КПД теплового насоса вода-вода и вода-воздух
Средний КПД тепловых насосов вода-вода и вода-воздух равен 400%, но он зависит от того, насколько прогрета вода. В водоемах ее температура может меняться от +1 зимой до +20 и выше летом. Поэтому минимальный КПД таких тепловых насосов может опускаться до 200%, а максимальный подниматься до 1000%.
Стоит учитывать, что летом тепловой насос практически не нужен, поэтому работать с КПД 1000% он не будет, это число используют формально.
Еще одна особенность водяных тепловых насосов в том, что водоемы медленно прогреваются и отдают тепло. Поэтому весной, когда вода не прогрета, у него будет низкий КПД, а осенью, когда она сохранила тепло – высокий КПД.
Водоемы медленно отдают тепло весной, а КПД водяного теплового насоса зависит от температуры воды.
Монтаж своими руками
Если владелец дома хорошо разбирается в принципе работы и схеме оборудования, можно собрать насос самостоятельно. Предварительно требуется провести расчеты, для этого воспользуйтесь готовым ПО для оптимизации охладительных систем.
Тепловой насос Просто и недорого 1
Смотрите это видео на YouTube
Видео монтажа
Меньше всего сложностей предполагает произведенный своими руками монтаж системы отопления дома «воздух — вода». Она будет состоять из двух каналов (для подачи воздушного потока и для отвода отработанного), вентилятора и компрессора. Компрессор не обязательно приобретать новый, допускается воспользоваться рабочим устройством с холодильника или другого оборудования. Рекомендуется использовать спиральный компрессор.
Этапы работы:
- Сделать из медной трубы змеевик. Трубу, по которой будет поступать холодильный агент, разместить сверху.
- Вмонтировать змеевик в разделенную напополам пластиковую емкость. Она будет выполнять роль испарителя.
- Подключить терморегулирующий клапан и заизолировать его.
- Собрать все элементы в блок и проверить его работоспособность.
Важно отметить, что данная процедура является достаточно сложной для обычного человека. Непрофессионал не сможет правильно собрать все детали и подключить терморегулирующий клапан. Лучше доверить выполнение работ мастерам, т.к
ошибки в процедуре станут причиной неправильного функционирования оборудования либо неэффективного потребления электричества
Лучше доверить выполнение работ мастерам, т.к. ошибки в процедуре станут причиной неправильного функционирования оборудования либо неэффективного потребления электричества.
Таким образом, тепловой насос – эффективный способ отопления частного дома. На сегодняшний день в России и странах СНГ использование данного оборудования не сильно распространено, однако в Европе и США такие установки активно применяются для отопления.
Выбирать подходящий тепловой насос рекомендуется на основании не только стоимости монтажных работ и эксплуатации, но и региона использования, условий строительства, площади участка и других факторов.
Принцип работы теплового насоса
В конструкцию любого теплового насоса входят следующие устройства: конденсатор, испаритель, компрессор (повышает давление) и расширитель (понижает давление). Все перечисленные элементы объединены при помощи трубопровода и представляют собой один замкнутый контур. По этому контуру циркулирует охладитель. Фреон, хладон — это технический термин присвоенный группе фторсодержащих производных метана и этана. Он представляет из себя инертный газ, который обладает сверхнизкой температурой кипения. По этой причине в «горячей» части контура он находится в газообразном состоянии, а в «холодной» он становится жидкостью.
Перемещаясь в компрессор, хладагент (чаще всего фреон) подвергается действию высокого давления и сжимается, из-за чего его температура повышается. Разогретый давлением газ поступает в другую часть теплообменника – в конденсатор. Тут промежуточный теплообменник передаёт тепло теплоносителю, который входит в систему отопления дома. Во время того, как хладагент отдает тепло, он конденсируется, снова становится жидким, а нагретый им теплоноситель подаётся в систему отопления. Жидкий фреон проходит через расширитель, где вскипает поглощая тепло. Затем перемещается в испаритель, где докипают остатки жидкой фракции – и цикл повторяется снова.
Важной особенностью тепловых насосов является универсальность использования – при низких температурах воздуха они обеспечивают обогрев помещений, а в жаркую погоду – их охлаждение. Во втором случае (реверсивный тепловой насос) используется тот же принцип
Разница лишь в том, что в жару теплоноситель движется в другом направлении – он поступает не снаружи, а из дома, из внутренних помещений.
