Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, виды, достоинства и недостатки

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, виды, достоинства и недостатки

Тепловой насос для отопления частного дома

Тепловой насос – один из возможных вариантов отопления частного дома, появившийся в нашем регионе сравнительно недавно. Суть работы теплового насоса заключается в циркуляции теплоносителя в замкнутом контуре, в результате чего тепло отводится от воздуха, почвы или воды.

Это означает, что источником тепла в данном случае являются естественные источники, а не продукты сгорания или электричество, что делает тепловой насос в настоящее время наиболее экологически чистым и экономичным. Такая система отопления практически не зависит от цены на топливо, поскольку энергия земли, воды и воздуха не только неисчерпаема, но и совершенно бесплатна. Единственные расходы на эксплуатацию теплового насоса связаны с затратами на электроэнергию самого насоса, но они составляют лишь 1/3 от общей производимой энергии, поэтому экономия очевидна. В результате тепловой насос может конкурировать по эксплуатационным расходам даже с самым дешевым природным газом, не говоря уже о твердом или жидком топливе.

Идея получения тепла из окружающей среды не нова, но тепловые насосы как метод отопления домов появились в западных странах относительно недавно, на пике популярности экологически чистых и безвредных устройств. Именно в европейских странах их стали устанавливать не только для частных домов, но и для целых участков в городах.

Как работает тепловой насос?

Принцип работы теплового насоса аналогичен принципу работы холодильника, только наоборот. Если рабочее вещество в холодильнике испаряется и выделяет холод, оно конденсируется в тепловом насосе и отдает тепло. Вырабатываемое таким образом тепло сохраняется, обогащается и передается теплоносителю, который передает его в отапливаемые помещения. Система использует конденсатор для отвода тепла, а испаритель получает низкопотенциальное тепло.

Для работы компрессора системе требуется электричество. В качестве показателя эффективности теплового насоса используется такой термин, как преобразование или преобразование тепла – разница между количеством потребляемой электроэнергии и полученным теплом. Эффективность системы зависит от разницы температур между испарителем и конденсатором – чем больше разница, тем ниже эффективность. Для повышения эффективности установите максимально возможный низкопотенциальный источник тепла, в противном случае в системе может произойти переохлаждение.

Таким образом, масса низкопотенциального источника тепла должна быть намного больше, чем масса нагретой массы, что уменьшит разницу температур между холодным телом и источником тепла, а это, в свою очередь, снизит потребление электроэнергии. Единственный недостаток такого решения – большие размеры теплового насоса, что также напрямую связано с его стоимостью. При обогреве такой системой территорий и даже городов можно устанавливать дорогостоящую технику, занимающую большую площадь – это экономически оправдано, но применительно к частным домам не всегда выгодно.

Типы тепловых насосов

Рассмотрим эксплуатационные характеристики и типы тепловых насосов. По условиям работы они могут использоваться в достаточно широком диапазоне температур, от -30 ° С до +35 ° С. Самыми распространенными считаются компрессионные и абсорбционные насосы. Первые обеспечивают циркуляцию в системе за счет механической и электрической энергии, вторые передают тепло через сам источник тепла. Абсорбционные насосы экономичнее, но сложнее и дороже.

В зависимости от типа источника тепла тепловые насосы можно разделить на:

    Геотермальная энергия, извлекающая тепло из земли или воды (грунтовые воды, водохранилища и т. Д.); воздух, забирающий тепло от воздуха; вторичные тепловые насосы, которые отбирают тепло от отопления, производственных процессов и т. д. Обычно эти насосы используются в отраслях, где есть источники «ненужного» тепла.

В качестве теплоносителя в тепловых насосах можно использовать воду, воздух, землю или их комбинации.

Геотермальные тепловые насосы бывают закрытыми и открытыми. Открытые системы служатДля нагрева воды, который влияет на циркуляцию, он нагревается и выгружается снаружи. Такая система может быть использована, если в неподалеку находится достаточно большой источник воды поблизости. Кроме того, вода, протекающая через систему, не может загрязнять окружающую среду, а его разряды должны быть согласованы с государственными органами.

