отопления объекта, а также при должном утеплении стен и перекрытий здания это может стать замечательной альтернативой традиционным для России электрическим и дизельным котлам, а также котлам на сжиженном газе и пеллетном топливе. В случае установки теплового насоса для потребителя более актуальным становится вопрос обеспечения стабильного основного электроснабжения объекта, а также наличия аварийного источника электричества: при длительном отключении электроэнергии работа теплового насоса должна поддерживаться с помощью автономного генератора.

Пармон Анна Сергеевна Ответственный редактор

Теп­ло­вые на­со­сы, вне вся­ко­го со­мне­ния, очень пер­спек­тив­ны, а их кон­струк­ция по­сто­ян­но со­вер­шенст­ву­ет­ся. В не­ко­то­рых стра­нах За­пад­ной Ев­ро­пы, на­при­мер в Гер­ма­нии, Шве­ции и Нор­ве­гии, для то­го что­бы сти­му­ли­ро­вать на­се­ле­ние к пе­ре­хо­ду на эко­ло­гич­ные и энер­го­эф­фек­тив­ные сис­те­мы отоп­ле­ния, пра­ви­тельст­ва час­тич­но до­ти­ру­ют по­куп­ку и уста­нов­ку по­доб­ных сис­тем.

Производители кондиционеров: разбираемся в ассортименте климатического оборудования

Настенные кондиционеры: как выбрать климатическое оборудование и на какую сумму рассчитывать?

VRF-системы: в чем особенности мультизональных систем кондиционирования и какова их стоимость

© 2023 АО «Аргументы и Факты» Генеральный директор Руслан Новиков. Главный редактор еженедельника «Аргументы и Факты» Игорь Черняк. Директор по развитию цифрового направления и новым медиа АиФ.ru Денис Халаимов. Шеф-редактор сайта АиФ.ru Владимир Шушкин.

СМИ «aif.ru» зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (РОСКОМНАДЗОР), регистрационный номер Эл № ФС 77-78200 от 06 апреля 2020 г. Учредитель: АО «Аргументы и факты». Интернет-сайт «aif.ru» функционирует при финансовой поддержке Федерального агентства по печати и массовым коммуникациям.

Шеф-редактор сайта: Шушкин В.С. e-mail: karaul@aif.ru, тел. 8 495 783 83 57. 16+

Все права защищены. Копирование и использование полных материалов запрещено, частичное цитирование возможно только при условии гиперссылки на сайт aif.ru.

Тепловой насос: принцип работы, сферы применения

Мы получаем тепло за счёт сжигания дров, угля, нефтепродуктов и газа. Но эти привычные для нас способы отопления на самом деле примитивные и опасные: они безвозвратно тратят ресурсы земли и загрязняют атмосферу. Продолжаться долго так не может. Поэтому на смену традиционным способам приходят энергоэффективные технологии, которые могут генерировать тепло из земли и воздуха, не причиняя вреда природе.

Что такое тепловой насос?

Тепло находится везде: в воздухе, воде и земле. Тепловой насос — это повышающий трансформатор теплоты, — устройство, которое забирает тепло из окружающей среды и передаёт его в систему отопления и горячего водоснабжения. При работе теплового насоса энергия тратится не на прямой нагрев теплоносителя, а на перекачку и преобразование тепла из окружающей среды в дом. Так достигается высокая энергоэффективность прибора: при затрате 1 киловатта электричества на работу компрессора, вырабатывается 3–5 кВт тепловой энергии (тепловой коэффициент СОР 3–5 единиц).

Какие бывают тепловые насосы?

Тепловые насосы подразделяются на три вида:

• Аэротермальные (воздушные), которые получают тепловую энергию из атмосферы.
• Геотермальные, добывающие тепло из земли.
• Акватермальные (водные) — класс оборудования, использующий тепло водной среды: реки, озера, моря, подземного водоносного слоя.