Попробуем пересказать то же самое простыми словами.
Давайте вспомним, как работает холодильник. В камеры холодильника помещаются продукты, имеющие комнатную температуру. По закону сохранения энергии накопленное ими тепло не может испариться в никуда – его необходимо вывести за пределы холодильника, что и делается при помощи радиатора, расположенного позади агрегата. Радиатор для этого и предназначен – для рассеивания, передачи в окружающий воздух тепла, «извлеченного» из продуктов.
Теперь представим себе холодильник, который установлен на улице с открытой дверцей, а его радиатор демонтирован и установлен в доме. Даже если температура воздуха на улице будет на несколько градусов выше температуры кипения фреона, которым заправлен холодильник, агрегат будет передавать это тепло через радиатор в дом, извлекая его из окружающей среды. Это и есть простейший пример теплового насоса. Описанный принцип называется циклом Карно: именно на нем основана работа холодильных установок и климатической техники.
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:
- «Воздух-воздух». Извлекает энергию из атмосферы и нагревает воздушные массы внутри помещения.
- «Вода-воздух». Тепло собирается внешним контуром со дна водоема для последующего использования в вентиляционных системах.
- «Грунт-вода» (геотермальные). 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.
- «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.
Принцип работы тепловых насосов
Принцип работы современного теплового насоса разработан инженером Карно. Обогрев жилья выполняется по определенному циклу. Прежде всего, используется специальный хладагент – газ, подобный фреону. Через тончайшие капилляры он под очень высоким давлением попадает в специальную камеру. Там давление значительно меньше, чем то, которое воздействовало на газ – и благодаря этому происходит довольно быстрое испарение.
Испаряясь, газ забирает тепло у стенок испарительной камеры. В последней из камер происходит активный отбор тепла у используемого контура (водного, земляного, воздушного). После этого хладагент, который находится в парообразном состоянии, сжимается посредством применения специального компрессора. Именно в этот момент и наблюдается значительное повышение температуры газа – а сам он перемещается в специальный отсек – конденсатор. Примерная температура газа в конденсаторе – 85-125 градусов.
Принцип работы тепловых насосов
Именно от этого тепла и происходит прогрев теплоносителя – это делается в специальном теплообменнике. А горячий теплоноситель легко перемещается по отопительной системе при помощи циркуляционного насоса. В том же конденсаторе происходит и охлаждение хладагента. А он, остывая, вновь возвращается к капиллярам. Именно таким образом цикл Карно постоянно повторяется.
Советы и рекомендации
Тепловой насос – оборудование технически сложное и достаточно дорогое, поэтому подходить к его выбору следует с большой ответственностью. Чтобы не быть голословными, приведем несколько вполне конкретным рекомендаций.
1. Никогда не приступайте к выбору теплового насоса без предварительного проведения расчетов и создания проекта. Отсутствие проекта может стать причиной фатальных ошибок, исправить которые можно будет лишь с помощью огромных дополнительных финансовых вложений.
2. Доверить проектирование, монтаж и сервисное обслуживание теплового насоса и системы отопления следует только профессионалам. Как убедиться в том, что в данной компании работают профессионалы? В первую очередь, по наличию всей необходимой документации, портфолио реализованных объектов, сертификатов от поставщиков оборудования. Очень желательно, чтобы весь комплекс необходимых услуг предоставляла одна компания, которая в данном случае будет нести полную ответственность за реализацию проекта.
3. Советуем вам отдать предпочтение тепловому насосу европейского производства. Пусть вас не смущает тот факт, что он дороже китайского или российского оборудования. При включении в смету стоимости работ по монтажу, запуску и отладке всей системы отопления разница в цене насосов будет практически незаметна. Но зато, имея в своем распоряжении «европейца», вы будете уверены в его надежности, поскольку высокая цена насоса – это лишь результат использования при его создании современных технологий и высококачественных материалов.
Со встроенным ТЭНом
Часто во время производства изготовители дополнительно встраивают в теплонасосы электрические нагреватели. Это позволяет при необходимости переходить на альтернативный для термонасоса источник энергии — электричество.
Это объясняется следующими факторами. Выбор теплонасоса для отопительной системы производится с учетом разных параметров, в частности и особенностями климата конкретного региона. Причем является нецелесообразным монтировать оборудование с избыточной мощностью. Просто экстремальные заморозки случаются редко.