Более желательными являются замкнутые системы, которые также могут быть разделены на несколько типов:

    С горизонтальным расположением коллектора, когда он установлен в раскопке, изготовленных на земле ниже уровня глазури почвы. В зависимости от климата и типа почвы глубина коллектора может быть разной, но среда составляет около 1,5 м. Чтобы увеличить поверхность и объем цикла при уменьшении необходимого места, лучше организовать коллектор в кольцах Отказ Этот тип требует значительного количества свободного места на сайте, что не всегда возможно; С вертикальным расположением коллектора, когда он помещен в сверлильное отверстие на глубине ок. 200 м. Этот тип используется в тех случаях, когда нет возможности найти необходимую поверхность на месте установки теплового насоса или когда район неровный; Вода, когда коллектор установлен в резервуаре (натуральный или искусственный) на глубину ниже его глубины глазури. В этом случае коллектор также желательно поставить кольца для экономики района. Чтобы установить тепловой насос, необходимо выполнить несколько условий: объем воды в резервуаре должен быть достаточным для получения необходимого количества тепла, а также глубина резервуара должна быть достаточно большой для воды, чтобы не замерзнуть в ДНК.

Преимущества и недостатки теплового насоса

Поэтому тепловой насос является сочетанием почти свободной тепловой энергии и экологичность. Так почему бы не все соглашаются обменять свои традиционные источники тепла? Дело в том, что наряду с несомненными преимуществами тепловой насос также имеет некоторые недостатки. Рассмотрим более подробно как первый и второй случай.

Преимущества

К преимуществам теплового насоса, как упомянуто выше, следует проводить низкое энергопотребление (насос поглощает 0,3-0,35 кВтч, чтобы получить 1 кВтч тепло) и безвредным для окружающей среды. Кроме того, тепловой насос имеет высокий уровень противопожарной защиты, не требует дополнительной системы вентиляции и не требует регулярного обслуживания. Регулировка системы происходит автоматически без участия человека. На самом деле, если он правильно установлен и подключен, в течение 20 лет вы можете просто забыть о своем существовании и наслаждаться теплотой дома.

Читайте также:  Как правильно смонтировать баню - способы установки, сборка и видео

Другое преимущество – это возможность не только отопления дома в холодных сезонах, но и охлаждая его летом. Для этого подключите систему холодного потолка и климана переключателей к коллекционеру. Таким образом, тепловой насос сможет заменить кондиционеров.

Недостатки

И теперь несколько слов о недостатках теплового насоса. Первый (и основной) от них – высокая стоимость аппаратного обеспечения и установки. Тепловой насос имеет довольно сложное строительство, и он оснащен автоматией, что делает его довольно дорогостоящим удовольствием. Кроме того, его установка связана с высокой томальной работой Земля, что значительно увеличивает ее стоимость. Если вы выберете систему отопления газа, стоимость повторного оснащения будет платить много лет. Следует учитывать, что среднее время жизни теплового насоса составляет 20 лет, после чего следует проводить обновление капитала системы, которая снова связана с земляными работами и покупкой новых компонентов. Так что очевидно на первый взгляд, преимущества использования теплового насоса в более тесном анализе могут быть далеко не выгодны, поэтому лучше рассчитать и решить, если вам нужно его установить.

Стоит ли использовать тепловой насос для отопления дома?

Таким образом, тепловой насос является действительно хорошей альтернативой существующим системам отопления. Возможно, через несколько лет его стоимость упадет достаточно, чтобы она сделала чувство его установки не только для экологических, но и экономических причин. Между тем (по крайней мере, в нашей стране) использование такого оборудования не узнаетШирокое применение.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, разновидности и использование

В условиях ухудшения экологической ситуации в мире и (более современного для среднего потребителя) быстрых тарифов на рост для газа и электроэнергии, все больше и больше европейцев пытаются внедрить системы, используя альтернативные источники энергии в их повседневную жизнь. Одним из вариантов таких систем является так называемый Тепловой насос, благодаря которому вы можете нагревать дом зимой и горячей водой для домашнего хозяйства, потребляя минимальное количество электричества.

В наших домах наших соотечественников в последние годы это чудо машиностроения также может быть увеличена все чаще. Конечно, для россиян проблема высоких цен на традиционные источники энергии не такая же тяжелая, как в Европе, но, во-первых, только пока, а во-вторых, я не хочу оставаться за цивилизованным миром…

Так что тепло насос… Что это? Какой принцип его операции на основе? Где, где и как это накачано тепло? Давайте посмотрим на это.

Принцип работы теплового насоса

Принцип эксплуатации тепловых насосов основан на способности вещества (хладагента) поглощать или пожертвовать тепло при изменении состояния фокуса. В принципе, эти насосы не слишком сильно отличаются от холодильных систем. (На первый взгляд странно, заявление не будет для вас не сюрпризом, если вы когда-либо затронули горячую заднюю стену обычного домашнего холодильника).