Аэротермальный насос забирает тепло через воздушный теплообменник — уличный радиатор. Геотермальные насосы получают тепловую энергию из земли через геотермальные поля — это проложенные горизонтально под поверхностью земли трубы, либо скважины (зонды), куда трубы устанавливается вертикально. Зонды могут также располагаться и под углом, так как не на всех участках есть возможность пробуриться в глубину. Коллекторы акватермального насоса помещаются в водоём или водяную скважину.

Геотермальные тепловые насосы работают более эффективно благодаря стабильной температуре грунта круглый год. У аэротермальных насосов тепловой коэффициент (СОР) падает при наружной температуре от -15 °C. Водные тепловые насосы зависят от качества воды: водоросли, известковый налёт, коррозия — эти факторы значительно снижают производительность устройства.

Как работает воздушный тепловой насос?

Работа любого теплового насоса делится на три этапа:

• сбор тепла из окружающей среды;
• повышение температуры собранного тепла;
• передача тепла в систему отопления и ГВС.

Отличается только способ получения низкопотенциального тепла из окружающей среды. У воздушного теплового насоса это осуществляется следующим образом:

• По испарителю воздушного теплонасоса циркулирует хладагент — фреон. Эта незамерзающая и легкоиспаряющаяся жидкость, которая закипает при низких температурах. Температура фреона всегда ниже температуры воздуха и, следовательно, под её воздействием хладагент закипает и преобразуется в пар. Это называется теплообмен в температурном дифференциале.
• Парообразный фреон поступает в компрессор, где сжимается. Под воздействием высокого давления пар хладагента разогревается: температура сжатых паров фреона может достигать 128 °C. Это тепло поступает в конденсатор.
• В конденсаторе горячий фреоновый пар передаёт тепловую энергию в контур отопления и нагрева воды. При отдаче тепловой энергии пар охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, но сохраняет при этом высокое давление. И также температура хладагента на этом этапе ещё недостаточна для нового цикла поглощения тепла из окружающей среды. Поэтому после теплообменника фреон проходит через дроссельный вентиль, где понижается давление и падает температура. После этого хладагент идёт в наружный контур для прохождения повторного цикла.

Как работает геотермальный и акватермальный тепловые насосы?

Принцип работы этих тепловых насосов отличается только получением тепла из окружающей среды. Здесь в качестве теплообменника выступает контур из труб, проложенных под землёй или погруженных в воду. По трубам циркулирует не хладагент, как у воздушных насосов, а посредник — пропиленгликоль, спирт или водно-гликолевая смесь. Именно эти жидкости аккумулируют полученное из воды или почвы тепло и передают его в испаритель установки.

Теплоноситель поступает в испаритель, нагревает фреон, превращая его в пар. Парообразный фреон проходит через компрессор, где сжимается и нагревается. После этого он также попадает в конденсатор, где и передаёт тепло отоплению и горячему водоснабжению. Цикл завершается, когда хладагент проходит через дроссельный вентиль, где происходит процесс снижения давления и охлаждения. Охлаждённый фреон снова попадает в испаритель.

Если упрощённо: тепло воздуха, воды или земли требуется лишь для того, чтобы вскипятить фреон и превратить его в пар. Далее в компрессоре пар под воздействием давления разогревается до высоких температур, энергия которых идёт на подогрев воды в системе отопления и ГВС. Так низкопотенциальное тепло внешней среды преобразуется в высокие температуры теплоносителя контура отопления.

Как повысить эффективность работы теплового насоса?

Немаловажную роль в производительности теплового насоса играет отопительная система. Наиболее эффективно оборудование функционирует с низкотемпературными системами отопления: тёплым водяным полом; фанкойлами (вентиляторными теплообменниками). Дело в том, что тепловой насос работает максимально продуктивно при температуре от 35–40 °C на выходе, а это соответствует оптимальной температуре теплоносителя в системе водяного тёплого пола или воздушного отопления.

Может ли тепловой насос охлаждать?