Как показала практика, самым экономным способом «добрать» в эти холодные дни требуемую мощность — это электроэнергия. Это дешевле, чем изначально монтировать насос повышенной мощности. Наличие электрического нагревателя позволяет исключить необходимость устанавливать более мощный насос, чем это необходимо.
Для хозяев грунтовых или водяных теплонасосов установленный ТЭН не является необходимостью. Совершенно по-другому происходит ситуация с воздушным оборудованием. При температуре -17C этот насос будет малопроизводительным. Установка дополнительного теплового генератора в этом случае целесообразна.
Какие трубы применяются для грунтового геотермального теплообменника теплового насоса?
Длина одной петли (контура) ограничена – это связано с мощностью циркуляционного насоса, которым геотермальные тепловые насосы, как правило, на заводе оборудованы (если нет, то длина труб и соответствующий циркуляционный насос подбирается дизайнером системы). Допустимую длину трубы следует считать по техническим характеристикам устройства. Она зависит от диаметра и от типа используемой рабочей жидкости (рассола).
В случае тепловых насосов с мощностью двигателя до десятков киловатт применяются от одной до четырех петель по 100 — 400 м из труб диаметром от DN25 до DN65 (в зависимости от материала трубы). Для выполнения горизонтальных теплообменников используется чаще всего полиэтиленовые трубы PE100 (если в грунте нет камней) или PE100 RC для скалистой породы. Для вертикальных можно использовать трубы PE80. Вертикальные грунтовые теплообменники тоже сделаны из труб PE-X, полибутиленовых (PB) и меди в оболочке из пластика.
Трубы грунтового теплообменника должна заполнять жидкость, которая не замерзает при отрицательной температуре, для определенности предполагается, что до -15 градусов Цельсия, хотя тепловой насос имеет защиту для отключения ее при -7 градусов (в таком случае перестает охлаждать грунт).
Поскольку атмосферный воздух бывает еще холоднее, труба теплообменника не может быть ни в одном месте подвержена его воздействию – должна быть заглубленной в земле не менее 0,5 м. Возле прохода труб через стену здания теплоизоляция их необходима на расстоянии 2 м от фундамента, чтобы не происходило промерзание грунта, что может привести к строительной катастрофе.
Для кого разрабатываются геотермальные тепловые насосы.
Когда отопительная система еще находится в стадии проекта, не проблема настроить ее параметры для каждого теплового насоса.
Как правило, не существует препятствий для выполнения теплообменника, необходимого для получения тепла из грунта.
Необходимо знать, что тепло в грунте на глубине 1,5 м, поставляется почти исключительно из атмосферных осадков и солнечной энергии. Так что поверхность над теплообменником, по возможности, должна быть свободна и должна пропускать воду. Не допускается посадка на нем растений, корни которых могут в будущем повредить трубу.
Также нужно брать во внимание то, что действие теплового насоса приводит к снижению температуры почвы на несколько градусов, что нарушает вегетацию растений. В связи с этим монтаж грунтового теплового насоса на благоустроенной даче, часто слишком громоздок
Геотермальные тепловые насосы в нашем климате.
Температура грунта более стабильна, чем воздуха, поэтому грунтовой тепловой насос не должен работать в широком диапазоне температур испарителя и его компоненты могут быть благодаря этому дешевле, чем воздушного насоса, с хорошими параметрами. На некоторой глубине под поверхностью земли, называемой глубиной промерзания, температура всегда выше 0 градусов по Цельсию.
Глубина промерзания грунта в России нормируется СНиП 2.01.01-82, в котором эта глубина варьируется от 0,8 м до 2,4 м. Применяется также расчетный метод. На местном уровне, температура грунта может отличаться от этих значений (грунт может быть охлажден, например, от сильного ветра). Однако, на глубине большей, чем 1,5 м грунт всегда имеет плюсовую температуру. Чем глубже, тем температура грунта более стабильна – его не охлаждает холодный воздух, но он и меньше нагревается в результате воздействия солнечных лучей.
Основные характеристики и расчет мощности теплового насоса
Общая рациональность установки теплонасоса для отопления дома оцениваются, прежде всего, по финансовым тратам. Сюда входят:
- цена покупки оборудования;
- стоимость монтажа, которая может включать земельные работы;
- траты на периодическое обслуживание;
- примерная стоимость ликвидации частых неполадок.
