Как осуществляется отопление тепловым насосом?

Тепловой насос: принцип работы для отопления дома :

Сегодня тема отопления так называемого частного сектора крайне актуальна. Как показывает практика, там не всегда есть газопровод, поэтому люди вынуждены искать альтернативные источники тепла.

Давайте в данной статье поговорим о том, что такое грунтовый геотермальный теплонасос или, как его называют в быту — тепловой насос. Принцип работы данного агрегата известен далеко не каждому, ровно как и его конструкция.

С этими моментами мы и попытаемся разобраться.

Что нужно знать?

Вы можете говорить о том, что раз тепловые насосы такие эффективные, то почему так слабо распространены. Все дело заключается в высокой стоимости оборудования и монтажа. Именно по этой простой причине многие отказываются от данного решения и выбирают, скажем, электрические или угольные котлы.

Тем не менее отбрасывать данный вариант не стоит по многим причинам, о чем мы обязательно скажем в данной статье. Тепловые насосы после установки становятся весьма экономичными, так как используют энергию грунта. Геотермальный насос — это 3 в 1. Он сочетает в себе не только отопительный котел и систему ГВС, но и кондиционер.

Давайте поближе познакомимся с данным оборудованием и рассмотрим все его сильные и слабые стороны.

Принцип действия агрегата

Принцип работы теплового насоса для отопления заключается в использовании разности потенциалов тепловой энергии. Именно поэтому подобное оборудование может применяться в любой среде. Главное, чтобы её температура была не менее 1 градуса по Цельсию.

Мы имеем теплоноситель, который движется по трубопроводу, где, собственно, и нагревается на 2-5 градусов. После этого теплоноситель поступает в теплообменник (внутренний контур), где отдает собранную энергию. В это время во внешнем контуре есть хладагент, который имеет низкую температуру кипения.

Соответственно, он превращается в газ. Поступая в компрессор, газ сжимается, в результате чего его температура становится еще выше. Дальше газ идет на конденсатор, где теряет свое тепло, отдавая его системе отопления. Хладагент приобретает жидкое состояние и поступает обратно во внешний контур.

Вкратце о видах тепловых насосов

Сегодня известно несколько популярных конструкций геотермальных насосов. Но при любом раскладе их принцип действия можно сравнивать с работой холодильной техники. Именно поэтому независимо от вида насос в летнее время может быть использован в качестве кондиционера. Так вот, тепловые насосы классифицируются по тому, откуда они могут добывать тепло:

• Из грунта;
• Из водоема;
• Из воздуха.

Первый вид наиболее предпочтителен в холодных регионах. Дело в том, что температура воздуха зачастую опускается до -20 и ниже (на примере РФ), а вот глубина промерзания грунта обычно несущественная.

Что касается водоемов, то они есть не везде, да и использовать их не слишком целесообразно. В любом случае, лучше выбирать грунтовый тепловой насос для отопления дома.

Принцип работы агрегата мы немного рассмотрели, поэтому идем дальше.

«Грунт-вода»: как лучше разместить?

Получение тепла из грунта считается наиболее целесообразным и рациональным. Обусловлено это тем, что на глубине 5 метров практически не происходит температурных колебаний. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость. Её принято называть рассолом. Она является полностью экологически безопасной.

Что касается метода размещения, то есть горизонтальный и вертикальный. Первый вид характерен тем, что пластиковые трубы, представляющие внешний контур, укладываются на площади горизонтально.

Чем глубже будут уложены зонды, тем эффективней будет работать геотермальный тепловой насос. Принцип работы мы уже рассмотрели, а сейчас поговорим еще о важных деталях.

Тепловой насос «Вода-вода»: принцип работы

Также не стоит сразу отбрасывать возможность использования кинетической энергии воды. Дело в том, что на большой глубине температура остается достаточно высокой и изменяется в небольших диапазонах, если это вообще происходит. Вы можете пойти несколькими путями и использовать:

• Открытые водоемы, такие как реки и озера.
• Грунтовые воды (скважина, колодец).
• Сточные воды пром.циклов (обратное водоснабжение).

С экономической и технической точки зрения проще всего наладить работу геотермального насоса в открытом водоеме. При этом существенных конструктивных отличий между насосами «грунт-вода» и «вода-вода» нет.

В последнем случае погружаемые в открытый водоем трубы снабжаются грузом. Что касается использования грунтовых вод, то конструкция и монтаж более сложные. Необходимо выделить отдельную скважину для сброса воды.

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.

Насосы «воздух-воздух» и кое-что еще

Подобные установки встречаются еще реже, нежели «Воздух-вода», на что есть целый ряд причин.

Как вы уже догадались, в нашем случае в качестве теплоносителя используется воздух, который нагревается от более теплой воздушной массы из окружающей среды.

Есть большое количество недостатков такой системы, начиная от низкой производительности и заканчивая высокой стоимостью.Тепловой насос «воздух-воздух», принцип работы которого вы знаете, неплох только в теплых регионах.

Тут есть и сильные стороны. Во-первых, дешевизна теплоносителя. Скорее всего, вы не столкнетесь с проблемой течи воздухопровода. Во-вторых, эффективность такого решения крайне высока в весенне-осенний период. Зимой же использовать воздушный тепловой насос, принцип работы которого мы рассмотрели, нецелесообразно.

Самодельный тепловой насос

Проведенные исследования показали, что срок окупаемости оборудования напрямую зависит от отапливаемой площади. Если речь идет о доме в 400 квадратных метров, то это примерно 2-2,5 года.

А вот для тех, кто имеет жилье площадью поменьше, вполне можно использовать самодельные насосы. Может показаться, что сделать такое оборудование сложно, но на самом деле это несколько не так.

Достаточно закупить необходимые комплектующие, и можно приступать к монтажу.

Первым делом приобретается компрессор. Можно взять такой, какой на кондиционере. Монтируют его аналогичным образом на стену здания. Помимо этого, нужен конденсатор. Его можно соорудить самостоятельно или же купить.

Заключительная часть работ

При любом раскладе на окончательной стадии вам потребуется нанять специалиста. Именно знающий человек должен осуществлять пайку медных трубок, закачку фреона, а также первый запуск компрессора. После сборки всей конструкции её подключают к внутренней системе отопления. Наружный контур устанавливается в последнюю очередь, а его особенности зависят от типа используемого теплового насоса.

Не стоит упускать из виду такой важный момент, как замена устаревшей или поврежденной проводки в доме. Специалисты рекомендуют устанавливать счетчик мощностью не менее 40 ампер, чего должно быть вполне достаточно для эксплуатации теплового насоса.

Чтобы не случилось так, что вы потратили кучу денег на отопление, а зимой пришлось поставить угольный котел, обращайтесь в проверенные организации с положительными отзывами.

Безопасность и экологичность прежде всего

Отопление с помощью описанных в данной статье насосов является одним из наиболее экологических методов. Обусловлено это по большей части сокращением выбросов в атмосферу углекислых газов, а также сбережением невосстанавливаемых энергоресурсов. Кстати, в нашем случае используются возобновляемые ресурсы, поэтому бояться, что тепло вдруг закончится, не стоит.

Благодаря использованию вещества, кипящего при низких температурах, появилась возможность реализовать обратный термодинамический цикл и при меньших затратах энергии получать достаточное количество тепла в дом. Что касается пожаробезопасности, то тут и так все понятно. Нет вероятности утечки газа или мазута, взрыва, нет опасных мест для хранения горючих материалов и многое другое.

В этом плане тепловые насосы очень хороши.

Заключение

Теперь вы полностью знакомы с тем, что такое и каким может быть тепловой насос (принцип работы). Своими руками подобный агрегат сделать можно, а в некоторых случаях даже нужно. В этом случае вы можете сэкономить порядка 30% средств на покупку оборудования. Но опять же монтажными работами желательно должен заниматься специалист, это же касается и проводимых расчетов.

Как ни крути, сегодня это еще достаточно дорогостоящий вид отопления с большим сроком окупаемости. В большинстве случаев куда проще провести газ или топить углем или дровами. Тем не менее для больших загородных домов это очень перспективный вид отопления.

Его говорить об экономичности оборудования, то получается что на 1 кВт потраченной энергии мы получаем порядка 5-7 кВт тепловой. По охлаждению это 2-2,5 кВт на выходе, что тоже очень даже неплохо. Стоит отметить еще и бесшумность работы насоса.

Вот, в принципе, и все, что можно рассказать по данной теме.

Источник: https://www.syl.ru/article/194620/new_teplovoy-nasos-printsip-rabotyi-dlya-otopleniya-doma

Отопление тепловым насосом

Как происходит отопление дома с помощью теплового насоса какой принцип работы геотермального теплового насоса и многое другое, рассмотрим в этой статье.

Вообще главное преимущество теплового насоса — это реальная возможность преобразования энергии электричества из 1 кВт в 5 кВт тепловой энергии. Энергоэффективность зависит, впрочем от многих факторов, которые рассмотрены ниже.

Но как бы там ни было: заманчивая перспектива трансформации, не правда ли?

В чем преимущество тепловых насосов для отопления?

Самое главное преимущество геотермального насоса — это возможность полностью исключить необходимость использования системы отопления на газу, который на сегодняшний день достаточно дорогой.

Кроме дороговизны газа, вопросы возникают и к качеству такого топлива для отопительных систем.

Так что Вы, кроме цены на газ, решаете вопрос со стабильностью работы системы а также не подвергаетесь проблеме проводки газа к дому и разрешения всех официальных вопросов в подключении. Короче говоря можно выделить основные плюсы использования тепловых насосов:

• Полная пожаробезопасность материалов и системы в целом
• Нет необходимости в дорогостоящем подключении газа
• Нет необходимости в монтаже дымохода, который зачастую бывает отдельной проблемой
• Сохранение нервов, ведь полностью исключается общение с газовыми конторами
• Неприхотливость в обслуживании
• Надёжность — срок службы зондов в системе геотермальных насосов до 100 лет. Компрессор — 30 лет. Об этих компонентах, ниже в статье.
• Небольшое потребление электроэнергии делает возможность подключение резервного питания в случае отключения электричества. Либо с помощью дизельного генератора, либо с помощью источника бесперебойного питания.
• После окончательного монтажа грунтовая скважина не требует каких-то особых условий, а значит не вносит никаких изменений в ландшафтный дизайн вашего участка. Внешне никто даже знать не будет о том, что в вашем частном доме происходит отопление воздушным тепловым насосом.
• Автоматика тепловых насосов работает настолько чутко, что в зависимости от малейших изменений погодных условий, способна сама изменять режим работы. Переходить с отопления на охлаждение и наоборот.
• Воздушный тепловой насос для отопления не требует особых условий для установки и работает с крайне низким уровнем шума.
• Главный минус в установке такой системы — цена на отопление тепловым насосом. Именно цена монтажа и системы.

Отопление тепловым насосом очень выгодно, ведь при достаточно небольшом использовании электричества, можно обеспечить дома комфортом, теплом и горячей водой.

Кроме этого, летом тепловой насос для отопления дома, может служить как кондиционер, охлаждая помещения в доме.

Если говорить про добавочную функцию в отоплении теплового насоса или подстраховки для твердотопливного котла, то таким образом, Вы обезопасите себя ещё и на случай отключения электричества, ведь можно подобрать полностью энергонезависимый твердотопливный котёл.

Кроме всего прочего при использовании твердотопливных котлов в сочетании с отоплением частного дома тепловым насосом, вы можете быть уверены в максимальном КПД, ведь понизить качество электроэнергии нереально, а твёрдое топливо, вы можете контролировать сами.

Как работает геотермальный тепловой насос

Принцип работы теплового насоса заключается в работе геотермального контура. Такой контур забирает тепло из земли и обеспечивает температуру нагрева. При этом, нагревание не зависит от внешних погодных факторов.

Как же работает геотермальный контур? В скважины, глубиной до сотни метров помещаются специальные грунтовые зонды, с помощью которых и происходит нагрев. В геотермальных скважинах температура всегда статична, независимо от поры года.

Вода нагревается и подаётся по системе в дом, для использования в бытовых целях и нагрева для системы отопления. Принцип действия охлаждения, при тёплой погоде, разделяется на два типа:

• Активное — компрессор в работе, но тепловой насос работает наоборот. Забирает тепло из системы отопления и передаёт температуры в грунт. Грунтовые зонды осуществляют передачу тепла уже в землю.
• Пассивное — вода охлаждается в теплообменнике при выключенном компрессоре.

Важно!

Отопление тепловым насосом своими руками сделать достаточно сложно, ведь такая система отопления тепловым насосом, очень сложная с точки зрения инженерии.

Как следствие в виду неправильного монтажа системы или неопытности в монтаже, даже фирма, целенаправленно занимающаяся геотермальными насосами, может наломать дров. Начиная от падения КПД, путём снижения эффективности преобразования, вплоть до неработающей системы в итоге вообще.

Чаще всего фирмы “играются” с глубиной скважины, чтобы составить более демократичную смету и удешевить всю систему в целом. Конечно, цена отопления дома тепловым насосом сразу упадёт для заказчика, таким образом фирма будет иметь возможность сделать систему дешевле, но потом начнутся проблемы с эксплуатацией.

Например скважины могут смерзаться, в следствие чего, тепловой насос по эффективности упадёт в разы. Как бы не пришлось ставить отопительные приборы для отогрева отопительной системы. Это ведь бред?

Также можно уменьшить цену на тепловые насосы для отопления, путём применения дешёвых зондов, которые развалятся в скором времени.

Решение конечно есть: бурить новые скважины, разрушая уже готовый ландшафтный проект, но оно Вам надо? Так что лучше тщательно выбирайте качественные комплектующие и не поскупитесь купить тепловой насос для отопления подороже.

Ещё в целях экономии, в контур, заливают антифриз вместо пропилена гликоля. Это дешевле, да, но такой антифриз может отравить почву на вашем участке.

Короче говоря, обдумывая как и что сделать, не поскупитесь на нормальную, качественно сделанную, систему отопления. Стоимость отопления тепловым насосом, а именно монтажа системы, выйдет в таком случае первоначально дороже, зато Вы будете иметь работающую систему на сто лет вперед.

Тепловые насосы — расчёт отопления

Отопление загородного дома тепловым насосом или дома в черте города, в плане расчётов зависит от многих факторов. Но всё же можно выделить общие тенденции в расчётах.
Коэффициент преобразования — определяет эффективность геотермального насоса.

Этот коэффициент характеризуется соотношением полученного тепла и потраченной электроэнергией. Обычно, при правильном монтаже системы, такой коэффициент составляет около пяти. Другими словами 1 кВт потраченной электроэнергии даёт 5 кВт тепловой энергии.

Путём несложных математических махинаций можно вычислить стоимость одного кВт тепла, например с учётом тарифов в Украине. Тариф на март 2015 года составляет 30,84 коп за кВт/ч. Таким образом стоимость кВт тепла, которое произведено в системе отопления тепловым насосом, составляет около 7 копеек.

Цена на тепловой насос отопления

Что входит в стоимость теплового насоса отопления? В зависимости от фирмы-монтажника системы отопления на тепловом насосе, комплект может включать в себя по работам и комплектующим:

• Скважины, бурение скважин.
• Спуск зондов.
• Комплектация скважин
• Монтаж системы. Гребенка зондов, гидравлическая обвязка, автоматика.
• Бойлер
• Тепловой насос
• Геотермальные зонды
• Пропилен-гликоль

Тепловой насос сегодня один из основных видов альтернативного отопления дома. Конечно, стоимость геотермального отопления и системы в целом зависит от многих факторов. Это и производитель — брэнд, и мощность, и глубина бурения, возможностей в теплоотдаче у грунта и многого другого.

Но если уж сильно округлить и внести в стоимость монтаж котельной, бурение нескольких, необходимых для нормальной работы скважин до 100метров, тепловой насос, зонды, обвязку, то при квадратуре дома в районе 300 метров квадратных, отопление тепловым насосом обойдётся Вам в 25 тысяч долларов.

Опять-таки, стоимость очень приблизительная. Также учтите, что собрать правильно систему теплового насоса намного сложнее, чем скажем установить электрический котёл отопления.

Источник: https://tverdo-kotel.com/alternativnye-istochniki-otopleniya-dlya-doma/otoplenie-teplovym-nasosom/

Принципы работы теплового насоса

Стоимость эксплуатации традиционных источников тепла – нагревателей, котлов, работающих на различных видах топлива и пр.

— с каждым годом возрастает, привычный комфорт – горячая вода и отопление — становится все дороже.

Владельцы квартир и особенно частных домов озабочены тем, как уменьшить расходы, но пока это им мало удается. А ведь альтернатива есть, и называется она – тепловой насос.

Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным. Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом.

Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается.

Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача.

Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства — тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

Любой теплонасос состоит из испарителя, конденсатора, расширителя, понижающего давление, и компрессора, который давление повышает. Все эти устройства соединены в один замкнутый контур трубопроводом.

По трубам циркулирует хладагент, инертный газ с очень низкой температурой кипения, поэтому в одной части контура, холодной, он представляет собой жидкость, а во второй, теплой, он переходит в газообразное состояние. Точка кипения, как известно из физики, может меняться в зависимости от давления, вот зачем нужны в этой системе расширитель и компрессор.

Предположим, что снаружи теплоноситель циркулирует по трубам, уложенным в земле, поскольку он имеет низкую температуру, то проходя по ним, он нагревается, даже когда внешняя температура составляет всего около 4-5оС. Поступая в испаритель, который выполняет функцию теплообменника, теплоноситель отдает полученное тепло во внутренний контур системы, который заполнен хладагентом.

В нем происходит передача тепла от горячего газа к теплоносителю обратного трубопровода, входящего в отопительную систему дома. Отдав тепло, газ охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, в то время, как нагретый теплоноситель поступает в систему горячего водоснабжения и отопления. Проходя через редукционный клапан расширителя, сжиженный газ снова попадает в испаритель – цикл замыкается.

В холодное время года тепловые насосы работают на обогрев дома, а в жару – на его охлаждение. В этом случае принцип работы тот же, только летом тепло в теплоноситель поступает из внутренних помещений, а не снаружи.
В настоящее время используются тепловые насосы, имеющие разные конструкции.

Так, насос с открытым циклом применяют, когда дом расположен рядом с водоемом. В этом случае теплоноситель, вода, поступает в открытый контур, проходит весь цикл и, охлаждаясь, вновь сливается в водоем.

Геотермальные насосы закрытого типа прокачивают теплоноситель – воздух или воду, по трубам, заложенным глубоко в землю и проложенным по дну водоема. Закрытый цикл в экологическом плане считается более безопасным.

В комплекс работ по установке теплового насоса входит проведение внутренних электромонтажных работ, прокладка внешнего трубопровода и внутренних воздуховодов.

Экономическая выгода от использования тепловых насосов очевидна – их эксплуатация достаточно дешево обходится, поскольку электроэнергии тратится чуть больше, чем при работе холодильника.

Цена оборудования также невысока, так же, как и стоимость монтажа и установки. Использование теплового насоса, позволяет избавиться от забот о приобретении и хранении топливных ресурсов, установке и эксплуатации отопительного оборудования, у вас в доме освобождаются дополнительные помещения, в которых раньше располагалась котельная.

Перед многими владельцами частных домов очень остро стоит вопрос экономии электроэнергии. Современные технологии позволяют значительно снизить затраты на отопление дома и подачу горячей воды. Тепловой насос, монтаж которого можно произвести своими руками, обеспечит бесплатный сбор энергии из окружающей среды.

Тепловой насос представляет собой небольшое устройство, предназначенное для обогрева здания и подачи горячей воды. Данная установка отличается экологичностью, поэтому она абсолютно безвредна не только для человека, но и для окружающей среды. В зависимости от сезона и условий эксплуатации тепловые насосы позволяют достичь наилучшей эффективности теплоснабжения.

Срок их службы достигает 15 лет. Установка тепловых насосов окупается за три года, благодаря высокому КПД.Данная система состоит из теплового насоса, устройства забора и распределения тепла. При создании внутреннего контура теплонасоса используется компрессор, испаритель, дроссельный клапан и конденсатор. Электроэнергия необходима только для того, чтобы компрессор смог работать.

Ее задача заключается в поглощении тепловой энергии с последующей транспортировкой к насосу;- в испарителе энергия переходит к хладагенту, в результате чего последний начинает вскипать, превращаясь в пар;в результате увеличения давления компрессора повышается температура;- через конденсатор вся тепловая энергия передается теплоносителю системы отопления, размещенной внутри дома, при этом хладагент, охлаждаясь, превращается в жидкое состояние и возвращается в коллектор.В отличие от стандартных источников тепла тепловые насосы, имеющие высокую мощность, обладают массой преимуществ, среди которых стоит выделить:- высокая экономия, которая напрямую связана с отсутствием необходимости закупки, перевозки, хранения топлива;- экономия пространства, которое требуется для установки котельной, транспортного пути и топливного склада.

Недорогой тепловой насос, установленный своими руками, не способствует изменению общего ландшафта территории и фасада дома. К тому же, благодаря своей компактности, насос остается абсолютно незамеченным для посторонних глаз.

Существует несколько разновидностей данной установки:- устройство открытого типа;- прибор закрытого типа;- оборудование с теплообменником горизонтального типа;- вертикальные теплообменники.

Стоимость теплового насоса достаточно высокая. И это даже если не считать вызова специалистов для его монтажа.

Не каждый может позволить себе потратить большую сумму, даже с учетом того, что в течение трех лет насос полностью окупит себя. Сэкономить можно, если тепловая помпа будет установлена самостоятельно.

Перед началом работ следует убедиться в исправности электрического счетчика.

Особенно это касается тех случаев, когда установка насоса производится в доме старой постройки.Для этого необходимо произвести предварительный расчет и сделать несколько глубинных скважин. Их глубина может варьироваться в пределах от 70 до 150 мм.

Чтобы исключить попадание грунтовых вод на коллектор, перед самым началом бурением скважин следует произвести геологические исследования, после чего получить разрешение от соответствующих органов.

Для монтажа коллектора снимается верхний слой земли и производится установка земляного коллектора.

После этого почва кладется на свое место. Сам тепловой насос устанавливается внутри дома.

Монтаж теплового насоса не нуждается в капитальных строительных работах, поэтому его можно повесить даже на стену или крышу объекта.

Соединение насоса со скважинами и земляным коллектором осуществляется посредством двух труб.

А подключение его к накопительному резервуару и к отопительной системе происходит таким же образом, что и к воздушному тепловому насосу.

А на практике: газ, зачастую, слишком далеко; сжиженный газ – слишком дорого; дизель – требует больших эксплуатационных расходов; электричество – максимально удобно, но слишком дорого. Постоянный рост цен на жидкое топливо, газ и электричество заставляют владельцев домов внимательней присматриваться к альтернативным способам отопления жилья.

Спасением в данной ситуации может послужить тепловой насос, который использует бесплатные природные энергоносители и, благодаря этому позволит значительно сократить расходы на отопление вашего дома.

Инструкция

Конечно, в качестве источника энергии тепловой насос тоже использует электричество. Но поскольку он не производит тепло, а только собирает его, то затраты электроэнергии уменьшаются в разы. Тепловые насосы отличаются по принципу своего действия. Можно условно разбить их на три вида. «Грунт-вода» — насос, извлекающий тепло из земли. «Воздух-воздух» — использует тепло воздуха. «Вода-вода» — в качестве теплоносителя используются грунтовые воды. Сегодня мы рассмотрим как сделать монтаж теплового насоса типа «грунт-вода» своими руками. Принцип действия такого насоса достаточно прост: при помощи зондов или коллекторов насос извлекает тепло из грунта. Далее, тепло транспортируется соляным раствором к тепловому насосу. Определите необходимое вам число скважин. Это число будет зависеть от того, какое количество энергии вам необходимо, а также от качества грунта. Пробурите при помощи буровой установки скважину, глубиной 50-100 метров и диаметром 20 см.Поместите геотермальный зонд внутрь этой скважины.Смонтируйте периферийное оборудование.

Ваш насос, практически, готов. Теперь холода вам не страшны!

Видео по теме

Распечатать

Принципы работы теплового насоса

Источник: https://www.kakprosto.ru/kak-805177-principy-raboty-teplovogo-nasosa

Принцип действия тепловых насосов

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

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

Проще говоря…

Чтобы охладить бутылку минеральной воды, Вы ее ставите в холодильник. Холодильник должен «забрать» у бутылки часть тепловой энергии и, согласно закону сохранения энергии, ее куда-то переместить, отдать.

Холодильник переносит теплоту на радиатор, обычно расположенный на задней его стенке. При этом радиатор нагревается, отдавая свое тепло в помещение. Фактически он отапливает помещение.

Это особенно заметно в маленьких минимаркетах летом, при нескольких включенных холодильниках в помещении.

Предлагаем пофантазировать. Предположим, что мы будем постоянно подкладывать теплые предметы в холодильник, а он будет, охлаждая их, нагревать воздух в помещении. Пойдем на «крайности»… Расположим холодильник в оконном проеме открытой дверкой «морозилки» наружу.

Радиатор холодильника будет находиться в помещении. В процессе работы холодильник будет охлаждать воздух на улице, перенося в помещение «забранную» теплоту. Так и работает тепловой насос, забирая рассредоточенное тепло у окружающей среды и перенося его в помещение.

Тепловой насос. Внешний воздушно-водяной контур

Где насос берет тепло?

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

Распределение солнечной энергии

Ими могут быть:

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

Геотермальный тепловой насос. Принцип работы

Как устроен тепловой насос и система отопления с ним?

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

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

В составе функционального контура теплового насоса «числятся»:

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

Процесс выглядит приблизительно так!

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

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

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

Цикл замкнулся и готов к повтору!

Приблизительный расчет теплопроизводительности установки

В течении часа по внешнему коллектору через насос протекает до 2,5-3 м3 теплоносителя, который земля способна нагреть на ∆t = 5-7 °C.

Для расчета тепловой мощности такого контура воспользуйтесь формулой:

где:

Как работает тепловой насос?

Разновидности тепловых насосов

По типу используемого вида рассеянного тепла различают тепловые насосы:

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

Схема и принцип действия теплового насоса

Преимущества и достоинства тепловых насосов

1

Экономичная эффективность. Принцип работы теплового насоса базируется не на производстве, а на переносе (транспортировке) тепловой энергии, то можно утверждать, что его КПД больше единицы. Что за чушь? — скажете Вы.В теме тепловых насосов фигурирует величина — коэффициент преобразования (трансформации) тепла (КПТ).

Именно по этому параметру сравнивают между собой агрегаты подобного типа. Его физический смысл – показать отношение полученного количества теплоты к величине, затраченной для этого, энергии.

К примеру, при КПТ = 4,8 затраченная насосом электроэнергия в 1кВт позволит получить с его помощью 4,8 кВт тепла безвозмездно, то есть даром от природы.

2

3

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

Внешний модуль теплового насоса «воздух-воздух»

4

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

Варианты режима работы теплового насоса

5

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

6

Полная автоматизация процесса отопления помещения.

Внешний воздушный контур теплового насоса

Некоторые нюансы эксплуатации

Эффективное использование принципа работы теплового насоса требует соблюдения нескольких условий:

• помещение, которое обогревается должно быть хорошо утеплено (теплопотери до 100 Вт/м2) — иначе, забирая тепло с улицы, будете греть улицу за свои же деньги;
• тепловые насосы выгодно применять для низкотемпературных систем отопления. Под такие критерии отлично подходят системы теплый пол (35-40 °C). Коэффициент преобразования тепла существенно зависит от соотношения температур входного и выходного контуров.

Подытожим сказанное!

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

Источник: http://PlusTeplo.ru/otoplenie/sistemy-otopleniya/teplovoj-nasos/princip-raboty-teplovogo-nasosa.html

Тепловой насос для отопления дома: как выбрать

Мировой энергетический комитет составил прогноз использования источников тепла для обогрева зданий на 2020 год. В нем утверждается, что в развитых странах 75% домов будут получать горячее водоснабжение и отапливаться геотермальной энергией нашей планеты.

На сегодняшний день 40% всех новых домов Швейцарии оборудованы тепловыми насосами, а в Швеции этот показатель доведен до 90%. Россия и страны СНГ меньше внедряют тепловой насос для отопления дома, хотя первые энтузиасты уже пользуются этим методом, передавая свой опыт последователям.

Принципы работы

Для обогрева здания используется перенос энергии источника низкого потенциала (температуры) теплоносителем к потребителю. В технологическом процессе используется закон термодинамики, обеспечивающий выравнивание тепловых энергий двух систем с разными температурами: передача мощности горячего источника холодному потребителю.

При использовании тепла окружающей среды осуществляется повышение его температурного потенциала для обогрева и горячего водоснабжения.

Источником регенеративного тепла могут быть:

• поверхность земли или ее объем;
• водная среда (озеро, река);
• воздушные массы.

Более популярны модели, забирающие энергию от земли, поверхность которой обогревается солнечными лучами и энергией внешнего и внутреннего ядра планеты. Они отмечаются:

1. лучшим сочетанием потребительских качеств;
2. эффективностью;
3. ценой.

Схемы циркуляции теплоносителей

При работе теплового насоса (ТН) используется три замкнутых контура, по которым циркулируют различные жидкости/газы — теплоносители. Каждый из них выполняет свои функции.

Контур съема потенциала энергии источника

При заборе тепла воздуха используется искусственный обдув корпуса испарителя воздушными потоками от вентиляторов.

Замкнутый цикл жидкого теплоносителя для передачи тепла водной среды или земли осуществляется по трубопроводам, которые соединяют змеевик испарителя с коллектором, утопленным на дно водоема либо заглубленным в землю на расстояние, превышающее промерзание грунта в сильные холода.

В качестве теплоносителя применяются незамерзающие жидкости на основе разбавленных водных растворов спирта. Их принято называть «антифризы» или «рассолы». Они под влиянием более высокой температуры (≥+3ºС) поднимаются к испарителю, передают ему тепло, а после охлаждения (≈-3ºС) самотеком направляются назад к источнику энергии, обеспечивая непрерывную циркуляцию.

Внутренний контур

По нему циркулирует хладагент на основе фреона, «поднимая» тепло на более высокий уровень. Под действием температуры он последовательно переходит в газообразное и жидкостное состояние.

В состав внутреннего контура входят:

• испаритель, забирающий энергию от рассолов и передающий ее фреону, который при этом закипает и становится разреженным газом;
• компрессор, сжимающий газ до высокого давления.

  При этом резко увеличивается температура фреона;

• конденсатор, в котором горячий газ передает свою энергию теплоносителю выходного контура, а сам остывает, переходя в жидкое состояние;
• дроссель (расширительный клапан), редуцирующий фреон за счет перепада давления до состояния насыщенного пара для поступления в испаритель. При прохождении хладагента через узкое отверстие давление теплоносителя падает до начального значения.

Выходной контур

Здесь циркулирует вода. Она обогревается в змеевике конденсатора для использования в обычной жидкостной системе отопления. При этом способе ее температура достигает порядка 35ºС, что обусловливает ее применение в системе «Теплый пол» с длинными магистралями, позволяющими равномерно передавать генерируемую энергию всему объему помещения.

Использование только радиаторов отопления, создающих меньшие объемы теплообмена с пространством комнат, не так эффективно.

Конструктивное исполнение

Промышленность выпускает различные по эксплуатационным характеристикам модели, но они имеют в своем составе оборудование, выполняющее типовые задачи, описанные выше.

Как вариант конструктивного исполнения на рисунке представлен тепловой насос для отопления дома.

Здесь по входным трубопроводам принимается тепло от геотермальных источников, а по выходным — передается в систему обогрева дома.

Работа теплового насоса обеспечивается:

• системой контроля параметров схемы и управления, включая дистанционные способы через интернет;
• дополнительным оборудованием (узлы промывки и заполнения, расширительные баки, группы безопасности, насосные станции).

Грунтовые конструкции

Они используют три схемы устройства теплообменников для забора энергии от источника:

1. поверхностное расположение;
2. установка вертикальных грунтовых зондов;
3. заглубление горизонтальных конструкций.

Первый метод наименее эффективен. Поэтому он редко применяется для отопления дома.

Установка зондов в скважинах

Этот способ наиболее эффективен. Он предусматривает создание скважин на глубины порядка 50÷150 метров и больше для размещения U-образного трубопровода из пластиковых материалов с диаметром от 25 до 40 мм.

Увеличение площади поперечного сечения трубы, как и углубление скважины, создает улучшенный теплосъем, но удорожает конструкцию.

Горизонтальные коллекторы

Бурение скважин для зондов стоит дорого. Поэтому часто выбирается этот способ, как более дешевый. Он позволяет обойтись рытьем траншей ниже глубины промерзания почвы.

В проекте горизонтального коллектора следует учитывать:

1. теплопроводность грунта;
2. среднюю влажность почвы;
3. геометрию участка.

Они влияют на габариты и конфигурацию коллектора. Трубы могут укладываться:

• петлями;
• зигзагами;
• змейкой;
• плоскими геометрическими фигурами;
• винтовыми спиралями.

Важно понимать, что площадь участка, отводимого под такой коллектор, обычно превышает габариты фундамента дома в 2÷3 раза. Это основной недостаток такого метода.

Водные коллекторы

Это наиболее экономичный способ, но он требует расположения около здания глубокого водоема. На его дне размещают и закрепляют грузами собранные трубопроводы. Для эффективной работы теплового насоса требуется просчитать минимальную глубину закладки коллектора и объем водоема, способного обеспечить теплосъем.

Габариты такой конструкции определяются проведением тепловых расчетов и могут достигать протяженности более 300 метров.

Рисунок ниже демонстрирует подготовку магистралей для сборки на льду весеннего озера. Он позволяет визуально оценить масштабы предстоящей работы.

Воздушный метод

Внешний или встроенный вентилятор нагнетает воздух с улицы прямо на испаритель с фреоном, как в кондиционере. При этом не требуется создавать громоздкие конструкции из труб и помещать их в грунт или водоем.

Тепловой насос для отопления дома, работающий по такому принципу, стоит дешевле, но использовать его рекомендуется в относительно теплом климате: морозный воздух не позволит работать системе.

Подобные устройства нашли широкое применение для обогрева воды в бассейнах или помещений, расположенных рядом с промышленными устройствами, постоянно участвующими в технологическом процессе и выделяющими в атмосферу тепло мощными системами охлаждения. В качестве примера можно привести силовые автотрансформаторы энергетики, дизельные станции, котельные.

Основные характеристики

При выборе модели ТН следует учитывать:

• выходную тепловую мощность;
• коэффициент трансформации тепловых насосов;
• условный кпд;
• годовую эффективность и издержки.

Выходная мощность

При создании нового проекта дома учитывают его потребности в тепле с учетом конструктивных особенностей материалов, создающих теплопотери через стены, окна, двери, потолок и пол помещений различных габаритов. Расчет учитывает создание комфорта при самых низких морозах в конкретной местности.

Потребляемая тепловая мощность здания выражается в кВт. Она должна покрываться вырабатываемой энергией теплового насоса.

Однако часто при расчетах делают упрощение, позволяющее экономить: длительность самых холодных дней в течение года не превышает нескольких недель. На этот период подключается дополнительный источник тепла, например, ТЭНы, подогревающие воду в котле.

Они работают только в критических ситуациях при морозах, а в остальное время отключены. Это позволяет использовать ТН с меньшими мощностями.

Возможности конструкций

Для справки. Модели выходной мощности 6÷11 кВт «рассольно-водяных» схем способны нагревать воду встроенных баков в относительно небольших постройках. Мощность в 17 кВт достаточна для поддержания температуры воды 65ºС у котла с емкостью 230÷440 литров.
Потребности в тепле средних по величине зданий покрывают мощности 22÷60 кВт.

Коэффициент трансформации тепловых насосов Ктр

Он определяет эффективность конструкции по безразмерной формуле:

Kтр=(Твых-Твх)/Твых

Величина «Т» обозначает температуру теплоносителей на выходе и входе в конструкцию.

Коэффициент преобразования энергии (ͼ)

Его рассчитывают для определения доли полезной мощности тепла по отношению к приложенной энергии на компрессор.

ͼ=0,5Т/(Т-То)=0,5(ΔТ+То)/ΔТ

Для этой формулы температура потребителя «Т» и источника «То» определяется в градусах Кельвина.

Величину ͼ можно определить по количеству затраченной энергии на работу компрессора «Рэл» и полученной полезной теплопроизводительности «Рн». В этом случае его называют «СОР» по сокращению от английского термина «Coefficient of perfomance».

ͼ=Рн/Рэл

Коэффициент ͼ — переменная величина, зависимая от перепада температур между источником и потребителем. Он обозначается цифрами от 1 до 7.

Условный КПД

Некоторые продавцы в рекламных целях «называют» показатель СОР термином КПД и заявляют, что он больше единицы и составляет 400 или 500%.

Это неверное утверждение: коэффициент полезного действия учитывает потери мощности при работе конечного устройства.
Для его определения надо выходную тепловую мощность разделить на приложенную с учетом энергии геотермальных источников. При таком расчете вечного двигателя не получится.

Годовая эффективность и издержки

Коэффициент СОР оценивает работу теплового насоса в определенный момент времени при конкретных условиях эксплуатации. Чтобы проанализировать работу ТН, введен показатель эффективности системы за год (β).

β=Qwp/WeІ

Здесь символ Qwp обозначает величину тепловой энергии, произведенной за год, а Wel — значение потребленного электричества установкой за то же время.

Показатель издержек Eq

Эта характеристика обратна показателю эффективности.

Eq=1/β

Для определения характеристик ТН используется специализированное программное обеспечение и заводские стенды.

Отличительные черты

Преимущества

Отопление дома тепловым насосом в сравнении с другими системами обладает:

1. хорошими параметрами экологичности;
2. большим сроком службы оборудования без технического обслуживания;
3. возможностью простого переключения режима обогрева зимой на кондиционирование летом;
4. высокой годовой эффективностью.

Недостатки

На стадии проекта и при эксплуатации приходится учитывать:

1. сложность выполнения точных технических расчетов;
2. высокую стоимость оборудования и монтажных работ;
3. возможности образования «воздушных пробок» при нарушениях технологии укладки трубопроводов;
4. ограниченную температуру воды на выходе из системы (≤+65ºС);
5. строгую индивидуальность каждой конструкции для любого здания;
6. потребность больших площадей для коллекторов с исключением строительства объектов на них.

Краткий перечень производителей

Современный тепловой насос для отопления дома выпускают такие компании, как:

• Bosch — Германия;
• Waterkotte — Германия;
• WTT Group OY — Финляндия;
• ClimateMaster — США;
• ECONAR — США;
• Dimplex — Ирландия;
• FHP Manufacturing — США;
• Gustrowr — Германия;
• Heliotherm — Австрия;
• IVT — Швеция;
• LEBERG — Норвегия.

Вывод

Тепловой насос является перспективной системой отопления дома в ближайшем будущем. Его эксплуатационные характеристики преобладают над другими традиционными схемами обогрева.

Источник: https://buildip.ru/teplovoj-nasos-dlya-otopleniya-doma.html