Тепловые насосы могут не только нагревать, но и охлаждать — использоваться для кондиционирования. То есть, устройство может забирать тепло из помещения и выводить его наружу по такому же принципу, но только в обратном порядке. Холодильник — это тоже тепловой насос. Этот бытовой прибор не производит холод, он просто удаляет всё тепло из герметичной теплоизоляционной камеры.

В каких сферах применяются тепловые насосы?

Тепловые насосы применяются для отопления и кондиционирования промышленных объектов, муниципальных зданий, многоэтажных и частных жилых домов. Данная технология способна заменить все традиционные способы отопления. Пример тому Швеция, где при помощи тепловых насосов отапливается более 90% зданий различного назначения. Геотермальные и аэротермальные насосы широко распространены в Европе, США, Японии.

Кому подойдёт этот вид отопления?

Для функционирования тепловому насосу требуется только электричество. Этот вид отопления подойдёт для частных домов, расположенных вдали от газовых магистралей или где подключение к газу неоправданно дорого. Тепловой насос отлично подходит для негазифицированных посёлков, где не хватает мощности для установки электрического котла. Данный вид отопления пользуется популярностью у тех, кто не желает жить на «пороховой бочке», то есть подходит людям опасающимся удушья или взрыва при утечке газа. Тепловой насос можно применить на коммерческих объектах в качестве энергоэффективного отопления.

Какую опасность представляет тепловой насос?

В тепловом насосе не сжигается топливо; он не производит вредные выбросы в атмосферу и отходы в окружающую среду. Это пожаро/взрывобезопасное и экологически чистое устройство. Хладагент циркулирует по закрытому контуру и опасности для природы и человека не представляет.

На что обращать внимание при выборе теплового насоса?

Как мы упоминали, тепловые насосы делятся на три вида: аэротермальные, акватермальные и геотермальные. Первые работают от атмосферного тепла и у них есть два существенных недостатка: температурные перепады и регулярное загрязнение радиатора. При сильных морозах тепловой коэффициент (СОР) падает до 1, вместо заявленных 3–5. И также постоянное загрязнение уличных радиаторов снижает эффективность аэротермальных насосов. Эти установки больше подходят для умеренного климата с мягкими зимами.

Акватермальные насосы требовательны к качеству воды и их эффективность падает, когда контур теплоносителя загрязняется или покрывается налётом.

Для наших условий наилучший выбор — это геотермальные тепловые насосы. Система «грунт-вода» является наиболее удобной, надёжной и эффективной для отопления и горячего водоснабжения дома. Связано это с почти постоянной температурой почвы в течение всего года. Геотермальное поле закладывается ниже отметки промерзания грунтов, что позволяет установке функционировать стабильно и выдавать высокий тепловой коэффициент. Например, СОР геотермальных тепловых насосов серии ФХ (ФХ-401 , ФХ-405 , ФХ-415) до 5 единиц!

При выборе оборудования важно, чтобы оно не только банально нагревало воду, но и обладало расширенными характеристиками, отвечающим требованиям современного теплового насоса. Возьмём для примера геотермальный тепловой насос IQ (инвертор) ФХ-415. Установка оснащена: устройством для удалённого доступа; автоматическим перезапуском при отключении электричества; защитой циркуляционных насосов; защитой от перекоса фаз; режимом климат-контроля по температуре воздуха; недельным графиком работы; погодозависимым режимом; управлением ТЭНом бака ГВС; энергонезависимой памятью; шумоизоляцией корпуса. Это гарантирует надёжность, долговечность и высокую энергоэффективность оборудования.

Как вы относитесь к таким системам отопления? Напишите в комментариях.

Друзья, нас уже больше 85 тысяч! Поставьте лайк, подпишитесь на канал, поделитесь публикацией — мы работаем , чтобы вы получали полезную и актуальную информацию!

Читайте также:

Тепловые насосы: устройство, принцип действия и виды конструкций

Тепловой насос — это высокотехнологичное устройство, позволяющее использовать тепловую энергию грунта, воздуха и воды для обогрева дома и кондиционирования воздуха. Любая среда с температурой выше 1°С обладает определенным количеством тепловой энергии, которую при должной организации процесса можно эффективно использовать в быту и на производстве.

В России тепловые насосы пока не получили широкого распространения, хотя активно используется оборудование с аналогичным принципом действия — холодильники и кондиционеры. А вот в Швейцарии и других европейских странах отопление зданий с помощью геотермальных тепловых насосов — дело привычное.

Принцип действия и эффективность теплонасосов

Принцип работы такого оборудования базируется на общеизвестном цикле Карно. По сути, тепловой насос — это не что иное, как холодильник наоборот. И устройство, и даже внешний облик этих приспособлений схожи. Разница лишь в том, что холодильник морозит внутри и отдает тепло наружу, а тепловой насос напротив забирает тепло из почвы, воды или воздуха и поставляет его в дом. С его помощью 2/3 энергии, требуемой для отопления, можно получить из природы абсолютно бесплатно, а оставшуюся 1/3 — придется затратить на перекачку жидкости в насосе.

Практика использования тепловых насосов показывает, что их применением позволяет добиться 70% экономии средств, необходимых на обогрев дома, если сравнивать с обычным способом отопления. Устройство собирает тепловую энергию из окружающей среды и поставляет ее в дом, при этом затрачивая на работу 1 кВт энергии, вырабатывая — 3…4 кВт. Выгода очевидна! К тому же на базе данного приспособления можно не только наладить отопление и горячее водоснабжение в доме, но и обеспечить кондиционирование — нагрев и охлаждение воздуха в помещениях.

Устройство и суть работы теплонасоса

Внутренний контур устройства состоит из:

• конденсатора;
• испарителя;
• капилляра;
• сетевого компрессора;
• управляющего терморегулятора;
• хладагента.

Мы разобрались, что принцип действия теплового насоса заключатся в сборе низкопотенциальной тепловой энергии и передаче ее теплоносителю с более высокой температурой. По сути, происходит следующее:

• в трубопровод, расположенный в грунте (воде, воздухе), поступает теплоноситель и подогревается;
• попадая в теплообменник (испаритель), теплоноситель передает накопленную энергию на внутренний контур системы;
• хладагент, нагреваясь в испарителе, преобразуется в газ, а затем, попадая в компрессор, сжимается под высоким давлением, при этом его температура повышается еще сильнее;
• нагретый газ попадает в конденсатор и передает тепло теплоносителю отопительной системы;

после чего остуженный хладагент в жидком виде поступает обратно в систему.

Как видно, суть работы теплонасоса проста, при этом эффективность его использования высока.

Типы тепловых насосов

Нас окружают разные природные среды, поэтому существуют насосы, способные черпать тепловую энергию из разных источников. Различают несколько типов оборудования:

• «грунт-вода»;
• «вода-вода»;
• «вода-воздух»;
• «воздух-воздух»;

Каждая конструкция имеет свои уникальные особенности:

1. «Грунт-вода»



Получение тепловой энергии из грунта считается наиболее эффективным для данного вида альтернативного отопления. Уже в 5 метрах от поверхности земли температура почвы достаточно постоянна и практически не подвержена изменениям погоды. В насосе, работающем по принципу «грунт-вода», используются теплопроводящие зонды. Теплоносителем выступает специальная жидкость — рассол, имеющий экологически безопасный состав. Контур насоса выполняется из прочных пластиковых труб, которые могут быть размещены вертикально или горизонтально.

Вертикальное размещение предполагает использование скважин (50…150м) и специальных глубинных зондов, так как температура глубоко под землей всегда выше и устойчивее, чем на поверхности. Второй способ размещения контура рассчитан на горизонтальную закладку труб недалеко от поверхности, но на приличной площади (25…50 м²/1 кВт). При этом земля, отведенная под контур коллектора, становится непригодной для сельскохозяйственного использования. На этой площади можно лишь разбить газон или клумбу. Поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается вертикальному контуру.

2. «Вода-вода»



Благодаря относительной стабильности температуры воды на большой глубине использование тепловых насосов данного типа весьма эффективно. Источником рассеянной тепловой энергии могут выступать открытые водоемы, грунтовые и промышленные сточные воды. Конструктивно насос «вода-вода» подобен устройству первого типа. Наименее затратным считается сооружение приспособления, черпающего энергию из открытого водоема. В таком случае трубы с теплоносителем, снабженные утяжелителем, просто погружаются в воду на необходимую глубину. Может потребоваться также организация водосборного колодца.

3. «Воздух-вода»



Несколько менее эффективный тип теплового насоса, чем первые два, но универсальный и простой в монтаже. Для его установки не потребуется производить сложные земляные работы, оборудование можно разместить прямо на крыше здания. Его преимуществом является возможность повторного использования тепла, покидающего обогреваемые помещения. Для компенсации недостатка мощности зимой обычно предусматривается альтернативное отопление.

4. «Воздух-воздух»

Победитель в соотношении «затраты-эффективность», так как не требует произведения сложных работ по созданию традиционной отопительной системы. Тепловой насос такого типа работает как перевернутый кондиционер: отбирает тепловую энергию у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, а затем отдает ее в дом. Как бы абсурдно это не озвучило, но греть дом предлагается за счет холодного уличного воздуха. Ведь, в действительности, даже очень холодный воздух обладает приличным запасом тепловой энергии.

Вариативность и высокая эффективность тепловых насосов привела к их быстрому распространению в развитых странах.

Тепловой насос для отопления дома – принцип работы

Многих интересует, как работает тепловой насос для отопления дома. В статье мы доступно опишем принцип работы теплонасоса для обогрева жилья, виды тепловых насосов, их особенности.

Свои вопросы и замечания вы можете оставить в комментариях. Мы постараемся отреагировать на них как можно быстрее.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома

Тепловой насос (теплонасос, термопомпа, ТН) – оборудование для обогрева дома, коттеджа, дачи, апартаментов или квартиры. Он генерирует тепло из среды (воды, воздуха, земли) и переносит его в здание.

За счет того что ТН не производит тепло, а переносит его из одной среды в другую, его эффективность более 100% и может достигать 1000%. КПД теплового насоса – его отличие от систем получения тепла, таких как:

• Котлы;
• Бойлеры;
• Конвекторы;
• Электронагреватели; .

Есть два типа тепловых насосов – компрессорные (компрессионные) и абсорбционные. Но последние используют в промышленности – они еще не распространились на частные домовладения. Поэтому рассмотрим только компрессорные (парокомпрессионные) тепловые насосы.

Простыми словами можно описать принцип действия теплового насоса для отопления дома так: «холодильник наоборот». Как функционирует последний, вы можете прочиталь в статье о принципе работы холодильника. Для переноса тепла в нем служит теплоноситель (хладагент, фреон).



Теплоноситель попадет в испаритель (радиатор, магистраль, поле, скважину), где нагревается от окружающей среды. Далее его сжимает компрессор, в котором повышается его давление и температура.

В случае с грунтовыми и водяными тепловыми насосами, теплоноситель получает тепловую энергию от рассола, который циркулирует в трубах, погруженных в воду, или уложенных в грунте.

После компрессора теплоноситель отдает тепло в воздух, воду или другой теплоноситель, которые используются для отопления здания. Охлажденный теплоноситель попадает в конденсатор, в котором он охлаждается.

Этот цикл повторяется снова и проходит в замкнутом виде. На приведенном ниже видео показан принцип работы теплового насоса:

Особенности разных видов теплонасосов

Воздушные – самые дешевые из тепловых насосов, имеют низкую производительности зимой и высокую летом. Это обусловлено тем, что температура воздуха сильно зависит от сезона. Они просты в монтаже и подключении, их чаще используют для обогрева весной или осенью или как дополнительный источник дешевого тепла.

Цены тепловых насосов, водяного и грунтового (геотермального) типов, мало отличаются. Но стоимость укладки магистрали в водоем ниже чем бурение скважин или укладка геотермального поля. Поэтому если рядом есть озеро, пруд или река, целесообразнее устанавливать водяной ТН.

Виды тепловых насосов для отопления дома

Тепловой насос может нагревать три среды – воду, воздух теплоноситель. Воздух используется для отопления дома через вентиляцию, фанкойлы или внутренние блоки. Вода и теплоноситель циркулируют в радиаторных системах, теплых полах и стенах.

Основное название теплового насоса зависит от среды, из которой он получает тепло. Водяной – из воды, воздушный – из воздуха, грунтовый или геотермальный – из грунта и грунтовых вод.

Точное название Теплового насоса указывает на среду, в которую он передает тепло. ТН грунт-вода получает энергию из земли и нагревает воду или теплоноситель, вода-воздух – получает тепло из воды и подогревает воздух.

Воздушные тепловые насосы

Термопомпы воздух-воздух похожи на кондиционер и состоят из наружного и внутреннего блоков, иногда изготовлены как моноблок с воздуховодами. Принцип работы теплового насоса воздух-воздух – в отборе тепла из воздуха снаружи здания и нагрева его внутри.

ТН воздух-вода состоит из наружного блока и бойлера (бака-накопителя), либо как моноблок в котором они объединены. Принцип работы теплового насоса воздух-вода – он охлаждает наружный воздух и нагревает воду или другой теплоноситель.



Водяные тепловые насосы

Тепловой насос вода-вода состоит из блока с теплообменником или накопителем и состоящей из нескольких труб магистрали (поля), погруженной в водоем, по которой циркулирует теплоноситель. Принцип работы теплового насоса вода-вода – отбор тепла из водоема и нагрев воды или теплоносителя.

ТН вода-воздух – это магистраль и моноблок, в котором нагревается воздух для подачи на фанкойлы или вентиляцию. Иногда в таких тепловых насосах используют внутренние блоки по типу кондиционерных.



Грунтовые тепловые насосы

Такие тепловые насосы используют тепло земли, для чего либо бурят скважины, либо геотермальное поле, по которым циркулирует теплоноситель или рассол. В первом случае бурятся несколько скважин, отстоящих друг от друга на расстоянии более одного метра. Во втором — на глубине до 2 метров укладываюется горизонтальные трубы.

Грунтовые тепловые насосы косвенного теплообмена имеют два контура. В первом, уложенном в поле или скважине, циркулирует жидкость (рассол, растворы пропиленгликоля, этиленгликоля), которая передает тепло теплоносителю (фреону), который иркулирует по второму контуру. именно там происходят иклы конденсаии и испарения, передающие тепло.

Тепловые грунтовые насосы прямого теплообмена имеют один контур. В нем иркулирует фреон. За счет его большого количества стоимость монтажа такого типа ТН выше.

Тепловые насосы грунт-вода либо имеют встроенный бак-накопитель, либо небольшой бак-теплообменник. ТН типа грунт-воздух либо выполнены как моноблок с каналом подачи нагретого воздуха, либо нагревают его через внутренние блоки по типу кондиционерных.



Эффективность и целесообразность

КПД тепловых насосов зависит от их производительности и качества. Например, воздушные ТН в зависимости от модели и стоимости могут производить при +5 градусов от 2 до 5 кВт тепла на 1 кВт затраченной электроэнергии. У грунтовых и водяных термопомп все зависит от оборудования, некоторые имеют КПД до 1000%, но цена такого теплового насоса немаленькая.

В статье мы разобрали принцип работы теплового насоса для обогрева здания, а вопрос о выборе, покупке и установке каждый должен решать самостоятельно. В любом случае, тепловые насосы – достойная альтернатива другим источникам тепла. Особенно учитывая, что газ и твердое топливо постоянно дорожают. Не забудьте поделиться публикацией в соцсетях!

Похожие записи:

1. Что такое производительность насоса. Основные типы и виды насосов, их характеристики
2. Что такое тепловые насосы?
3. Циркуляционные насосы для отопления: разновидности, правила выбора, монтаж
4. Циркуляционный насос Grundfos: модели, технические характеристики