Выбор модели по мощности, как было сказано выше, базируется на общей потребности в теплообеспечении. Примерный расчет для одноэтажного дома 10х10 метров (300 кубометров объема) выглядит примерно так:
- учитывается максимальная отрицательная зимняя температура (-20);
- определяется разница между комнатой и окружающей средой (20 — -20 = 40);
- высчитываются теплопотери стен, по справочным данным их материала (для кирпича табличное значение 1, теплопотери — 1х300х40 — 12000 килокалорий в час или 13,5 кВт).
Полученная цифра — показатель минимальной мощности теплового насоса, которого хватит для отопления дома. Для выбора оптимальной модели характеристику нужно увеличить минимум на 50%. Это делается из-за того, что теплонасосу зимой придется работать в неоптимальных условиях, близко к нижней точке нулевой эффективности по температуре окружающей среды. Полученная цифра для рассматриваемого примера — около 20 кВт.
Вторая часть расчета — выбор емкости накопительного бака. Данную часть системы рекомендуется устанавливать, чтобы теплонасос мог работать ограниченное число циклов в сутки. В документации к оборудованию приводятся рекомендации по объему теплоаккумулятора для определенного показателя цикличности. Среднестатистическая цифра — 30 литров на киловатт при 3 запусках, 20 литров — при 5 запусках. Таким образом, для дома в рассматриваемом примере понадобится бак накопителя минимум в 400 литров для пяти циклов работы теплонасоса в сутки.
КПД теплового насоса воздух-воздух и воздух-вода
КПД этого типа тепловых насосов сильно зависит от того, какова температура воздуха снаружи. К тому же, есть модели рассчитанные на работу при экстремально низких температурах. Например, низкотемпературный воздушный теплонасос, рассчитанный на отопление бассейна, дает КПД 230% при температуре -15 градусов Цельсия. Самые дешевые варианты будут иметь такой же КПД только при +5 — +10 градусов тепла.
Принцип работы теплового насоса воздух-воздух не очень отличается от устройства типа воздух-вода. Поэтому приведенные ниже значения можно использовать для обоих типов. КПД теплового насоса воздух-воздух среднего класса можно увидеть по этому графику:
На графике видна зависимость КПД теплового насоса воздух-вода в зависимости от температуры наружного воздуха и температуры нагрева воды
Основные характеристики
При выборе оборудования из всего многообразия характеристик обратите внимание на следующие характеристики. Основные характеристики тепловых насосов
| Характеристики | Диапазон значений | Особенности |
| Тепловая мощность, кВт | До 8 | Помещения площадью не более 80 – 100 м², при высоте потолка не более 3 м. |
| 8-25 | Для одноуровневых дачных домов с потолком 2.5м, площадью от 50 м²; коттеджей для ПМЖ, до 260 м². | |
| Свыше 25 | Целесообразно рассматривать для 2-3 уровневых жилых домов с потолками 2.7м; промышленных объектов – не более 150 м², при высоте потолка в 3 и более. | |
| Потребляемая мощность основного оборудования (предельное потребление вспомогательных элементов) кВт/ч | От 2 (от 6) | Характеризует энергопотребление компрессора и циркуляционных насосов (тэна). |
| Схема работы | Воздух-воздух | Трансформированная тепловая энергия воздуха передаётся в помещение потоком прогретого воздуха через сплит-систему. |
| Воздух — вода | Энергия, снятая с пропущенного через прибор воздуха, передаётся теплоносителю жидкостной отопительной системы. | |
| Рассол-вода | Передачу тепловой энергии от возобновляемого источника выполняет натриевый или кальциевый раствор. | |
| Вода-вода | По магистрали открытого первичного контура грунтовые воды несут тепловую энергию прямо к теплообменнику. | |
| Температура теплоносителя на выходе, °С | 55-70 | Показатель важен для расчёта потерь на длинном отопительном контуре и при организации дополнительной системы горячего теплоснабжения. |
| Сетевое напряжение, V | 220, 380 | Однофазные – потребляемая мощность не более 5.5 кВт, только для стабильной (малонагруженной) бытовой сети; самые дешёвые – только через стабилизатор. Если есть сеть 380 V, то трёхфазные приборы предпочтительнее – больший диапазон мощностей, меньше вероятность «просадить» сеть. |
Виды конструкций тепловых насосов
Тип ТН принято обозначать словосочетанием, указывающим на среду-источник и теплоноситель системы отопления.
