Тепловой насос для отопления дома принцип работы

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:

Зонда, предназначенного для сбора тепла.
ТН и компрессора.
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.

Виды и принцип работы тепловых насосов для отопления дома

Научившись качать из недр земли газ и сжигать его, человечество получило две серьезные проблемы. Глобальное потепление и отравление среды обитания – слишком высокая цена комфорта. К тому же сырьевое топливо – ресурс ограниченный, запасы которого быстро истощаются. Эти факторы вызвали активный интерес к тепловым насосам – установкам, добывающим чистую энергию из земли, воды и воздуха. Без прожорливых котельных и вредных выбросов они обеспечивают жилище теплом и горячей водой.

На Западе тепловой насос для отопления дома стал таким же привычным, как кондиционер или стиральная машина. У нас этот агрегат пока еще не знаком большинству владельцев частных усадеб и дач. Познакомиться с принципом его работы, существующими разновидностями, достоинствами и недостатками вам поможет эта статья.

Как работает тепловой насос?

Самый простой пример, доступно поясняющий принцип действия тепловых насосов, – бытовой холодильник. Все мы знаем, что в его морозильной камере происходит охлаждение продуктов за счет циркуляции хладагента. Забирая внутреннее тепло, холодильник выбрасывает его наружу. Поэтому в морозильном отделении царит холод, а задняя решетка у аппарата всегда горячая.

Принцип работы теплового насоса зеркально противоположный. Забирая тепло из окружающей среды, он переносит его в дом. Образно говоря, «морозильная камера» у этого устройства находится на улице, а горячая решетка – в доме.

В зависимости от вида источника внешнего тепла и среды, собирающей энергию, тепловые насосы делятся на четыре типа:

Грунт-вода.
Вода-вода.
Воздух-вода.
Воздух-воздух.

Установки первого типа добывают тепло из земли с помощью трубчатых коллекторов или зондов. Во внешнем контуре такого насоса циркулирует незамерзающая жидкость, переносящая тепло в испарительный бак. Здесь происходит передача тепловой энергии фреону, который движется в замкнутом контуре между компрессором и дроссельным клапаном. Нагретый хладагент поступает в бак-конденсатор, где отдает полученное тепло воде, направляемой в систему отопления. Цикл теплообмена повторяется до тех пор, пока установка подключена к электросети.

Принцип работы водяного теплонасоса ничем не отличается от грунтового. Разница заключается лишь в том, что энергию ему дает вода, а не грунт.

Воздушный тепловой насос не нуждается в крупногабаритном внешнем коллекторе для сбора тепла. Он просто прокачивает через себя уличный воздух, извлекая из него драгоценные калории. Вторичный теплообмен в этом случае происходит через воду (теплые полы) или через воздух (воздушная система обогрева).

Оценивая экономическую сторону вопроса, следует отметить, что наибольших финансовых вложений требует установка «грунт-вода». Для монтажа ее теплоприемных зондов приходится бурить глубокие скважины или же вынимать грунт на большой площади для укладки коллектрора.

На втором месте стоит водяной тепловой насос, сдаваемый заказчику под ключ. Для его работы не требуется копка земли и бурение скважин. Достаточно погрузить в водоем достаточное количество гибких труб, по которым будет циркулировать теплоноситель.

Дешевле всего обходятся агрегаты «воздух-воздух» и «воздух-вода», поскольку они не нуждаются в установке внешних приемников тепловой энергии.

Особенностью монтажа большинства теплонасосных систем является их подключение не к радиаторам отопления, а к теплому полу. Это объясняется тем, что максимальный нагрев воды у них производится до температуры +45С, оптимальной для теплого пола, но недостаточной для нормальной работы радиатора.

Выгодной для владельца особенностью работы данной установки является возможность реверсного режима — перевод в жаркий период года на охлаждение помещений. В этом случае избыточное тепло поглощается трубопроводом теплого пола и отводится насосом в грунт, воду или воздух.

Упрощенная структурная схема грунтовой теплонасосной установки выглядит так:

Кроме теплового насоса, грунтового контура и теплого пола здесь мы видим два циркуляционных насоса, запорные вентили горячей воды и отопления, а также бак, аккумулирующий горячую воду для бытового использования.