Схематически тепловой насос может быть представлен в виде системы, состоящей из трех цепей. Первый из них содержит среду, которая передает тепло, которая передает энергию от источника тепла с низким циклом. Во втором кровообращении хладагент (фреон) циркулирует, который периодически испаряется, при приеме жара от первого циркуляции, а затем снова конденсируется, придавая им третий циркуляцию. И, наконец, на третьей цепи «работает» теплосъемник, в нашем случае – вода, проходящая тепло через систему отопления.

Рабочий цикл теплового насоса в общем словах может быть описан следующим образом. Жидкий хладагент переходит в испаритель, где он превращается в газовое состояние. Энергия, необходимая для этого процесса, собирается из охлаждающей жидкости в исходной цепи. Затем нагревают на несколько степеней хладагента всасывают в компрессор, главная задача которого состоит в том, чтобы сжать газ (электричество потребляется, конечно, используются электричество).

Давление газа увеличивается несколько раз и значительно нагревается: температура хладагента на входе компрессора составляет 6-10 ° C и на выходе около 60 ° С. На следующем этапе нагретый газ идет в конденсатор, где он дает тепло в систему отопления, в то время как конденсирующая, то есть поворачивается в жидкость. Затем избыточное давление уменьшается с помощью дроссельного клапана, а цикл запускается снова.

Как видите, конструкция теплового насоса существенно не отличается от конструкции холодильной машины. Проще говоря, основная задача холодильного оборудования является производство прохлады, поэтому тепло удаляется испарителем, а конденсатор только разряжает их в окрестности. Однако в тепловом насосе ситуация изменилась: конденсатор – это теплообменник, который дает тепло получатель, а испаритель представляет собой теплообменник, который восстанавливает низкоскоростное тепло от вторичных источников энергии.

Другими словами, тепловой насос – это «холодильник в обратном порядке». Это «обратное» не только устройство, но и результат. Находясь в случае холодильника, тепло, собранное от пищи, хранящегося в нее, истощена энергия, полученная тепловой насосом, приносит реальные преимущества – выделяется для целенаправленного домашнего нагрева.

Разновидности тепловых насосов и систем

Термальная энергия, используемая для нагрева. Установка здания и горячей воды является результатом преобразования энергии окружающей среды тепловым насосом. Насос фокусирует эту энергию с низким потенциалом (низкой температурой) и передает его в систему отопления.

Следует даже понять, что в этом случае означает экологичность энергии. Большинство тепловых насосов для внутренних целей позволяет использовать солнечный свет и внутреннее тепло тепло, накапливается верхними слоями земной коры и водой в течение года.

Читайте также:  Раздвижные двери своими руками: сборка, установка, изготовление

По конструкции первого цикла теплообменника все тепловые насосы делятся на наземные, водяные и воздушные тепловые насосы.

Грунтовые тепловые насосы

Земные тепловые насосы извлекают из земли тепло, необходимое для нагрева хладагента в испарителе. Температура грунта на глубине нескольких метров практически не подвержена сезонным колебаниям. «Рассол» циркулирует по замкнутой системе труб, проложенных в земле. Мы не случайно заключили слово «рассол» в кавычки: он не содержит соли, как следует из названия.

Фактически это антифриз на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, реже водного этанола. Трубы теплообменника можно прокладывать горизонтально (горизонтальный коллектор) или вертикально (геотермальный зонд) в земле.

Горизонтальные коллекторные трубы прокладываются в земле на глубине ниже уровня промерзания грунта на заданном участке (обычно 1,5-2 м). Этот тип системы теплообмена занимает достаточно большую площадь. Например, чтобы обеспечить теплом относительно небольшой дом в 100 м2, придется уложить 2-3 сотки земли. Следует учитывать, что на площади, занимаемой коллектором, можно сажать только деревья и кустарники, корни которых не уходят слишком глубоко в землю, и размещать там постройки вообще нельзя.

Геотермальный зонд представляет собой теплообменник с трубами, расположенными вертикально и заглубленными на глубину 100-200 м. Количество установленных зондов зависит от требуемой мощности установки. Для отопления дома, уже рассмотренного выше в качестве примера, достаточно двух зондов длиной примерно 80 м, расположенных на расстоянии 5 м друг от друга.

Как видите, для размещения этой системы не требуются большие площади, скважины можно пробурить в любой части участка – где нам удобно. Основным недостатком грунтовых тепловых насосов с геотермальными зондами является высокая стоимость бурения скважин. Однако, несмотря на это, большинство пользователей предпочитают эти системы, потому что геотермальные зонды предлагают большую эффективность, чем горизонтальные коллекторы, и в то же время имеют меньше ограничений.


Бурение ямы под геотермальный зонд.

Водяные тепловые насосы

Водяной тепловой насос «забирает» энергию из грунтовых вод, которую он прокачивает через испаритель. Такая система отличается высоким КПД и хорошей стабильностью: первая особенность обусловлена ​​высокой теплопередачей воды, а вторая – постоянной температурой грунтовых вод.

Конечно, чтобы воспользоваться преимуществами этого типа установки, у вас должны быть грунтовые воды в вашем районе и в достаточном количестве. Крайне желательно, чтобы водоносный горизонт был не глубже 30-40 м. Одновременное выполнение этих двух условий – явление – нечасто. Еще одно условие, невыполнение которого может стать препятствием при установке водяного теплового насоса в доме или на даче, – это низкое содержание в грунтовых водах солей железа и других загрязняющих веществ.

Использование некачественной воды приведет к тому, что прибор быстро выйдет из строя, так как теплообменник просто забьется. Из-за наличия такого количества ограничений такие тепловые насосы, несмотря на свою привлекательность, устанавливаются редко (около 5% от всех реализованных проектов).

Воздушные тепловые насосы

Когда дело доходит до простоты установки, воздушные тепловые насосы имеют огромное преимущество перед своими «собратьями». Чтобы использовать окружающий воздух в качестве источника тепла, необязательно бурить скважины или проводить другие крупномасштабные земляные работы. В результате, если в смету включить стоимость монтажных работ, воздушный насос будет стоить намного дешевле водяного или грунтового насоса.

Несмотря на такое важное преимущество, климатические устройства такого типа нельзя назвать идеальными, так как у них есть существенный недостаток. Такой насос эффективно работает только при температуре окружающей среды выше -15 ° С… -20 ° С. Падение температуры ниже этого предела, что не редкость в зимний период в большинстве регионов нашей страны, приводит к значительному снижению показателя эффективности воздуха. Тепловой насос.

Коэффициент эффективности тепловых насосов

Чуть выше мы использовали новый термин – «коэффициент эффективности». Было бы неправильно не объяснять, что это такое, тем более что это важная особенность тепловых насосов, позволяющая сравнивать разные типы насосов между собой.

Коэффициент полезного действия (также известный как коэффициент преобразования) – это отношение тепла, вырабатываемого насосом, к электроэнергии, потребляемой насосом. По сути, это КПД теплового насоса. В случае водяных тепловых насосов этот коэффициент равен 5 вне зависимости от сезона. Это означает, что при потреблении 1 кВт * ч электроэнергии устройство вырабатывает 5 кВт * ч тепловой энергии.

Насосы грунтовых вод имеют несколько меньший КПД – от 4 до 4,5. Наконец, воздушные тепловые насосы имеют самый низкий коэффициент, а их эффективность сильно зависит от температуры окружающего воздуха: при 0 ° C значение коэффициента составляет

3,5, а при -20 ° С не превышает 1,5 (при таком низком КПД помпа просто не окупится и стоит задуматься о покупке более дешевого устройства для кондиционирования воздуха, например, электрокотла).

Некоторые менеджеры, рекламируя внедренные ими тепловые насосы, уверяют потенциальных клиентов, что оборудование имеет КПД 400-500%. Конечно, речь не идет ни о каком нарушении законов термодинамики. Только в этом случае расчеты заведомо неверны: не учитываются источники энергии, кроме потребляемой электроэнергии – воздух, вода или почва, нагретые солнцем, а также геотермальные процессы. Если при расчете КПД учитывать только электричество и забыть о низкопотенциальном источнике тепла, то это значение будет больше 100%.

Применение тепловых насосов в условиях российского климата

Прочитав приведенные выше описания различных типов тепловых насосов, вы легко сможете ответить на вопрос, какой насос наиболее подходит для использования в российском климате.

Тепловые насосы с воздушным источником воздуха подходят для использования только в ограниченном количестве регионов нашей страны, где зимние температуры не опускаются ниже нуля. Конечно, о жителях Сибири, Дальнего Востока, севера европейской части России даже и думать не стоит.

Читайте также:  Настенная изоляция ванн изнутри - артикул - Дзинник - Форум

Есть много ограничений на использование водяных тепловых насосов. О некоторых из них мы уже говорили, но остается упомянуть еще об одном. Более половины территории нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты. Даже если некоторым жителям Восточной Сибири или северной части Дальнего Востока «повезло» и в их районе есть не слишком глубокие грунтовые воды, они все равно имеют форму льда и поэтому непригодны для использования в системе отопления.

Поэтому большинству наших соотечественников приходится делать ставку на единственный выгодный для них вариант – грунтовый тепловой насос. При этом в российском климате насос больше подходит не с горизонтальным коллектором, а с геотермальным зондом, позволяющим достичь глубины, где температура земли более стабильна.