Существуют следующие разновидности:
- ТН «воздух — воздух»;
- ТН «воздух — вода»;
- ТН «грунт — вода»;
- ТН «вода — вода».
Самый первый вариант – это обычная сплит-система, работающая в режиме обогрева. Испаритель монтируется на улице, а внутри дома устанавливается блок с конденсатором. Последний обдувается вентилятором, благодаря чему в помещение подается теплая воздушная масса.
Если такую систему оснастить специальным теплообменником с патрубками, получится ТН типа «воздух — вода». Он подключается к водяной системе отопления.
Испаритель ТН типа «воздух — воздух» или «воздух — вода» можно разместить не на улице, а в канале вытяжной вентиляции (она должна быть принудительной). В этом случае эффективность ТН будет увеличена в несколько раз.
Теплонасосы типа «вода — вода» и «грунт – вода» для отбора тепла используют так называемый наружный теплообменник или, как его еще называют, коллектор.
Принципиальная схема работы теплового насоса
Это длинная закольцованная труба, как правило, пластиковая, по которой циркулирует жидкая среда, омывающая испаритель. Обе разновидности ТН представляют собой одно и то же устройство: в одном случае коллектор погружается на дно поверхностного водоема, а во втором – в грунт. Конденсатор такого ТН расположен в теплообменнике, подключаемом к системе водяного отопления.
Подключение ТН по схеме «вода — вода» является гораздо менее трудоемким, чем «грунт — вода», поскольку отпадает необходимость в проведении земляных работ. На дно водоема труба укладывается в виде спирали. Разумеется, для данной схемы подойдет только такой водоем, который зимой не промерзает до дна.
Классификация тепловых насосов по характеристике сред
Классификация теплонасосов достаточно объемна. Устройства делятся по роду рабочего тела, принципу изменения его физического состояния, использованию устройств преобразования, характеру необходимого для работы энергоносителя. Если учесть, что на рынке представлены модели с разнообразными комбинациями классификационных критериев, становится понятно, что достаточно трудно перечислить все. Однако можно рассмотреть основные принципы группового деления.
От параметров источника тепла и среды-получателя зависит монтаж, конструкция, а также конечные характеристики теплового насоса. Сегодня предлагается несколько типов инженерных решений.
Воздух-воздух
Теплонасосы воздух-воздух — самые распространенные устройства. Они компактны и достаточно просты. На механике такого типа работают бытовые кондиционеры с режимом отопления. Принцип действия прост:
- уличный теплообменник охлаждается ниже температуры воздуха и отбирает тепло;
- после сжатия поступающего фреона в радиатор его температура сильно возрастает;
- вентилятор внутри комнаты, обдувая теплообменник, обогревает помещение.
Отбор энергии окружающей среды не обязательно производится внешним теплообменником. Для этой цели воздух может нагнетаться в расположенный в комнате блок. Именно так работают некоторые канальные системы.
Если в кондиционере происходит сжатие и расширение фреона, то в вихревых теплонасосах используется простой воздух. Механика работы аналогична: до поступления во внутренний теплообменник газ сжимается, а отдав энергию — задувается интенсивным потоком в камеру отбора тепла.
Вода-вода
Теплонасос типа вода-вода работает по тому же принципу, что и другие установки. Отличаются только среды передачи энергии. Оборудование оснащается погружными зондами, чтобы даже в условиях жесткой зимы добраться до горизонта грунтовых вод с положительной температурой.
В зависимости от потребностей отопления, теплонасосные системы вода-вода могут быть совершенно разного размера. К примеру, начиная от нескольких скважин, пробуренных вокруг частного дома, заканчивая расположенными непосредственно в водоносном слое теплообменниками большой площади, которые закладываются на этапе строительства здания.
Теплонасосы вода-вода отличаются большей производительностью и эффективной мощностью отдачи. Причина — в повышенной теплоемкости жидкости. Слой воды, в котором расположен зонд или теплообменник, быстро отдает энергию, а благодаря огромному объему незначительно снижает свои характеристики, способствуя стабильной работе системы. Также оборудование вода-вода отличается повышенным КПД.
Совет! В определенных условиях схема вода-вода может обойтись без промежуточных узлов в виде накопительных баков отопительной сети. Правильно оценивая существующие климатические условия и выбирая мощность установки, в доме устанавливается водонагреватель с тепловым насосом и организуется эффективная система теплый пол.