Характеристики тепловых насосов

Главный показатель, по которому оценивают эффективность работы теплового насоса — коэффициент преобразования тепла, сокращенно именуемый КПТ (в английской аббревиатуре СОР). К привычному для нас КПД — коэффициенту полезного действия он отношения не имеет. КПТ (СОР) показывает, сколько киловатт энергии перекачивает насос на один киловатт полученной им электроэнергии. В зависимости от условий работы КПТ теплонасоса может составлять от 3 до 5, что без лишних дискуссий подтверждает экономическую выгоду его использования.

Наиболее стабильные показатели эффективности демонстрируют грунтовые и водяные установки, поскольку температура воды и грунта не опускается ниже нуля градусов. Агрегаты, собирающие тепло из воздуха зависят от его температуры. При минусовых отметках термометра их производительность снижается в среднем на 40-50%.

Второй рабочий параметр – мощность в киловаттах. Его подбирают, исходя из величины теплопотерь здания.

Расчет отопления дома с тепловым насосом

Для нормальной работы теплоперекачивающей установки необходима качественная теплоизоляция здания. Поэтому перед покупкой теплового насоса необходимо утеплить стены, пол и потолки, после чего выполнить расчет тепловых потерь (Q).

Упрощенная формула подсчета количества тепла (Вт), уходящего из дома через ограждающие конструкции (стены, окна, пол, потолок) выглядит так:

Q = S х (разница температур воздуха в помещении и на улице)/ Rт.

S –площадь ограждающей конструкции в м2;

Rт – тепловое сопротивление материала ограждающей конструкции (берут из таблиц СНиП по строительной теплотехнике).

Поочередно подсчитав теплопотери стен, окон, пола и потолка их суммируют и получают количество киловатт, теряемых домом за 1 час в самый холодный период года. Мощность теплонасоса должна быть не меньше суммарной величины теплопотерь. Если кроме отопления установка будет греть воду для бытовых нужд, то ее мощность увеличивают на 20%.

Выбирая теплонасос «воздух-воздух» или «воздух-вода» следует ориентироваться на тепловую мощность, которую он развивает в области низких температур, поскольку она значительно ниже мощности при работе в теплый период года.

В качестве примера приведем параметры воздушно-водяной установки NIBE FIGHER F2300-14. Работая в температурном диапазоне от +7 до + 45С, она выдает около 18 кВт, а при температуре воздуха -15С всего 10,7 кВт.

Известные бренды и ориентировочные цены

Рынок теплонасосного оборудования в России сформирован. Лидирующие позиции здесь занимают зарубежные компании, такие как: Nibe (Швеция), Mitsubishi Electric (Япония), Danfoss (Дания), Vaillant (Германия), Viessmann (Германия), Mammoth (США) и другие. Не уступает по соотношению «цена-качество» именитым брендам продукция российского производства (торговые марки Henk и SunDue).

Ориентировочная цена (на 2016 год) импортного теплового насоса «грунт-вода» мощностью 10 кВт, рассчитанного на обогрев дома площадью 100 м2 (без монтажа) составляет 500 000 рублей. За работы по бурению скважин, монтажу труб и пусконаладку придется доплатить в среднем от 80 000 руб не включая дополнительные материалы.

Отечественная техника дешевле. Цена аналогичного по параметрам российского теплонасоса около 360 000 рублей. Его покупка с монтажом под ключ будет стоить около 430 000 рублей. Ориентировочная цена 10 киловаттного теплонасоса «воздух-вода» от 270 000 руб. Средняя стоимость данного агрегата с установкой под ключ составляет 320 000 рублей.

Отзывы реальных владельцев этого вида техники в абсолютном большинстве положительные. В них отмечается надежная работа геотермальных тепловых насосов и низкие эксплуатационные затраты (обслуживание, электроэнергия).

Опасения тех, кто пока еще размышляет о покупке теплонасоса «воздух-вода» исходя из практики использования данной техники не оправдываются. Эти агрегаты стабильно выдают тепло вплоть до температуры наружного воздуха -25С.

Самостоятельное изготовление теплового насоса

Учитывая достаточно высокую стоимость данного оборудования у многих самодельщиков возникает соблазн собрать его своими руками, используя подручные агрегаты и комплектующие. Что следует сказать по этому поводу?

Данная работа включает два основных этапа: подготовку внешнего контура и сборку самой теплонасосной установки. Своими силами можно выкопать траншеи для укладки труб. Сделать без спецоборудования 50-метровую скважину для монтажа зонда нереально. Поверхностная укладка коллектора, как утверждают специалисты, невыгодна, поскольку не дает достаточно тепла для стабильной работы установки.

Теперь посмотрим, можно ли собрать тепловой насос своими руками. Для этого нужен практический опыт мастера-холодильщика, поскольку заполнение системы фреоном и ее опрессовку новичок выполнить не сможет.

Изготовление установки на базе агрегатов от старого холодильника или кондиционера можно рассматривать лишь как демонстрационный вариант, не имеющий практической ценности из-за низкой эффективности.

В интернете тиражируется руководство по сборке теплового насоса на базе компрессора от кондиционера, емкости из нержавейки (конденсатор) и пластиковой бочки (испаритель). Рассказав, как накрутить медные трубки на баллон и закрепить компрессор на стене, автор заканчивает свое повествование советом после завершения сборки обратиться к мастеру, который согласится выполнить пусконаладку и исправить все допущенные самодельщиком «косяки». Назвать эту инструкцию серьезным подспорьем для самостоятельной работы нельзя.

Тепловой насос для отопления дома – принцип работы

Обновлено: 8 декабря 2020.

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;
Гелиоколлекторы.

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.

Наружный блок воздушного теплового насоса большой мощности.

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.

Укладка магистрали водяного теплового насоса в искусственный водоем

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.

Прокладка траншей под магистраль геотермального поля грунтового теплового насоса

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!

Тепловой насос для отопления дома, принцип работы и виды

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

Теорию теплового насоса разработал в 1852 году лорд Кельвин. В 1866 на основе данных изысканий Иоахимстале Петер фон Риттингер создал устройство, и использовал его для повышения эффективности выпаривания соли. В современной форме тепловой насос создал американец Роберт Уэббер в середине ХХ века. Он начал использовать тепловую энергию земли для отопления дома. Для этого под грунтом укладывались медные трубы, где циркулировал забирающий при испарении земное тепло фреон. Тепло это газ отдавал в доме, и, конденсируясь, опять шел на циркуляцию в землю.

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

Принцип действия теплового насоса

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

Устройство теплового насоса:

Тепловой насос состоит из двух теплообменников — испарителя и конденсатора. В испарителе с помощью испаряющегося хладагента поддерживается температура ниже температуры того тела (грунт, вода или атмосферный воздух), от которого требуется отобрать тепло. В конденсаторе поддерживается температура выше температуры другого тела (система отопления дома), которому тепло передается.

Разные уровни температур в первом и втором теплообменниках обеспечиваются с помощью циркулирующего между ними хладагента, способного изменяться от жидкого к газообразному состоянию и обратно при различных температурах.

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

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

Преимущества тепловых насосов

У тепловых насосов есть ряд существенных преимуществ:

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

Основным недостатком системы является высокая стоимость. В связи с этим, выбирая тепловой насос, не стоит заказывать оборудование максимальной мощности. Это неоправданно дорого и не имеет смысла, так как фактическое количество холодных дней обычно не превышает двух-трех недель за год. Оптимальный тепловой насос должен иметь мощность, равную 60 — 80% от максимальной. А для покрытия пиковых нагрузок можно установить резервный котел с традиционным видом топлива либо использовать встроенные в тепловые насосы ТЭНы.

Виды тепловых насосов

Естественным источником энергии для теплового насоса может быть:

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

Искусственные источники низкопотенциального тепла:

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

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

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

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

На глубине ниже 10 м температура грунта практически постоянна в течение всего года. Насосы типа «грунт – вода» используют тепловую энергию земли и передают ее для обогрева дома через систему водяного отопления. В тепловых насосах, работающих по принципу «грунт – воздух», тепловая энергия также отбирается у грунта и через компрессор напрямую передается воздуху, который используется для отопления зданий.

Механизм теплообмена следующий:

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

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

Горизонтальный коллектор.
Вертикальный коллектор.

Горизонтальный коллектор

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

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

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

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

Вертикальный коллектор

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

Пространство в скважине вокруг зонда заполняется буровым раствором или цементно-бетонной смесью для защиты труб от повреждений и улучшения теплопередачи. Для дома площадью 70 — 100 м² понадобится 2 — 3 скважины глубиной около 50 м. Располагать скважины следует не ближе 2 м от стены дома, чтобы не повредить фундамент. Также скважины не должны находиться на одной линии течения подземных вод — иначе эффективность теплового насоса уменьшится.

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

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

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

Такие устройства имеют два варианта исполнения:

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

Тепловые насосы типа «вода – вода»

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

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

Пример схемы обвязки теплового насоса вода — вода:

Теплообменник для пассивного охлаждения
Расширительный бак внешнего контура теплового насоса
Коллектор потолочного охлаждения
Расширительный бак системы отопления
Группа безопасности котла (теплового насоса)
Расширительный бак для ГВС
Резервный котел (высокотемпературный) с насосом и группой безопасности
Узел подмеса системы отопления
Термостатический клапан радиатора отопления
Буфер (тепловой аккумулятор)
Основной насос системы отопления
Тепловой насос вода-вода со встроенными циркуляционными насосами
Бойлер косвенного нагрева для ГВС
Насос рециркуляции ГВС
Коллектор водоснабжения
Коллектор теплых полов
Коллектор радиаторов

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

Тепловой насос для отопления – что это и как он работает?

Тепловой насос – система, позволяющая безопасно, экологично и, самое главное, экономично обогреть жилище. В наши дни многие люди находятся в поисках альтернативных источников обогрева. Актуальность данной темы растет пропорционально ценам коммунальщиков. «Сантехник Портал» расскажет о способах извлекать тепло из грунта или водных источников. На западе намного раньше стали использовать для обогрева дома геотермальную энергию.

Принцип действия тепловых насосов
Преимущества и недостатки устройства
Разновидности тепло оборудования
Тепловой насос своими руками
Особенности монтажа теплового насоса

Принцип действия тепловых насосов

Давно известно, что почти в любой среде присутствует тепловая энергия. Так почему бы ее не начать использовать в качестве источника тепла для обогрева дома?

Тепловой насос для отопления дома работает по следующему принципу: от источника энергии обладающего низким потенциалом тепло передается теплоносителю. На деле все происходит по следующему сценарию.

Трубы, через которые проходит теплоноситель, скрываются, например, землей. После этого теплоноситель поступает в теплообменник, где собранное тепло передается на второй контур. Хладагент, располагающийся внутри внешнего контура, нагреваясь переходит в газообразное состояние.

Далее хладагент в газообразном состоянии поступает в компрессор, где происходит его сжатие. Это еще больше способствует его нагреванию. После этого горячий газ поступает в конденсатор, где тепло передается теплоносителю, обогревающему непосредственно дом.

Тепловые насосы для отопления дома предполагают принцип действия по следующей схеме:

через испаритель проходит вода, которая берется из водоема либо скважины, здесь ее температура понижается на пять градусов;
после того как жидкость охладится, она попадает в компрессор;
в компрессоре происходит сжатие воды, что увеличивает ее температуру;
нагретая жидкость переходит в теплообменную камеру, где ее тепло передается системе отопления;
остывшая вода начинает цикл заново.

Отопительные системы дома, принцип работы которых основывается на теплонасосных установках, состоят из трех составных частей:

Зонд-змеевик, располагается в земле или в воде. Его задачей является сбор тепла и передача его на устройство.
Тепловой насос – устройство, предназначенное для извлечения термальной энергии.
Непосредственно сама отопительная система, частью которой является теплообменная камера.

Если есть желание, можно самостоятельно сделать тепловой насос для отопления жилища из холодильника. Но это требует определенных технических знаний и навыков.

Преимущества и недостатки устройства

В первую очередь опишем положительные качества такого вида водяного или воздушного отопления:

Относительно невысокие энергозатраты. На отопление расходуется только электричество, но стоит отметить, что его необходимо намного меньше нежели, к примеру, если отапливать помещения при помощи электроприборов. Тепловые насосы обладают коэффициентом, который указывает выход тепловой энергии относительно затраченного электричества. Например, в том случае, когда «ϕ» равняется 5, означает что на 1 кВт/ч расхода электроэнергии придется 5 кВт тепловой.
Тепловому насосу не требуется какого-либо специального ухода или расходных материалов.
Универсальность. Данный вид отопительной системы может быть смонтирован в любой местности. Наиболее актуален данный способ для удаленных районов, где нет газопровода. Если невозможно подключится к электричеству, этот насос может работать на дизельном или бензиновом двигателе.
Полная автоматизация. Система не требует доливания воды или постоянного контроля за ее работой.
Экологичность и безопасность. Теплонасос не производит каких-либо побочных продуктов в результате своей работы. Случайный перегрев устройства невозможен.
Данное устройство кроме обогрева дома в холодный период, когда температура воздуха падает до -15оС, но и охлаждать в жаркие дни. Данная функция предусмотрена в реверсивных моделях.
Период эксплуатации доходит до 50 лет. Примерно раз в 20 лет может потребоваться замена компрессора.

Но данная система помимо положительных сторон, обладает и своими минусами, о которых необходимо знать:

Цены. Купить устройство стоит от 450 000 рублей – достаточно дорого. Данное вложение сможет себя окупить не ранее чем через пять лет.
В районах с очень суровыми зимами, где столбик термометра падет ниже отметки -15оС, для нормальной работы агрегата могут потребоваться дополнительные источники тепла (электрические или газовые).
Система, которая забирает тепловую энергию из земли, нарушает экосистему участка. Урон наносится несерьезный, но об этом не стоит забывать. Тепло забирается устройством из грунта, тем самым понижая его температуру, это может неблагоприятно отразится на корневой системе растений, которые растут в непосредственной близости.

Разновидности тепло оборудования

Тепловые насосы для отопления дома бывают нескольких видов. Но главной характеристикой, по которой классифицируется устройство, является вид теплоносителя на внешнем контуре.

Энергию устройства могут брать из:

грунта
воздуха
воды.

Полученную энергию можно употребить для обогрева помещений, для нагревания воды. Поэтому теплонасосы бывают нескольких видов.

Теплонасосы «грунт – вода». Является, пожалуй, наиболее оптимальным решением альтернативного отопления – тепловая энергия получается непосредственно из грунта. Кроме того, на глубине от 6 метров сохраняется постоянная и неизменная температура. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость. Наружный контур изготавливается из пластиковых труб.

Размещение труб в грунте может быть как горизонтальным, так и вертикальным. Для горизонтального размещения потребуется выделение большей площади. В месте, где трубы размещаются в горизонтальном положении, использование земли для сельскохозяйственных нужд. Возможно только обустройство газонов или насаждение однолетних растений.

Для того чтобы разместить в грунте трубы в вертикальном положении, потребуется сделать несколько скважин глубина которых будит доходить до 150 метров. Это будет достаточно эффективный геотермальный насос, в виду того что на большой глубине температура у земли достаточно высокая. Для того чтобы передать тепло применяются глубинные зонды.

Тип насоса «вода – вода». Тепло также можно получать из воды, залегающей на большой глубине под землей. Для этого можно использовать водоемы, сточные или грунтовые воды.
Хочется отметить, что серьезного принципиального различия между данными двумя системами нет. Наименьшие затраты требуются тогда, когда тепловая энергия получается из водоема. Трубы необходимо заполнить теплоносителем и погрузить в воду. Для того чтобы получать тепло из грунтовых вод, понадобится монтаж более сложной конструкции.

Тепловой насос «воздух – вода». Тепловую энергию можно получать и из воздуха, но в регионах с суровыми зимами, данная система нецелесообразна. Воздушные системы отличаются простотой исполнения монтажа. Потребуется только выбрать и установить необходимый агрегат.

Перед тем как начать монтаж отопительной системы крайне необходимо исследовать все особенности участка. Данное исследование позволит определить оптимальный источник термальной энергии. Задача намного упрощается, когда рядом с домом находится водоем. Данный факт упростит задачу тем, что отпадет необходимость проведения земляных работ. Также практичным решением является использовать местность, где есть постоянный ветер. В случае же если не имеется ни того, ни другого, придется начать земляные работы.

Тепловой насос своими руками

Использовать тепловые насосы для отопления помещения, очень выгодно. На российском рынке данная продукция представлена следующими фирмами: Vaillant (Германия), Nibe (Швеция), Danfoss (Дания), Mitsubishi Electric (Япония), Mammoth (США), Viessmann (Германия). Неплохого качества, совершенно не уступающего по качеству западным аналогам продукция отечественных фирм SunDue и Henk.

Средняя цена под ключ теплонасоса составляет примерно 450-500 тысяч рублей. Наиболее бюджетной является система «воздух-вода», так как данная система не требует проведения дорогостоящих земляных работ.

Но цена самого оборудования, да и монтажные работы доступны далеко не каждому. Дома, чья площадь составляет более 400 м2 , достаточно быстро окупают деньги вложенные в оборудование данной системы. Но если дом намного меньше, деньги сэкономить на отоплении, таким образом, не получится. В этом случае такую систему можно сделать самостоятельно.

Для начала необходимо приобрести компрессор. Для этой цели подойдет агрегат, которым оборудуется обычный кондиционер. Он крепится на стену. Конденсатор можно сделать своими руками. Для этого необходимо создать из медных трубок змеевик, который помещается в корпус, выполненный из пластика.

Испаритель также монтируется на стену. Пайка, заправка фреоном и прочие подобные работы должны выполняться только человеком, обладающим соответствующими навыками. Неумелые действия не только могут повлечь за собой отрицательный результат, но и в процессе их можно получить серьезные травмы.

Особенности монтажа теплового насоса

При учете цен тепловых насосов для обогрева жилища, данные вид отопительной системы весьма недешев. Расходы можно уменьшить при проведении самостоятельной установки насоса, но нужно помнить, что при неправильном монтаже существует вероятность потери КПД агрегата. Стоит ли рисковать самостоятельным монтажом при приобретении столь дорогого оборудования?

Какие трудности можно испытать во время проведения самостоятельной установки:

все оборудование должно быть объединено в единый комплекс, в который будут включены скважины, насос, гидравлическая обвязка, автоматическое управление и отопительная система;
во время проектирования системы необходимо учитывать технические характеристики теплонасоса;
глубина термальных скважин должна соответствовать мощности оборудования, необходимо проведение тампонажа;
геотермальные зонды, чья работа предполагается в жестких эксплуатационных условиях, необходимо продублировать в каждой скважине;
радиаторы, конвекторы, теплый пол в доме необходимо включить в работу с теплонасосным оборудованием для наиболее эффективного отопления.

Перед пуском теплонасоса в работу, нужно проверить состояние электрофикации дома. Счетчик должен быть рассчитан на мощность 40 ампер. Во время установки нужно принимать в расчет, что работа устройства обладает повышенным уровнем шума.

Также нужно помнить о том, что подземные коллекторы способны нанести вред садовым растениям, это необходимо учитывать во время монтажа системы. Раз в неделю коллектор необходимо прогревать до 60 оС для того, чтобы предотвратить размножение бактерий внутри системы.

Тепловой насос – весьма дорогое устройство, окупающееся как минимум через 5 -7 лет. Но при учете того, что срок эксплуатации системы составляет около 50 лет, то это достаточно выгодное приобретение. Данная конструкция позволит обогревать дом даже при временном отсутствии газо- и электроснабжения. Отличается пожаробезопасностью и эффективностью, работа проходит в автоматическом режиме и не нуждается в специальном обслуживании. Но для достижения таких результатов, монтаж оборудования необходимо доверить профессионалам.

С детства увлекался конструированием и ремонтом. Сначала собирал самолетики, ремонтировал сломанные игрушки, потом чинил кухонный инвентарь и помогал папе с ремонтом в доме. Сегодня занимаюсь проектированием и монтажом систем отопления, вентиляции, водоснабжения и канализации. Ремонтом и установкой сантехники. В свободное время пишу статьи на эту тему.