Применение теплового насоса для охлаждения

Большим преимуществом тепловых насосов является то, что они способны не только обогревать дом, но и при необходимости охлаждать его. Наше короткое русское лето временами бывает очень жарким, и когда в доме жарко, предложение превратить обогреватель в кондиционер будет очень кстати.

Техническое решение этой проблемы может быть интегрировано с тепловым насосом с самого начала, во время его производства, и почти все производители предлагают насосы, которые могут кондиционировать помещение (режим естественного охлаждения). Если у теплового насоса нет этой функции, ничего не потеряно – обычный насос также может работать в режиме охлаждения. Дополнительное оборудование, необходимое для этого в виде гидравлического коллектора, будет установлено снаружи насоса. Оба варианта не требуют больших вложений.

Холодный воздух, производимый тепловым насосом, может транспортироваться прямо в комнату различными способами. К этой функции можно отнести холодные плиты на стенах или потолке, охлаждающиетеплые полы, радиаторы с хорошей циркуляцией воздуха или фанкойлы – устройства, в корпус которых встроен вентиляторный пластинчатый теплообменник.

Применение теплового насоса для горячего водоснабжения

Каждый тепловой насос может не только обогревать ваш дом, но и обеспечивать вас горячей водой круглый год. Однако следует учитывать, что это низкотемпературная система, а значит, температура воды в бойлере не будет превышать 45-55 ° C. Отсюда следует, что мощность котла должна быть больше, чем у стандартной системы отопления, иначе вам и вашей семье придется жить с ограниченной экономией на горячей воде.

Это следует учитывать при выделении места под котельную, то есть на этапе проектирования дома. При выборе котла также следует учитывать, что это должен быть специальный прибор, предназначенный для работы с тепловыми насосными системами. Основное отличие этого котла от обычного – увеличенная площадь поверхности теплообменника, что необходимо для наиболее эффективной передачи тепла от теплового насоса.

Тепловые насосы со встроенным ТЭНом

Часто производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электронагреватели. Встроенные ТЭНы позволяют при необходимости переключиться на альтернативный с точки зрения теплового насоса источник энергии – электричество. Для чего это? Когда необходимо использовать ТЭНы?

Выбор теплового насоса для отопления дома осуществляется с учетом различных параметров, в том числе климатических особенностей региона. При этом считается нецелесообразным установка насоса с чрезмерной мощностью. Дело в том, что очень холодные дни случаются не так часто, по крайней мере, в центральноевропейской России. Практика показывает, что в эти морозные периоды выгоднее дополнять необходимую мощность электричеством, чем изначально устанавливать больше устройств. эффективный насос. Наличие теплового насоса избавляет от необходимости увеличивать мощность системы на большую часть отопительного сезона, чем это необходимо.

Для владельцев водяных и грунтовых тепловых насосов встроенный ТЭН – это скорее излишек, чем необходимость. Совершенно иная ситуация с тепловыми насосами с воздушным источником. При температуре воздуха -20 ° С и ниже такой насос будет неэффективным, если не отключится. И пусть в году не будет много холодных дней и ночей, не захочется ли однажды остаться в быстромерзающем доме. Наличие резервного теплогенератора в этом случае – не роскошь.


Тепловой насос с воздушным источником.

Советы и рекомендации

Тепловой насос – это технически сложное и достаточно дорогое устройство, поэтому к его выбору следует подходить с большой ответственностью. Не желая быть необоснованным, вот несколько вполне конкретных рекомендаций.

1. Никогда не пытайтесь выбрать тепловой насос без предварительных расчетов и создания проекта. Несоблюдение дизайна может привести к фатальным ошибкам, которые можно исправить только с помощью огромных дополнительных финансовых вложений.

2. Доверьте проектирование, установку и обслуживание теплового насоса и системы отопления профессионалам. Как можно быть уверенным, что в компании работают профессионалы? Прежде всего, у них должны быть все необходимые документы, портфель готовых объектов и сертификаты поставщиков оборудования. Очень желательно, чтобы весь комплекс необходимых услуг оказывала одна и та же компания, которая в этом случае будет полностью отвечать за реализацию проекта.

3. Рекомендуем отдать предпочтение тепловым насосам европейского производства. Пусть вас не смущает тот факт, что оно дороже китайской или российской техники. С учетом затрат на установку, запуск и устранение неисправностей всей системы отопления разница в цене на насосы будет практически незаметна. Но, имея в своем распоряжении «европеец», вы будете уверены в его надежности, ведь высокая цена насоса – лишь результат использования современных технологий и качественных материалов при его создании.

Оцените статью
Добавить комментарий