Вода-воздух, воздух-вода
Комбинированные системы нужно выбирать особенно внимательно. При этом тщательно оцениваются существующие климатические условия. Например, цикл теплового насоса класса вода-воздух имеет хорошую эффективность для отопления в регионах с сильными морозами. Система же воздух-вода в связке с теплым полом и накопительным бойлером вторичного нагрева способна показать максимальные результаты экономии на территориях, где температура воздуха редко падает ниже -5…-10 градусов.
Расплав (рассол)-вода
Теплонасос данного класса — своеобразный универсал. Он может применяться буквально везде. Показатели его полезной тепловой мощности постоянны и стабильны. Принцип работы рассольно-водного устройства основан на отборе тепла, прежде всего, из почвы, имеющей нормальные показатели влажности или заболоченной.
Расчет теплового насоса класса рассол-вода делается по уровню потребности в энергии для отопления. Методик ее количественного определения предостаточно
Можно произвести максимально четкий расчет, принимая во внимание материал стен дома, конструкции окон, характер почвы, средневзвешенную температуру воздуха и многое другое
Производители рассольно-водных систем предлагают различные варианты моделей, отличающихся мощностью потребления узла преобразования, конструкцией и габаритами внешних теплообменников, параметрами выходного контура. Выбрать оптимальный теплонасос по заранее сформированному списку требований несложно.
Принцип работы тепловых насосов
Давайте посмотрим, как работает тепловой насос и как он устроен. Он состоит из трех основных частей:
Использование грунтового зонда зачастую является самым простым и эффективным решением. Он многофункционален, долговечен и не требует сложного технического обслуживания.
- Испаритель;
- Компрессор;
- Конденсатор.
Все эти узлы объединяются между собой трубками, по которым циркулирует хладагент – он закипает и испаряется при отрицательных температурах, отбирая крупицы энергии у окружающего пространства. Именно этот процесс и протекает в испарителе.
После своего испарения хладагент попадает в конденсатор, где происходит обратный процесс – тепловая энергия передается на дальнейшие нужды, а хладагент остывает и конденсируется. Тем самым тепло переносится из окружающего пространства и выделяется в конденсаторе. Все процессы протекают под большим давлением, создаваемым компрессором.
Устройство
Тепловой насос — высокоэффективная и экономичная конструкция, основанная на использовании как физических явлений (цикла Карно), так и низкопотенциальных природных ресурсов — тепла грунта, воды и воздуха. На первый взгляд, возможности этих источников практически отсутствуют, однако, все эти ресурсы обладают огромным запасом тепловой энергии. Мало того, они совершенно бесплатны и практически неисчерпаемы, что делает их привлекательными для использования.
Принцип работы
Основным элементом теплового насоса является замкнутый контур, в котором циркулирует хладагент (фреон), воспроизводящий цикл Карно. Последовательно происходят следующие действия:
- испарение. Жидкий фреон переходит в газообразную стадию, забирая у окружающей среды большое количество тепловой энергии
- сжатие. Фреон проходит через компрессор, где его давление многократно увеличивается. При этом температура хладагента значительно повышается
- конденсация. Хладагент переходит в жидкую стадию, параллельно отдавая тепловую энергию
- резкое расширение, вызывающее падение давления. После этого цикл повторяется
Горячий фреон, находящийся в состоянии конденсации, пропускается сквозь змеевик теплообменника, в котором тепловая энергия отдается в систему отопления. Тепло от внешнего источника необходимо для подогрева холодного фреона, находящегося в стадии испарения. Для отбора тепловой энергии используется испаритель, также являющийся теплообменником. Различие в том, что здесь хладагент не отдает, а забирает тепло у воды или воздуха, чтобы во время конденсации высвободить его, многократно усиленное при повышении давления.
Система работает, потребляя только электроэнергию, требующуюся на питание компрессора и циркуляционных насосов. Коэффициент эффективности (COP) равен как минимум 2, а при благоприятных условиях он поднимается до 5-6 и даже выше.
