Нагревательный насос для отопления. Тепловой насос: принцип работы для отопления дома. Оборудование для отопительных систем типовых коттеджей под ПМЖ

Тепловой насос - это устройство, которое может обеспечивать вашему дому отопление зимой, охлаждение летом и производство горячей воды круглый год.

Тепловой насос использует энергию возобновляемых источников - нагретого воздуха, земли, скальных пород или воды - для производства тепловой энергии. Это преобразование осуществляется с помощью особых веществ - .

Принцип действия теплового насоса

Конструктивно любой тепловой насос состоит из двух частей: наружной, которая «забирает» тепло возобновляемых источников, и внутренней, которая отдает это тепло в систему отопления или кондиционирования вашего дома. Современные тепловые насосы отличаются высокой энергоэффективностью, что в практическом плане означает следующее - потребитель, т.е. владелец дома, используя тепловой насос, тратит на обогрев или охлаждение своего жилища, в среднем, всего четверть тех денег, которые он потратил бы, если теплового насоса не было.

Иначе говоря, в системе с тепловым насосом 75% полезного тепла (или холода) обеспечивается за счет бесплатных источников - тепла земли, грунтовых вод или нагретого в помещениях и выбрасываемого на улицу использованного воздуха.

Рассмотрим, как действует, пожалуй, самый популярный в быту тепловой насос, работающий за счет тепла земли. Работа теплонасоса происходит в несколько циклов.

Цикл 1, испарение

Наружная часть «земляного» теплового насоса представляет собой замкнутую систему труб, зарытых в землю на определенную глубину, где температура круглый год стабильна и составляет 7-12°C. Чтобы «собрать» достаточное количество энергии земли, требуется, чтобы общая площадь, занимаемая системой подземных труб, была в 1,5-2 раза больше всей отапливаемой площади дома. Эти трубы заполнены хладагентом, который нагревается до температуры земли.

Хладагент имеет очень низкую температуру кипения, поэтому способен прейти в газообразное состояние уже при температуре грунта. Далее этот газ поступает в .

Цикл 2, сжатие

Именно этот компрессор и расходует всю необходимую для работы теплового насоса энергию, но по сравнению, к примеру, с отоплением от , эти затраты заметно ниже. К сравнению затрат мы вернемся позже.

Итак, нагретый до температуры 7-12°C газообразный хладагент из подземных труб в камере компрессора сильно сжимается, что приводит к его резкому нагреву. Чтобы понять это просто вспомните, как нагревается обычный велосипедный насос, когда вы накачиваете шины. Принцип тот же самый.

Хозяину на заметку

«Тепловой насос - современное отопление. Но реальные значения эффективности теплонасосов зависят от температурных условий, т.е. в холодные дни их эффективность падает. Она составляет порядка 150% при температуре −20 °C, и порядка 300% при температуре источника +7 °C».

Цикл 3, конденсация

После цикла сжатия, мы получили горячий пар под высоким давлением, который подается уже во внутреннюю, «домашнюю» часть теплового насоса. Теперь этот газ может быть использован для системы воздушного отопления или для нагрева воды в системе водяного отопления и горячего водоснабжения. Также этот горячий пар может применяться с системой « ».

Отдавая тепло в систему отопления, горячий газ охлаждается, конденсируется и превращается в жидкость.

Цикл 4, расширение

Эта жидкость поступает в расширительный клапан, где ее давление понижается. Теперь жидкий хладагент низкого давления снова направляется в подземную часть для нагрева до температуры земли. И все циклы повторяются.

Эффективность использования тепловых насосов

На каждый 1 кВт электроэнергии, потребляемой тепловым насосом для работы его компрессора, в среднем, вырабатывается около 4 кВт полезной тепловой энергии. Это соответствует 300% эффективности.

Сравнение отопления с помощью теплового насоса с другими способами.

Данные представлены Европейской ассоциацией тепловых насосов (EHPA)

Следует понимать, что показатели эффективности тепловых насосов отличаются, в зависимости от конкретных условий, в которых действует ваше устройство. Так, если вы используете «земляной» тепловой насос, и у вас на участке глинистая почва, то эффективность теплонасоса будет примерно вдвое выше, чем если бы трубы теплового насоса лежали в песчаном грунте.

Также следует помнить, что укладка подземной части должна осуществляться ниже отметки промерзания грунта. Иначе тепловой насос работать вообще не будет.

Реальные значения эффективности тепловых насосов зависят от температурных условий, т.е. в холодные дни их эффективность падает. Она составляет порядка 150% при температуре −20 °C, и порядка 300% при температуре источника +7 °C. Но технологии не стоят на месте - современные модели отличается большей энергоэффективностью, причем эта тенденция сохраняется.

Тепловые насосы для охлаждения дома

По своему принципу действия тепловой насос аналогичен или . Поэтому в летнее время он может применяться не для обогрева дома, а для его охлаждения или кондиционирования. Вспомним, что, если речь идет о «земляном» теплонасосе, то температура грунта стабильна в пределах 7-12°C круглогодично. И с помощью теплового насоса она может передаваться в помещения дома.

Принцип работы системы охлаждения с помощью теплового насоса аналогичен системе отопления, только вместо радиаторов используются . При пассивном охлаждении теплоноситель просто циркулирует между фанкойлами и скважиной, т.е. холод из скважины напрямую поступает в систему кондиционирования, но сам компрессор при этом не работает. Если пассивного охлаждения недостаточно, включается компрессор теплового насоса, который дополнительно охлаждает теплоноситель.

Типы тепловых насосов

Бытовые тепловые насосы бывают 3-х основных типов, различающихся по внешнему источнику тепла:

• «земляные» или «грунт-вода», «грунт-воздух»;
• «водяные» или «вода-вода», «вода-воздух»;
• «воздушные» или «воздух-вода», «воздух-воздух».

«Земляные» тепловые насосы

Самые популярные - это тепловые насосы, использующие тепло земли. О них уже шла речь выше. Это самые эффективные, но и самые дорогие из всех типов. Трубы, уходящие под землю, могут располагаться вертикально или горизонтально. В зависимости от этого, «земляные» тепловые насосы делятся на вертикальные и горизонтальные .

Вертикальные тепловые насосы требуют погружения труб, по которым циркулирует хладагент на значительную глубину: 50-200 м. Правда, есть альтернатива - сделать не одну такую скважину, а несколько, но более «мелких». Расстояние между такими скважинами должно быть не менее 10 м. Чтобы рассчитать глубину бурения, можно грубо прикинуть, что тепловой насос мощностью 10 кВт потребует скважины (одну или несколько) общей глубиной около 170 м. Следует также помнить, что бесполезно бурить очень мелкие - менее 50 м - скважины.

При горизонтальной укладке дорогостоящее бурение на большую глубину не требуется. Глубина заложения трубопроводов при этом способе - около 1 м, в зависимости от региона установки эта величина может как уменьшаться, так и увеличиваться. Труба с хладагентом при этом способе укладывается так, чтобы расстояние между соседними участками было не менее полутора метров, иначе сбор тепла не эффективен.

Хозяину на заметку

«Если вы живете в зоне умеренного климата - например, на Северо-Западе - то наиболее эффективный вариант для вас - тепловой насос, использующий тепло земли. Причем, лучше установить вертикальный вариант теплонасоса - особенно, если ваш дом находится на скальных породах».

Для установки теплового насоса мощностью 10 кВт необходима общая длина зарытой трубы порядка 350-450 м. Если принять во внимание ограничения, связанные с соседством разных участков между собой, то вам понадобится участок земли с размерами 20 на 20 метров. Есть ли такой свободный участок в наличии - большой вопрос.

Как выбрать нужный тепловой насос

Если вы живете в зоне умеренного климата - например, на Северо-Западе - то наиболее эффективный вариант для вас - тепловой насос, использующий тепло земли. Причем, лучше установить вертикальный вариант теплонасоса - особенно, если ваш дом находится на скальных породах, где найти свободный обширный участок земли проблематично. Но такой тип теплового насоса наиболее дорог по сумме капитальных затрат.

В зоне с мягким климатом - например, в Сочи - можно установить тепловой насос «воздух-вода», который не требует чрезмерных капитальных затрат и особенно эффективен в местности, где сезонные колебания температур сравнительно невелики.

В зависимости от принципа действия, бывают и . Более популярны модели, работающие от электричества.

Еще одно важное замечание. Хорошей идеей являются комбинированные модели тепловых насосов, которые совмещают классический вариант теплонасоса с газовым или электрическим нагревателем. Такие нагреватели могут применяться при неблагоприятных погодных условиях, когда эффективность теплового насоса снижается. Как уже говорилось, особенно снижение эффективности свойственно тепловым насосам «воздух-вода» и «воздух-воздух».

Комбинация этих двух источников тепла позволяет снизить стоимость капитальных затрат и увеличить срок окупаемости теплонасосной установки.

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Главным достоинством тепловых насосов являются их низкие эксплуатационные расходы. Т.е. стоимость произведенного тепла или охлаждения для конечного потребителя является самой низкой по сравнению с другими способами отопления/кондиционирования. Кроме этого, система с тепловым насосом практически безопасна для дома. Следовательно, упрощаются требования к системам вентиляции его помещений и повышается уровень пожарной безопасности. Что также положительно влияет на стоимость установки этих систем.

Тепловые насосы просты в эксплуатации и весьма надежны, а еще - практически бесшумны.

Еще один плюс - вы легко можете переключить тепловой насос с отопления на охлаждение в случае необходимости. Нужно лишь иметь дома не только отопительные , но и фанкойлы.

Но есть у них и минусы, главный из которых является оборотной стороной главного плюса - капитальные затраты на их установку весьма существенны. Еще одним недостатком тепловых насосов до недавнего времени была сравнительно низкая температура теплоносителя - не более 60 C. Но последние разработки дали возможность устранить этот недостаток. Правда, и цена на такие модели выше, чем на стандартные.

Сам тепловой насос представляет собой оригинальную станцию. Ее задача забирать энергию из окружающей среды. В дальнейшем подобная техника преобразует полученное тепло и может применять для обеспечения комфорта в доме. Иногда подобный насос работает как «климат контроль», он может дарить тепло или же охлаждать дом. Кроме того активно используется устройство для обеспечения горячей воды. Рассмотрим подробнее, что такое тепловой насос для отопления дома, цены, его виды и как он применяется.

Читайте в статье:

Что собой представляют тепловые насосы для отопления дома: принцип работы

Тепловой насос представляет собой экономичное отопительное устройство. Для его работы не нужно топливо и практически не требуется энергия. Все тепло, которое в дальнейшем делает дом максимально уютным, приходит из окружающей среды.

Примечание! Это рациональное решение, которое позволяет значительно сократить средства в отопительный сезон.

Подобные насосы можно смело использовать, это полностью экологичная и безопасная техника.

Принцип действия прибора

Благодаря хладагенту данная система и функционирует. Он накапливает теплоту и со временем отдает ее в случае необходимости.

Работает принцип переноса энергии, аналогичный метод можно наблюдать в любом обычном холодильнике. Однако в данном случае аккумулируется не холод, а тепло. Это прекрасная возможность обеспечивать в доме комфортную температуру с минимальным количеством ресурсов, ведь не нужно использовать никакое топливо.

Преимущество ТН

Современная техник имеет множество преимущественных особенностей, включая рентабельность использования:

Преимущества	Описание
Эффективность	Для работы теплового насоса необходимо использовать электричество. Однако в результате она во время преобразования в тепловую энергию увеличивается в 2,5-5 раз. Это позволяет при экономичном потреблении обеспечить максимальное количество тепла.
Автономность	Система работает без каких-либо дополнительных коммуникаций. Достаточно правильно установить ТН. Используется только лишь электроэнергия. Ее можно получать из генератора, если нет центральных сетей.
Универсальность	Подобная техника используется не только для отопления частных домов, но и для общественных мест. Насос актуален даже в промышленности, если речь идет о достаточно крупных объектах.
Экологичность	Работа подобной системы отопления совершенно не вредит природе
Долговечность	Подобное устройство работает несколько десятков лет. Срок эксплуатации определен в 50 лет, а затем можно будет сделать капитальный ремонт и продолжать использовать насос.
Безопасность	Часто система отопления в частных домах действительно очень опасна. Это зависит от того, что используются горючие вещества. Это может быть газ, топливо, уголь. При использовании насоса нет никаких дополнительных горючих веществ, кроме того он не нагревается до слишком высоких температур, не может возникнуть пожар.
Комфортное использование	Насос работает бесшумно, он обеспечивает определенный уровень тепла и влажности в доме, благодаря чему в помещениях всегда будет комфортно находиться. Более того, есть возможность дистанционного управления, если понадобиться отрегулировать температуру.

Примечание! Подобные положительные характеристики позволяют смело назвать именно тепловой насос самым современным способом отопления.

Виды ТН

Насосы могут быть разнообразные в зависимости от того, как именно они забирают тепло. Источники могут быть разными, и название соответствует тому, откуда техника забирает тепло.

Тепловые насосы делятся на:

1. Геотермальные.
2. Воздушные.
3. Вторичное тепло.

Геотермальная модель

Этот вариант насоса использует окружающую среду. В частности это земля и вода. Могут использоваться разные воды, как подземные, так и наземные. Есть вертикальные и горизонтальные конструкции.

Под них специально в почве выкапывается определенная канава. Она должна находиться ниже, чем глубина промерзания почвы. Обычно достаточно уйти вниз на 1,2 метра. Обычно, если есть место для рытья такой траншеи, то выбирают именно горизонтальную конструкцию.

Вертикальная модель подходит для более компактных участков. Тут понадобиться не так много места. Кроме того даже владельцы больших участков могут отказаться от рытья канавы из-за нарушения ландшафтного дизайна.Когда рядом находиться водоем, то ТН устанавливают именно в нем, это касается рек и озер.

Подобное решение наименее затратное, однако, оно подходит лишь для домов рядом с водоемом. Нужно будет учитывать много деталей касательно самого водоема.

Все насосы дополнительно подразделяются на открытый и закрытый тип. Основное отличие в том, что в первом случае вода возвращается вновь в землю или же водоем, после того как заканчивается цикл.

Геотермальные тепловые насосы для отопления дома, цены на подключение:

• сама техника – ≈ 7 500 $;
• установка системы – ≈ 7 500 $;
• разнообразные расходы для обеспечения тепла – ≈ 500 $ в год.

Тепловой насос для отопления дома цена на горизонтальный коллектор:

• сама техника – ≈ 7 500 $;
• установка системы – ≈ 3 700 $;
• разнообразные расходы для обеспечения тепла – ≈ 560 $ в год.

Воздушная система

Действие этой техники проще всего сравнить с обычным кондиционером. Однако воздушный насос обязательно должен быть на порядок мощнее. Это обусловлено необходимостью большой разницы температур между домом и улицей.

Простой кондиционер не допускает такого обогрева, а в подобной ситуации стоит отметить, что насос помогает убрать полностью радиаторы. Старые батареи теперь полностью утилизируются.

Мнение эксперта

Инженер-проектировщик ОВиК (отопление, вентиляция и кондиционирование) ООО "АСП Северо-Запад"

“Есть существенный недостаток, что при температуре на улице -15°С, подобному насосу сложно справляться со своими обязанностями. Приходиться забирать много тепла из окружающей среды для нормального преобразования. Но чаще всего уже при -5°С данное оборудование перестает эффективно работать.”

Вторичное тепло

Эти насосные станции активно используется в том случае, когда уже имеется в доме источник тепла и трубопровод центрального отопления.

Совет! Однако для частного дома этого может быть не рационально, ведь придется поддерживать работу двух систем.

В свою очередь в промышленности всегда не хватает простого центрального отопления, насос легко может дополнить его и обеспечить необходимым количеством тепла даже крупное предприятие.

Есть несколько видов насосов из этой категории:

1. Воздух-воздух.
2. Воздух-вода.
3. Земля-вода.
4. Тепловой насос для отопления дома вода-вода, как и планируется преобразование тепла.

Работа теплового насоса воздух-воздух цена на оборудование и установку

В этом случае насос скапливает энергию просто из атмосферного воздуха. Одна часть техники монтируется снаружи здания. В свою очередь в дальнейшем хладагент передает энергию в конденсатор.

Последняя часть устанавливается уже внутри помещения. Из выходит теплый прогретый воздух, он позволяет сделать комнату комфортной.

Примечание! К сожалению, подобный вариант не подходит для зимы, когда особенно нужно отопление. Когда воздух сильно холодный, даже современная техника не может его преобразовать.

Стоимость системы воздух-воздух:

• сама техника – ≈ 10 000 $;
• установка системы – ≈ 620 $;
• разнообразные расходы для обеспечения тепла – ≈ 750 $ в год.

Некоторым мастерам удалось соорудить тепловой насос для отопления дома своими руками из холодильника.

Правда, не мощный агрегат, он позиционируется с нагревательным прибором воздух-воздух и может использоваться для обогрева небольшого помещения или теплицы.

ТН вода-вода

Активно используется подобная техника в тех местах, где имеются водоемы. Это могут быть естественные или же искусственные источники. На определенной глубине водоемы даже зимой сохраняют некоторое количество тепла. Именно поэтому удается забирать энергию и преобразовывать ее при расположении на некоторой глубине.

Обратите внимание! Важным условием становится тот вариант, что насос должен быть установлен не в стоячей, а в проточной воде.

Тепловой насос подобного типа очень легко устанавливать. Он обладает прекрасными техническими характеристиками. Эту модель активно используют.

Система вода-вода теплового насоса, цена под ключ:

• сама техника – ≈ 7 500 $;
• установка системы – ≈ 5 000 $;
• разнообразные расходы для обеспечения тепла – ≈ 450 $ в год.

Совет! Если же нет рядом водоема, то можно расположить агрегат в том месте, где проходит в грунтовых почвах большое количество воды.

Система воздух вода

Подобный агрегат активно используется для разных целей. Он может эксплуатировать при температуре до -15 градусов, но этого просто будет недостаточно для того, чтобы обеспечить внутри дома комфортную температуру.

Статья

Имея в своем доме холодильники и кондиционеры, мало кто знает - принцип работы теплового насоса реализован именно в них.

Около 80% мощности, которую дает тепловой насос, приходится на тепло окружающей среды в виде рассеянного солнечного излучения. Именно его насос просто «перекачивает» с улицы в дом. Работа теплового насоса подобна принципу работы холодильника, вот только направление переноса тепла иное.

Проще говоря…

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

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

Где насос берет тепло?

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

Ими могут быть:

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

Как устроен тепловой насос и система отопления с ним?

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

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

В составе функционального контура теплового насоса «числятся»:

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

Процесс выглядит приблизительно так!

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

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

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

Цикл замкнулся и готов к повтору!

Приблизительный расчет теплопроизводительности установки

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

Для расчета тепловой мощности такого контура воспользуйтесь формулой:

Q = (T_1 — T_2)*V_тепл

V_тепл - объемный расход теплоносителя в час (м^3/час);

T_1 — T_2 - разница температур на входе и входе (°C) .

Разновидности тепловых насосов

По типу используемого вида рассеянного тепла различают тепловые насосы:

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

Преимущества и достоинства тепловых насосов

Экономичная эффективность. Принцип работы теплового насоса базируется не на производстве, а на переносе (транспортировке) тепловой энергии, то можно утверждать, что его КПД больше единицы. Что за чушь? - скажете Вы.В теме тепловых насосов фигурирует величина - коэффициент преобразования (трансформации) тепла (КПТ). Именно по этому параметру сравнивают между собой агрегаты подобного типа. Его физический смысл – показать отношение полученного количества теплоты к величине, затраченной для этого, энергии. К примеру, при КПТ = 4,8 затраченная насосом электроэнергия в 1кВт позволит получить с его помощью 4,8 кВт тепла безвозмездно, то есть даром от природы.

Универсальная повсеместность применения. Даже при отсутствии доступных линий электропередач работа компрессора теплового насоса может быть обеспечена дизельным приводом. А «природное» тепло есть в любом уголке планеты - тепловой насос «голодным» не останется.

Экологическая чистота использования. В тепловом насосе отсутствуют продукты горения, а его малое энергопотребление меньше «эксплуатирует» электростанции, косвенно снижая вредные выбросы от них. Хладагент, используемый в тепловых насосах, озонобезопасен и не содержит хлоруглеродов.

Двунаправленный режим работы. Тепловой насос может в зимнее время обогревать помещение, а в летнее - охлаждать. Отобранную из помещения «теплоту» можно использовать эффективно, например, подогревать воду в бассейне или в системе ГВС.

Безопасность эксплуатации. В принципе работы теплового насоса Вы не рассмотрите опасных процессов. Отсутствие открытого огня и вредных опасных для человека выделений, низкая температура теплоносителей делают тепловой насос «безобидным», но полезным бытовым прибором.

Некоторые нюансы эксплуатации

Эффективное использование принципа работы теплового насоса требует соблюдения нескольких условий:

• помещение, которое обогревается должно быть хорошо утеплено (теплопотери до 100 Вт/м 2) - иначе, забирая тепло с улицы, будете греть улицу за свои же деньги;
• тепловые насосы выгодно применять для низкотемпературных систем отопления. Под такие критерии отлично подходят системы теплый пол (35-40 °C). Коэффициент преобразования тепла существенно зависит от соотношения температур входного и выходного контуров.

Подытожим сказанное!

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

Энергию, имеют дорогостоящее оборудование, но главное преимущество заключается в быстрой окупаемости. Одной из разновидностей такой альтернативы является тепловой насос для отопления. Цены и описания видов таких систем осветлены в этой статье.

Альтернатива котлу на газу

Читайте в статье

История происхождения тепловых насосов

Первые признаки концепции теплового насоса проявились в 1852 году. Уильям Томсон дал начало данной разработке, её подхватил и усовершенствовал Роберт Вебер в 1940 году, который часто экспериментировал над и случайным образом обнаружил, что от агрегата морозилки выделяется тепло. Сначала, учёный научил систему , и в итоге всё жилище. Грандиозным триумфом было размещение Вебером медных труб в земле, которые собирали природную теплоту и преобразовывали её в тепловую энергию.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома

Тепловой насос сконструирован таким образом, чтобы его внутренние агрегаты могли перерабатывать тепло природной среды (вода, земля и воздух), в тепло для .

Как устроен насос изнутри

Независимо от способа получения тепла все насосы содержат в себе следующие элементы:

• Клапан расширительный;
• Испаритель высокого давления;
• Компрессор;
• Конденсатор;

Процесс преобразования

Геотермальный тепловой насос по хорошей цене для работает по принципу обычного , который всё накапливающееся внутри агрегата тепло, в процессе закипания хладагента, выводит на свою заднюю стенку. Только в случае , добытая энергия отдаётся в помещении.

Этапы создания тепловой энергии:

1. В зависимости от типа используемого природного элемента, насос изымает тепло в диапазоне от 1 до 7 градусов.
2. Испаритель, который находится внутри прибора, содержит хладагент. Эта жидкость способна закипать при нулевой температуре.
3. С помощью полученного природного тепла, хладагент закипает и становится газообразным.
4. Газ поступает в компрессор, который увеличивает его давление и в результате температура увеличивается.
5. Максимально разогретый хладагент в форме газа переходит в конденсатор, где отдаёт своё тепло . После остывания, субстанция возвращается в жидкое состояние.
6. Затем расширительный клапан пропускает через себя жидкость, понижая её давление до первоначального уровня.
7. И снова хладагент оказывается в испарителе, получает порцию тепла и процесс повторяется.

Следовательно, хладагент - это главный рабочий элемент теплового насоса. То тепло, которое он получает от природы, преобразовывается в 35-65 градусов полезного теплового ресурса.

Примечание! Хоть температура нагрева теплоносителя не такая большая, но за счёт увеличения секций батарей, достигается полноценный и равномерный обогрев помещений. К системе можно подключить тёплый пол, он будет греться плавно и не агрессивно.

Основные виды тепловых насосов

Отличаются обогреватели способом получения тепла. Разделяются на такие виды, как: «вода-вода», «воздух-воздух», «грунт-вода», «воздух-вода».

Вода-вода

Суть системы заключается в отборе тепла от водоёма или . Оборудование такого типа отличается от остальных большей эффективностью теплообмена. Объясняется это тем, что вода менее чувствительна к перепадам температуры, особенно в грунте.

Воздух-воздух

Как сориентироваться при выборе теплового насоса

Для выбора конкретного вида теплового с хорошей ценой, нужно определиться со следующими параметрами:

• Сумма, с которой вы готовы расстаться для покупки оборудования;
• Тип местности, где находится дом, который вы собираетесь обеспечить альтернативным методом отопления. От расположения ставков или грунтовых вод зависит тип установки;
• Нужно определиться, есть ли у вас возможность, для бурения под тепловой насос;
• Главный нюанс, это точный расчёт необходимой мощности для полноценного отопления дома;

Как рассчитать мощность необходимого оборудования

Для более точного определения необходимой мощности, нужно рассчитать разницу температур между улицей и микроклиматом в середине здания: Т = Твнутри - Тснаружи = нужный градус цельсия.

Конечная формула включает в себя учёт всех выше перечисленных параметров: Q = V x T, кВт.

Важно! Чтобы избежать недостатка мощности для обогрева, необходимо добавлять к полученным расчётам 10 процентов номинала, чтобы уравновесить все недочёты.

Обзор производителей

Для того, чтобы купить тепловой насос , цену нужно обязательно соотносить с известностью производителя и набором функций.

Примечание! Существует широкий выбор заграничных производителей, качество оборудования которых очень высоко, но отечественные фирмы не пасуют и способны заткнуть за пояс многих европейских конкурентов. Цена у российских производителей намного приятнее.

Тепловой насос для отопления дома. Цены на разные типы

Каждая система, которая отличается друг от друга типом , имеет свои объёмы необходимых элементов конструкции. Этот факт влияет на ценовую политику готового продукта.

Цены тепловых насосов «воздух-воздух» и других типов

Диапазон мощности водяных систем достигает до 18 кВт. Дополнительные модули могут расширить функционал системы до полного автоматизма. Цена таких приборов варьируется от 100 до 500 тысяч рублей.

Что касается земляных устройств, то тут мощность достигается до 500 кВт, а стоимость доходит 3,5 миллионов рублей.

Таблица диапазона цен тепловых насосов под ключ.

Изображение	Производитель	Мощность, кВт	Тип	Цена, руб.
	Gree Versati GRS-CQ	5,5	Вода вода	300 000
	Altal 12	12	Земля вода	350 000
	Cooper/Hunter GRS-Cm	18	Воздух вода	240 000
	ПЭА	6	Воздух вода	400 000
	Mammoth j142	48	Вода вода	650 000
	DHL-L Varius	5,33	Воздух воздух	750 000

Тепловой насос своими руками

Чтобы создать тепловой насос своими руками из холодильника нужно иметь определённую сноровку. Но довести агрегат до рабочего состояния вполне возможно.

• В первую очередь нужно купить компрессор от холодильника или .
• Теперь необходимо собрать конденсатор, конструкция которого начинается со змеевика. Его обычно делают с медной трубки толщиной от 1 мм, и помещают в металлический корпус. Чтобы поместить змеевик вовнутрь бака, его сначала распиливают пополам, а после размещения всех деталей и резьбовых соединений обратно. Чтобы витки змеевика получились ровными и с одинаковым расстоянием между кольцами, можно намотать трубку на болванку, а расстояние фиксируется алюминиевым уголком с рёбрами.
• Полная сборка, спаивание трубок и закачивание хладагента производится только профессиональным холодильщиком. В противном случае может произойти чрезвычайная ситуация.
• Всё, конструкция готова к подключению в .

Дополнительные возможности тепловых насосов

Благодаря уникальности конструкций тепловые насосы российского производства дают возможность создавать дополнительные процессы, такие как охлаждение и бойлерный нагрев воды. Охлаждающий эффект достигается за счёт обратного процесса сужения хладагента. То есть в компрессоре происходят те же манипуляции как при нагреве, только в обратном порядке.

Вода в нагревается косвенным образом. Внутри бойлера расположен змеевик, по которому проходит горячая вода, и тепло змеевика нагревает воду в бойлере.

Гарантийное и сервисное обслуживание

Из-за того, что система очень сложная, проводить диагностические и ремонтные работы с агрегатами самому недопустимо. Для этих целей, при покупке насоса производитель обязан заключить с вами договор в котором указывается, в каких периодах времени будет совершаться проверка специалистом.

1. Гарантия подразумевает определённый срок бесплатного обслуживания, в которое входят ремонтные работы всех узлов и агрегатов.
2. Сервисное обслуживание является неотъемлемым дополнением к самой системе. График, по которому делают осмотр может быть ежемесячным, ежеквартальным, полугодовым и годовым.

Выводы

Если вы положительно настроены на то, чтобы купить тепловой насос для отопления дома, цены не должны вас пугать. Ведь главный приоритет такого обогрева в том, что КПД умножается в 4 раза по сравнению с иными видами отопления. А это значит, что вся система окупится очень быстро. Тёплых вам зимних вечеров.

Оплачивать электроэнергию и теплоснабжение с каждым годом становится сложнее. При строительстве или покупке нового жилья проблема экономичного энергоснабжения становится особенно острой. Из-за периодически повторяющихся энергетических кризисов выгоднее увеличить первоначальные расходы на высокотехнологичное оборудование, чтобы потом десятилетиями получать тепло по минимальной стоимости.

Наиболее рентабельным вариантом в некоторых случаях является тепловой насос для отопления дома, принцип работы этого устройства довольно простой. Перекачивать тепло в прямом смысле этого слова невозможно. Но закон сохранения энергии позволяет техническим устройствам понижать температуру вещества в каком-то одном объеме, одновременно нагревая что-либо в другом месте.

Что такое тепловой насос (ТН)

Возьмем для примера обычный бытовой холодильник. Внутри морозильника вода быстро превращается в лед. Снаружи находится горячая на ощупь радиаторная решетка. От нее тепло, собранное внутри морозильной камеры, передается комнатному воздуху.

То же самое, но в обратной последовательности, делает ТН. Радиаторная решетка, расположенная снаружи здания, имеет гораздо большие размеры, чтобы собрать достаточно тепла из окружающей среды для обогрева жилья. Теплоноситель внутри трубок радиатора или коллектора отдает энергию отопительной системе внутри дома, а затем нагревается снова вне дома.

Устройство

Обеспечить дом теплом - это более сложная техническая задача, чем охладить небольшой объем холодильника, где установлен компрессор с морозильным и радиаторным контурами. Почти так же просто устроен воздушный ТН, который получает тепло из атмосферы и подогревает внутренний воздух. Добавляются только вентиляторы для обдува контуров.

Получить большой экономический эффект от установки системы «воздух-воздух» сложно из-за малого удельного веса атмосферных газов. Один кубический метр воздуха весит всего лишь 1,2 кг. Вода примерно в 800 раз тяжелее, поэтому теплотворная способность тоже имеет многократную разницу. Из 1 кВт электрической энергии, потраченной устройством типа «воздух-воздух», можно получить только 2 кВт тепла, а ТН «вода-вода» дает 5–6 кВт. Гарантировать такой высокий коэффициент полезного действия (КПД) может ТН.

Состав компонентов насоса:

1. Система отопления дома, для которой лучше применить теплые полы.
2. Бойлер для горячего водоснабжения.
3. Конденсатор, передающий энергию, собранную вовне, к теплоносителю внутридомового отопления.
4. Испаритель, отбирающий энергию у теплоносителя, который циркулирует во внешнем контуре.
5. Компрессор, который перекачивает хладагент от испарителя, переводя его из газообразного в жидкое состояние, повышая давление и охлаждая в конденсаторе.
6. Расширительный клапан, устанавливается перед испарителем для регулирования потока хладагента.
7. Внешний контур укладывается на дно водоема, закапывается в траншеи или опускается в скважины. Для ТН типа «воздух-воздух» контуром служит наружная радиаторная решетка, обдуваемая вентилятором.
8. Насосы перекачивают теплоноситель по трубам снаружи и внутри дома.
9. Автоматика для управления по заданной программе обогрева помещения, которая зависит от изменений температуры наружного воздуха.

Внутри испарителя теплоноситель внешнего трубного регистра охлаждается, отдавая тепло хладагенту компрессорного контура, а затем насосом перекачивается по трубам на дне водоема. Там он нагревается и цикл вновь повторяется. В конденсаторе происходит передача тепла системе отопления коттеджа.

Цены на разные модели тепловых насосов

тепловой насос

Принцип работы

Открытый в начале XIX века французским ученым Карно термодинамический принцип переноса тепла потом был детализирован лордом Кельвином. Но практическая польза их трудов, посвященных решению проблемы отопления жилья от альтернативных источников, появилась только в последние пятьдесят лет.

В начале семидесятых годов прошлого столетия произошел первый энергетический кризис мирового масштаба. Поиски экономичных способов отопления привели к созданию устройств, способных собирать из окружающий среды энергию, концентрировать ее и направлять на обогрев дома.

В результате была разработана конструкция ТН со взаимодействующими между собой несколькими термодинамическими процессами:

1. Когда хладагент компрессорного контура попадает в испаритель, давление и температура фреона почти мгновенно снижаются. Полученный в результате температурный перепад способствует отбору тепловой энергии от теплоносителя внешнего коллектора. Эта фаза называется изотермическим расширением.
2. Затем происходит адиабатическое сжатие - компрессор увеличивает давление хладагента. При этом его температура возрастает до +70 °С.
3. Проходя конденсатор, фреон становится жидкостью, так как при повышенном давлении отдает тепло контуру внутридомового отопления. Эта фаза называется изотермическим сжатием.
4. Когда хладон проходит дроссель, давление и температура резко падают. Происходит адиабатическое расширение.

Нагревание внутреннего объема помещения по принципу ТН возможно только с использованием высокотехнологичного оборудования, снабженного автоматикой для управления всеми вышеперечисленными процессами. Кроме того, программируемые контроллеры регулируют интенсивность генерации тепла соответственно колебаниям температуры наружного воздуха.

Альтернативное топливо для насосов

Использовать углеродное топливо в виде дров, угля, газа для работы ТН вовсе не нужно. Источником энергии служит рассеянное в окружающем пространстве тепло планеты, внутри которой находится постоянно действующий ядерный реактор.

Твердая оболочка материковых плит плавает на поверхности жидкой раскаленной магмы. Иногда она прорывается наружу при вулканических извержениях. Вблизи вулканов встречаются геотермальные источники, где даже зимой можно купаться и загорать. Тепловой насос способен собирать энергию практически повсеместно.

Для работы с различными источниками рассеянного тепла существует несколько типов ТН:

1. «Воздух-воздух». Извлекает энергию из атмосферы и нагревает воздушные массы внутри помещения.
2. «Вода-воздух». Тепло собирается внешним контуром со дна водоема для последующего использования в вентиляционных системах.
3. «Грунт-вода». Трубы для сбора тепла располагаются горизонтально под землей ниже уровня промерзания, чтобы даже в самый сильный мороз получать энергию для подогрева теплоносителя в отопительной системе здания.
4. «Вода-вода». Коллектор раскладывают по дну водоема на глубине от трех метров, собранное тепло нагревает воду, циркулирующую в теплых полах внутри дома.

Существует вариант с открытым внешним коллектором, когда можно обойтись двумя скважинами: одна - для забора грунтовых вод, а вторая - для слива обратно в водоносный слой. Такой вариант возможен только при хорошем качестве жидкости, потому что фильтры быстро засоряются, если в составе теплоносителя имеется слишком много солей жесткости или взвешенных микрочастиц. Перед монтажом надо обязательно сделать анализ воды.

Если пробуренная скважина быстро заиливается или вода содержит много солей жесткости, тогда стабильная работа ТН обеспечивается бурением большего количества отверстий в земле. В них опускают петли герметичного внешнего контура. Затем скважины закупоривают с помощью тампонажа из смеси глины и песка.

Использование грунтовых насосов

Извлечь дополнительную пользу из участков, занятых газонами или цветниками, можно с помощью ТН типа «грунт-вода». Для этого нужно уложить в траншеи трубы на глубину ниже уровня промерзания для сбора подземного тепла. Расстояние между параллельными траншеями не менее 1,5 м.

На юге России даже в экстремально холодные зимы земля замерзает максимум на 0,5 м, поэтому проще снять грейдером полностью слой земли на монтажном участке, уложить коллектор, а затем засыпать экскаватором котлован. На этом месте нельзя сажать кустарники и деревья, корни которых способны повредить внешний контур.

Количество получаемого тепла от каждого метра трубы зависит от типа почвы:

• сухой песок, глина - 10–20 Вт/м;
• влажная глина - 25 Вт/м;
• увлажненный песок и гравий - 35 Вт/м.

Площади прилегающего к дому участка земли может быть недостаточно для размещения внешнего регистра труб. Сухие песчаные грунты не дают достаточного теплового потока. Тогда применяют бурение скважин глубиной до 50 метров, чтобы достичь водоносного слоя. В скважины опускают U-образные петли коллектора.

Чем больше глубина, тем выше возрастает тепловая эффективность зондов внутри скважин. Температура земных недр повышается на 3 градуса каждые 100 м. Эффективность съема энергии скважинного коллектора может достигать 50 Вт/м.

Монтаж и запуск систем ТН - это технологически сложный комплекс работ, которые могут выполнить только опытные специалисты. Общая стоимость оборудования и комплектующих материалов значительно выше, если сравнивать с обычным газовым оборудованием для теплоснабжения. Поэтому срок окупаемости первоначальных затрат растягивается на годы. Но дом строится на десятилетия, а геотермальные тепловые насосы - самый выгодный способ отопления для загородных коттеджей.

Ежегодная экономия в сравнении с:

• газовым котлом - 70 % ;
• электрообогревом - 350 %;
• твердотопливным котлом - 50 %.

При расчете срока окупаемости ТН стоит учитывать эксплуатационные расходы за все время службы оборудования - минимум 30 лет, тогда экономия многократно превысит первоначальные затраты.

Насосы типа «вода-вода»

Разместить на дне близлежащего водоема полиэтиленовые трубы коллектора может практически любой человек. Для этого не понадобится больших профессиональных знаний, навыков, инструментов. Достаточно равномерно распределить витки бухты по поверхности воды. Между витками должно быть расстояние не менее 30 см, а глубина затопления не менее 3 м. Затем надо привязать грузы к трубам, чтобы они ушли на дно. Тут вполне подойдет некондиционный кирпич или природный камень.

На монтаж коллектора ТН типа «вода-вода» потребуется значительно меньше времени и денег, чем при рытье траншей или бурении скважин. Расходы на приобретение труб также будут минимальными, поскольку съем тепла при конвективном теплообмене в водной среде достигает 80 Вт/м. Очевидная выгода применения ТН - не нужно сжигать углеродное топливо для получения тепла.

Альтернативный способ отопления дома становится все более востребованным, поскольку обладает еще несколькими преимуществами:

1. Экологически безопасен.
2. Использует возобновляемый источник энергии.
3. После окончания пусконаладочных работ отсутствуют регулярные затраты расходных материалов.
4. Автоматически регулирует нагревание внутри дома по температуре наружного воздуха.
5. Срок окупаемости начальных затрат 5–10 лет.
6. Можно подключить бойлер для горячего водоснабжения коттеджа.
7. Летом работает как кондиционер, охлаждая приточный воздух.
8. Срок службы оборудования - более 30 лет.
9. Минимальные энергозатраты - генерирует до 6 кВт тепла при использовании 1 кВт электричества.
10. Полная независимость отопления и кондиционирования коттеджа при наличии электрогенератора любого типа.
11. Возможна адаптация к системе «умный дом» для дистанционного управления, дополнительной экономии энергии.

Для работы ТН типа «вода-вода» необходимы три независимых системы: внешний, внутридомовой и компрессорный контуры. Они объединены в одну схему теплообменниками, в которых циркулируют различные теплоносители.

При проектировании системы энергоснабжения следует учитывать, что на перекачивание насосом теплоносителя по внешнему контуру расходуется электроэнергия. Чем больше длина труб, изгибов, поворотов, тем менее выгоден ТН. Оптимальное расстояние от дома до берега - 100 м. Его можно удлинить на 25 % за счет увеличения диаметра труб коллектора с 32 до 40 мм.

Воздушные - сплит и моно

Применять воздушные ТН выгоднее в южных регионах, где температура редко опускается ниже 0 °С, но современное оборудование способно работать и при -25 °С. Чаще всего устанавливают сплит-системы, состоящие из внутридомового и наружного блоков. Внешний комплект состоит из вентилятора, обдувающего радиаторную решетку, внутренний - из конденсаторного теплообменника и компрессора.

Конструкцией сплит-систем предусматривается реверсивное переключение режимов работы с помощью клапана. Зимой внешний блок является генератором тепла, а летом наоборот - отдает его наружному воздуху, работая как кондиционер. Воздушные ТН отличаются предельно простым монтажом внешнего блока.

Другие преимущества:

1. Высокая эффективность работы наружного блока обеспечивается большой площадью теплообмена радиаторной решетки испарителя.
2. Бесперебойная работа возможна при температуре наружного воздуха до -25 °С.
3. Вентилятор размещается за пределами помещения, поэтому уровень шума находится в допустимых пределах.
4. Летом сплит-система работает как кондиционер.
5. Автоматически поддерживается заданная температура внутри помещения.

Проектируя отопление зданий, расположенных в регионах с продолжительной и морозной зимой, необходимо учитывать низкую эффективность воздушных ТН при отрицательных температурах. На 1 кВт затраченной электроэнергии приходится 1,5–2 кВт тепла. Поэтому надо предусматривать дополнительные источники теплоснабжения.

Самый простой монтаж ТН возможен в случае применения моноблочных систем. Внутрь помещения заходят только трубки с теплоносителем, а все остальные механизмы находятся снаружи в одном корпусе. Такая конструкция существенно повышает надежность работы оборудования, а также снижает шум до величины менее 35 дБ - это на уровне обычного разговора двух человек.

Когда установка насоса нерентабельна

Найти в городе свободные участки земли для расположения внешнего контура ТН типа «грунт-вода» практически невозможно. Проще установить на внешней стене здания воздушный тепловой насос, который особенно выгоден в южных регионах. Для более холодных территорий с продолжительными морозами существует вероятность обледенения наружной радиаторной решетки сплит-системы.

Высокий коэффициент полезного действия ТН обеспечивается при выполнении следующих условий:

1. Обогреваемое помещение должно иметь утепленные внешние ограждающие конструкции. Максимальная величина тепловых потерь не может превышать 100 Вт/м 2 .
2. ТН способен работать эффективно только с инерционной низкотемпературной системой «теплый пол».
3. В северных регионах ТН следует использовать совместно с дополнительными источниками тепла.

Когда температура наружного воздуха резко падает, то инерционный контур «теплого пола» просто не успевает прогревать помещение. Зимой так бывает часто. Днем солнышко пригрело, на градуснике -5 °С. Ночью температура может быстро опуститься до -15 °С, а если подует сильный ветер, то мороз будет еще сильнее.

Тогда надо установить под окнами и вдоль наружных стен обычные батареи. Но температура теплоносителя в них должна быть в два раза выше, чем в контуре «теплого пола». Дополнительную энергию в загородном коттедже может дать камин с водяным контуром, а городской квартире - электрический котел.

Остается только определить, будет ли ТН основным или дополняющим источником тепла. В первом случае он должен компенсировать 70 % общего количества тепловых потерь помещения, а во втором - 30 %.

Видео

В ролике проводится визуальное сравнение достоинств и недостатков различных типов тепловых насосов, подробно объясняется устройство системы «воздух-вода».

Евгений Афанасьев главный редактор