Плюсы и минусы
Тепловые насосы обладают массой достоинств:
- устойчивость работы, надежность
- экономичность, высокая эффективность
- источник тепловой энергии обладает неисчерпаемым ресурсом и достается бесплатно
- экологически чистое оборудование
- система совершенно безопасна в пожарном отношении
К недостаткам устройств следует отнести:
- не все виды способны работать в сложных условиях, имеется зависимость от внешней температуры
- для работы системы требуется электричество, отсутствие которого сразу остановит процесс
- оборудование и установка очень дорогие и недоступны для большинства пользователей
- для некоторых видов ТН требуется разрешение на земляные работы
Большинство недостатков тепловых насосов являются, скорее, особенностью их конструкции, вызывающей отрицательное влияние на возможности этого вида отопительных систем. В любом случае, планируя использование ТН, надо учитывать все положительные и отрицательные стороны конструкции.
Принцип работы теплового насоса «Воздух-вода»
Такой тип насосов считается одним из наименее эффективных по целому ряду причин. Во-первых, в холодное время года температура воздушных масс существенно понижается. В конечном итоге это приводит к уменьшению мощности насоса. Он может не справиться с отоплением большого дома. Во-вторых, конструкция более сложная и менее надежная. Тем не менее расходы на монтаж и обслуживание существенно снижаются. Это обусловлено тем, что вам не нужен водоем, колодец, а также не требуется копать траншеи под трубы на дачном участке.
Размещается система на крыше здания или в другом подходящем месте. Стоит заметить, что подобная конструкция имеет один существенный плюс. Он заключается в возможности использования отработанных газов, воздуха, который покидает помещение, повторно. Этим можно компенсировать недостаточную мощность оборудования в зимний период.
Лучшие производители теплонасосов
Отзывы покупателей позволили составить рейтинг качественных производителей тепловых насосов, использующих самые хорошие комплектующие для производства отопительного оборудования. К таким компаниям относятся:
- Международная компания Stiebel Eltron, образовавшееся в Германии в 1924г.
- Американская компания Cooper&Hunter.
- Японский бренд Daikin.
- Корпорация Mitsubishi (Япония).
- Самый юный производитель, представленный на рынке – компания Kitano.
- Gree Electric (Китай).
- Hitachi поставляет универсальное оборудование, приспособленное для любых зданий.
- Panasonic (Япония).
Какой фирмы приобрести установку лучше решить, после рассмотрения всех характеристик и условий, в которых она будет эксплуатироваться.
Для горячего водоснабжения
Все термонасосы могут не только отапливать помещение, но и круглый год подавать горячую воду. Но нужно учесть, что это оборудование является низкотемпературным, соответственно, температура воды в водонагревателе будет не более 40−50C. То есть объем бойлера обязан быть больше, чем во время эксплуатации обычной системы отопления. Поэтому может потребоваться жесткая экономия горячей воды в зимнее время.
Этот факт необходимо учесть при проектировании месторасположения и соответствующей площади для котельной. Также во время выбора бойлера нужно не забывать, что для этого потребуется специальное оборудование, которое рассчитано на работу с тепловыми насосными установками. Основное отличие этого бойлера от традиционного — большая площадь теплообменника, требующаяся для эффективной передачи тепловой энергии от термонасоса.
Принцип действия теплового насоса
Теплоноситель нагревается от источника низкопотенциального (5…10 °С) тепла. Насос сжимает хладагент, температура которого при этом повышается (50…60 °С) и нагревает теплоноситель системы отопления или ГВС.
В процессе работы ТН задействованы три тепловых контура:
- наружный (система с теплоносителем и циркуляционным насосом);
- промежуточный (теплообменник, компрессор, конденсатор, испаритель, дроссельный клапан);
- контур потребителя (циркуляционный насос, тёплый пол, радиаторы; у ГВС – бак, точки водоразбора).
Сам процесс выглядит следующим образом:
Контур съёма тепловой энергии
- Грунт нагревает солевой раствор.
- Циркуляционный насос поднимает рассол в теплообменник.
- Раствор охлаждается хладагентом (фреоном) и возвращается в грунт.
Теплообменник
- Жидкий фреон, испаряясь, забирает тепловую энергию у рассола.
- Компрессор сжимает хладагент, его температура резко повышается.
- В конденсаторе фреон через испаритель отдаёт энергию теплоносителю отопительного контура и снова становится жидким.
- Остывший хладагент, через дроссельный клапан уходит к первому теплообменнику.
Отопительный контур
- Подогретый теплоноситель отопительной системы подтягивается циркуляционным насосом к рассеивающим элементам.
- Отдаёт тепловую энергию воздушной массе помещения.
- Остывший теплоноситель по обратной трубе возвращается к промежуточному теплообменнику.
Видео с подробным описанием процесса:
