Тепловые насосы принцип работы тепловых насосов: Тепловой насос для отопления дома

Тепловой насос для отопления дома

В условиях ухудшения экологической обстановки в мире и (что более актуально для рядового потребителя) стремительного роста тарифов на газ и электричество все больше европейцев старается внедрить в свою повседневную жизнь системы, использующие альтернативные источники энергии. Один из вариантов подобных систем – так называемый тепловой насос, посредством которого можно отапливать свое жилище в зимний период и нагревать воду для бытовых нужд, расходуя на это минимум электроэнергии.

В домах наших соотечественников в последние годы тоже все чаще можно встретить это чудо инженерной мысли. Конечно, для россиян проблема высоких цен на традиционные энергоносители пока стоит не так остро, как в Европе, но, во-первых, это лишь до поры до времени, а во-вторых, не хочется отставать от цивилизованного мира…

Итак, тепловой насос… Что это такое? На чем основан принцип его действия? Откуда, куда и как он перекачивает тепло? Давайте разбираться.

Принцип работы теплового насоса

Принцип действия тепловых насосов основан на способности вещества (хладагента) поглощать или отдавать тепло при изменении агрегатного состояния. По своей сути такие насосы мало чем отличаются от холодильных установок. (Это странное, на первый взгляд, утверждение нисколько вас не удивит, если вы хоть раз дотрагивались до горячей задней стенки обычного бытового холодильника.)

Схематично тепловой насос может быть представлен в виде системы, состоящей из трех контуров. В первом находится теплоноситель, переносящий энергию от источника низкопотенциального тепла. Во втором контуре циркулирует хладагент (фреон), который периодически то испаряется, отбирая тепло у первого контура, то вновь конденсируется, отдавая его третьему контуру. И, наконец, по третьему контуру «бегает» теплоприемник, в нашем случае – вода, переносящая тепло по системе отопления.

Рабочий цикл теплонасоса в общих словах может быть описан следующим образом. Жидкий хладагент поступает в испаритель, где переходит в газообразное состояние. Необходимая для протекания этого процесса энергия отбирается у теплоносителя, циркулирующего в первом контуре. Далее подогретый на несколько градусов газообразный хладагент всасывается в компрессор, главное назначение которого – сжатие газа (на совершение этой работы, разумеется, расходуется электроэнергия).

Давление газа возрастает в несколько раз, при этом он существенно разогревается: если на входе в компрессор температура хладагента составляет 6-10°C, то на выходе уже около 60°C. На следующей стадии разогретый газ направляется в конденсатор, где отдает полученное тепло системе отопления, сам же при этом конденсируется, т.е. переходит в жидкое состояние. Затем избыточное давление сбрасывается с помощью дроссельного клапана, и цикл начинается заново.

Как видите, устройство теплового насоса не отличается принципиально от устройства холодильной машины. Просто основным назначением холодильных установок является генерирование холода, поэтому там отбор теплоты производится испарителем, а конденсатор лишь сбрасывает эту теплоту в окружающее пространство. В тепловом же насосе картина обратная: конденсатор представляет собой теплообменный аппарат, отдающий теплоту потребителю, а испаритель – это теплообменник, утилизирующий низкопотенциальную теплоту вторичных энергоресурсов.

Другими словами тепловой насос – это «холодильник наоборот». При этом «наоборот» не только устройство, но и результат. Если в случае холодильника тепло, отнимаемое у хранящихся внутри продуктов, выбрасывается впустую, то энергия, вырабатываемая тепловым насосом, приносит реальную пользу – тратится на целенаправленный обогрев дома.

Разновидности тепловых насосов и систем

Тепловая энергия, расходуемая на отопление здания и систему горячего водоснабжения, является результатом преобразования энергии окружающей среды, осуществляемого с помощью теплового насоса. Насос концентрирует эту низкопотенциальную (низкотемпературную) энергию и передает ее системе отопления.

Осталось разобраться, что в данном случае подразумевается под энергией окружающей среды. Большинство тепловых насосов бытового назначения позволяют использовать тепло Солнца и внутреннее тепло Земли, накапливаемые верхними слоями земной коры и водой в течение всего года.

По типу конструкции первого контура теплообменника все тепловые насосы делятся на грунтовые, водяные и воздушные.

Грунтовые тепловые насосы

Грунтовые тепловые насосы получают тепло, необходимое для подогрева хладагента в испарителе, от грунта. Температура последнего на глубине нескольких метров практически не подвержена сезонным колебаниям. По замкнутой системе труб, размещенных в грунте, циркулирует «рассол». Слово «рассол» мы не случайно взяли в кавычки: соли, как этого можно было бы ожидать исходя из названия, он не содержит.

На самом деле это антифриз на основе этиленгликоля или пропиленгликоля, реже водного этанола. Трубы теплообменника могут быть уложены в грунте как горизонтальным (горизонтальный коллектор), так и вертикальным (геотермальный зонд) способом.

Трубы горизонтального коллектора укладываются в землю на глубине ниже уровня промерзания грунта в данном регионе (обычно 1.5-2 м). Теплообменная система этого вида занимает достаточно большую площадь. Например, для обеспечения теплом сравнительно небольшого дома площадью 100 м² потребуется выделить 2-3 сотки земли. Следует принять во внимание, что на территории, занятой коллектором, можно садить лишь те деревья и кустарники, корни которых не уходят в почву слишком глубоко, а располагать здесь какие-либо постройки и вовсе нельзя.

Геотермальный зонд – это теплообменник, трубы которого располагаются вертикально и погружены в грунт на глубину до 100-200 м. Количество устанавливаемых зондов зависит от требуемой мощности установки. Для обогрева дома, уже рассматриваемого нами выше в качестве примера, достаточно будет двух зондов длиной около 80 м, расположенных на расстоянии 5 м друг от друга.

Как видите, для размещения этой системы не требуется больших площадей, вы можете пробурить скважины в любой части вашего участка – там, где вам это удобно. Главный недостаток грунтовых тепловых насосов с геотермальными зондами – высокая стоимость работ по бурению скважин. Однако, невзирая на это, большинство пользователей отдает предпочтение именно этим системам, ведь геотермальные зонды обладают большей эффективностью, чем горизонтальные коллекторы, и имеют при этом меньше ограничений.

Бурение скважины для геотермального зонда.

Водяные тепловые насосы

Водяной тепловой насос «черпает» энергию грунтовых вод, которые прокачивает через свой испаритель. Подобная система отличается повышенной эффективностью и неплохой стабильностью: первая характеристика является результатом высокой теплоотдачи воды, вторая обусловлена постоянством температуры грунтовых вод.

Разумеется, чтобы использовать установку такого типа, требуется, чтобы эти самые грунтовые воды имелись на вашей территории, причем в достаточно большом количестве. Очень желательно, чтобы водоносный слой располагался не глубже 30-40 м. Одновременное выполнение этих двух условий – явление нечастое. Еще одним условием, невыполнение которого может стать препятствием для установки водяного теплонасоса в вашем доме или коттедже, является низкое содержание в грунтовых водах солей железа и прочих примесей.

Использование воды низкого качества приведет к тому, что оборудование быстро выйдет из строя, поскольку теплообменник попросту забьется. Наличие такого количества ограничений является причиной того, что подобные тепловые насосы, несмотря на всю их привлекательность, устанавливают нечасто (около 5% от всех реализованных проектов).

Воздушные тепловые насосы

С точки зрения простоты монтажа воздушные тепловые насосы обладают огромным преимуществом перед своими «собратьями». Для использования окружающего воздуха в качестве источника тепла вам не придется бурить скважины или проводить какие-то другие крупномасштабные грунтовые работы. В результате, если заложить в смету стоимость работ по установке оборудования, воздушный насос обойдется вам значительно дешевле, чем водяной или грунтовый.

Несмотря на столь весомое достоинство, идеальным этот вид климатического оборудования не назовешь, поскольку есть у него и существенный недостаток. Такой насос эффективно работает лишь при температуре окружающего воздуха выше –15°C…–20°C. Падение температуры ниже этой границы, что в зимний период не является редкостью в большинстве регионов нашей страны, ведет к существенному уменьшению коэффициента эффективности воздушного теплонасоса.

Коэффициент эффективности тепловых насосов

Чуть выше мы использовали новый термин – «коэффициент эффективности». Было бы неправильно не пояснить, что это такое, тем более что это важная характеристика тепловых насосов, позволяющая сравнивать насосы разных типов между собой.

Коэффициент эффективности (называемый также коэффициентом трансформации) – это отношение выработанной насосом тепловой энергии к потребленной им электрической. По сути это КПД теплового насоса. В случае водяных теплонасосов этот коэффициент равен 5 вне зависимости от времени года. Это означает, что при потреблении 1 кВт*ч электроэнергии установка вырабатывает 5 кВт*ч тепловой энергии.

У грунтовых насосов величина коэффициента эффективности чуть ниже – от 4 до 4.5. И, наконец, самым маленьким коэффициентом характеризуются воздушные тепловые насосы, при этом их эффективность сильно зависит от температуры окружающего воздуха: при 0°C величина коэффициента равна ~3.5, а при –20°C он уже не превышает 1.5 (при такой низкой эффективности насос попросту не окупится, и имеет смысл подумать о приобретении более дешевого климатического оборудования, например электрического котла).

Некоторые менеджеры, рекламируя реализуемые ими тепловые насосы, уверяют потенциальных клиентов в том, что данное оборудование имеет КПД 400-500%. Разумеется, ни о каком нарушении законов термодинамики речи не идет. Просто в данном случае расчеты намеренно делаются неправильно: не учитываются источники энергии, отличные от потребляемого электричества, – воздух, вода или грунт, нагретые Солнцем и геотермальными процессами. Когда при расчете КПД учитывают только электроэнергию и забывают про источник низкопотенциального тепла, как раз и получается величина больше 100%.

Применение тепловых насосов в условиях российского климата

Познакомившись с приведенными выше описаниями различных типов тепловых насосов, вы без труда сами сможете ответить на вопрос, какой насос больше всего подходит для эксплуатации в условиях российского климата.

Воздушные тепловые насосы пригодны для применения лишь в ограниченном числе регионов нашей страны – там, где температура воздуха зимой почти не опускается ниже нулевой отметки. Разумеется, жителям Сибири, Дальнего Востока, севера европейской части России о воздушных тепловых насосах не стоит и размышлять.

Для применения водяных тепловых насосов есть много ограничений. О некоторых из них мы уже рассказывали, осталось упомянуть еще об одном. Более половины территории нашей страны находится в зоне вечной мерзлоты. Если даже какому-нибудь жителю Восточной Сибири или севера Дальнего Востока «повезло», и на его участке есть грунтовые воды, залегающие не слишком глубоко, то все равно эти грунтовые воды находятся в виде льда, а значит, не пригодны для использования в системе отопления.

Таким образом, большинству наших соотечественников приходится рассчитывать на единственный, беспроигрышный, вариант – грунтовый тепловой насос. При этом в условиях российского климата больше подойдет насос не с горизонтальным коллектором, а с геотермальным зондом, позволяющим достигнуть глубины, где температура грунта более стабильна.

Применение теплового насоса для охлаждения

Огромным достоинством тепловых насосов является то, что они способны не только отапливать дом, но и при необходимости охлаждать его. Наше короткое российское лето порою бывает очень жарким, и, когда ваше жилище буквально раскаляется, предложение превратить обогреватель в кондиционер будет очень кстати.

Техническое решение этого вопроса может быть интегрировано в тепловой насос изначально, на стадии изготовления, и практически у всех производителей имеются линейки насосов, умеющих кондиционировать помещение (режим Natural Cooling). Если ваш тепловой насос не обладает такими способностями, не все еще потеряно – работать на охлаждение может и обычный насос. Необходимое для этого дополнительное оборудование в виде гидравлической развязки будет смонтировано вне насоса. Оба варианта не требуют больших капиталовложений.

Нести генерируемый тепловым насосом холод непосредственно в помещение можно разными способами. Эта функция может быть возложена на холодные панели на стенах или потолке, охлаждающий теплый пол, радиаторы отопления с хорошим обдувом или же фанкойл – устройство, в чей корпус встроен обдуваемый вентилятором пластинчатый теплообменник.

Применение теплового насоса для горячего водоснабжения

Любой тепловой насос способен не только обогревать ваше жилище, но и круглогодично снабжать вас горячей водой. Однако следует учитывать, что эта система является низкотемпературной, а значит, температура воды в бойлере не превысит 45-55°C. Из этого следует, что объем бойлера должен быть больше, чем при использовании стандартной системы отопления, в противном случае вам и вашим домочадцам придется жить в условиях жесткой экономии горячей воды.

Данный факт следует учитывать при выделении площади для котельной, т. е. еще на стадии проектирования дома. Также при выборе бойлера нужно принимать во внимание, что это должно быть специальное оборудование, рассчитанное на работу с теплонасосными установками. Главное отличие такого бойлера от обычного – увеличенная площадь теплообменника, необходимая для максимально эффективной передачи тепла от теплового насоса.

Тепловые насосы со встроенным ТЭНом

Нередко производители встраивают в свои тепловые насосы дополнительные электрические нагреватели. Встроенный ТЭН позволяет в случае необходимости перейти на альтернативный с точки зрения теплового насоса источник энергии – электричество. Для чего это нужно? В каких случаях возникает потребность задействовать ТЭН?

Подбор теплового насоса для отопления дома осуществляется с учетом различных параметров, в том числе и климатических особенностей региона. При этом считается нецелесообразным устанавливать насос с избыточной мощностью. Дело в том, что экстремально холодные дни случаются не так уж и часто, по крайней мере, в центрально-европейской части России. Практика показывает, что более экономичным вариантом будет «добрать» в эти морозные периоды необходимую мощность электричеством, чем изначально устанавливать более мощный насос. Наличие ТЭНа исключает необходимость делать систему более мощной, чем это требуется большую часть отопительного сезона.

Для владельцев водяных и грунтовых тепловых насосов встроенный ТЭН – скорее излишество, чем необходимость. Совсем иначе выглядит ситуация с воздушными теплонасосами. При температуре воздуха –20°C и ниже такой насос, если и не отключится, будет малоэффективен. И пусть холодных дней и ночей в году не очень много, совсем не хочется в один прекрасный момент остаться в стремительно вымерзающем доме. Наличие дублирующего теплогенератора в данном случае никак не назовешь роскошью.

Воздушный тепловой насос.

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.

Если вы заметили ошибку, не рабочее видео или ссылку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Принцип работы тепловых насосов — схемы и видео руководство

Сжигание классического топлива (газ, дрова, торф) является одним из древних способов получения тепла. Однако истощение традиционных источников энергии побудили человека искать более сложные, но не менее эффективные альтернативные варианты. Одним из ни стало изобретение теплового насоса, работа которого основана на школьных законах физики.

Содержание статьи:

Работа теплового насоса

Очень сложный на первый взгляд принцип работы тепловых насосов базируется на нескольких простых законах термодинамики и свойствах жидкостей и газов:

1. Когда газ переходит в жидкое состояние (конденсация), выделяется тепло
2. Когда жидкость переходит в газ (испарение), поглощается тепло

Большинство жидкостей могут закипать при достаточно высоких температурах, близких к 100 градусам. Но встречаются вещества и с достаточно низкими температурами кипения. У фреона она около 3-4 градусов. Превращаясь в газ, он легко сжимается и внутри емкости начинает расти температура.

Теоретически фреон можно сжимать до получения любых желаемых температур, но на практике ограничиваются 80-90 градусами, необходимыми для полноценной работы классической системы отопления.

Каждый сталкивается с тепловым насосом не один раз в день, когда проходит мимо холодильника. Однако в нем он работает в обратном направлении, забирая тепло продуктов и рассеивая в атмосферу.

Если вы ищете где купить теплообменное оборудование для вашего производство, то советуем продукцию уральский завод котельного оборудования.

Видео о технологии работы

Схема теплового насоса

Работоспособность большинства тепловых насосов базируется на тепле грунта, в котором на протяжении года температура практически не колеблется (в пределах 7-10 градусов). Тепло перемещается между тремя контурами:

1. Контур отопления
2. Тепловой насос
3. Рассольный (он же земляной) контур

Классический принцип работы тепловых насосов в отопительной системе состоит из следующих элементов:

1. Теплообменник, отдающий внутреннему контуру тепло, забираемое у земли
2. Сжимающее устройство
3. Второе теплообменное устройство, передающее отопительной системе энергию, получаемую во внутреннем контуре
4. Механизм, понижающий давление в системе (дросселе)
5. Рассольный контур
6. Земляной зонд
7. Отопительный контур

Труба, которая выполняет роль первичного контура, помещается в колодец или закапывается непосредственно в землю. По ней перемещается незамерзающий жидкий теплоноситель, температура которого повышается до аналогичной характеристики земли (около +8 градусов) и поступает во второй контур.

Вторичный контур забирает тепло у жидкости. Циркулирующий внутри фреон начинает закипать и преобразовываться в газ, который направляется в компрессор. Поршень сжимает его до 24-28 атм, благодаря чему происходит увеличение температуры до +70-80 градусов.

На данном рабочем этапе происходит концентрирование энергии в один небольшой сгусток. Благодаря этому увеличивается температура.

Разогретый газ поступает в третий контур, который представлен системами горячего водоснабжения или даже отопления дома. При передаче тепла возможны потери до 10-15 градусов, но они оказываются не существенны.

Когда фреон остывает, происходит уменьшение давления, и он вновь превращается в жидкое состояние. При температуре 2-3 градуса он поступает обратно во второй контур. Цикл повторяется снова и снова.

Основные виды

Устроен принцип работы тепловых насосов так, чтоб они легко эксплуатировались без перебоев в широком диапазоне температур – от -30 до +40 градусов. Наибольшую популярность получили следующие два вида моделей:

• Абсорбционного типа
• Компрессионного типа

Абсорбционного типа модели имеют достаточно сложное устройство. Они передают полученную тепловую энергию непосредственно при помощи источника. Их эксплуатация значительно снижает материальные затраты на расходующиеся электричество и топливо. Компрессионного типа модели для переноса тепла потребляют энергию (механическую и электрическую).

В зависимости от применяемого теплового источника насосы подразделяются на следующие виды:

1. Перерабатывающие вторичное тепло – самые дорогостоящие модели, получившие популярность для обогрева объектов в промышленности, в которых вторичное тепло, вырабатываемое другими источниками, расходуется в никуда
2. Воздушные – забирающие тепло из окружающего воздуха
3. Геотермальные – выбирают тепло из воды или земли

По видам входного/выходного теплоносителя все модели можно классифицировать следующим образом – грунт, вода, воздух и их различные сочетания.

Геотермальные тепловые насосы

Популярными являются геотермальные модели насосов, которые подразделяются на два вида: замкнутого или открытого типа.

Простое устройство открытых систем позволяет нагревать проходящую внутри воду, которая в последствии вновь поступает в землю. Идеально она работает при наличии неограниченного объема чистого жидкого теплоносителя, который после потребления не наносят вред среде.

Замкнутые системы геотермальных тепловых насосов делят на следующие разновидности:

• Водный – коллектор располагается в водоеме на непромерзаемой глубине
• С вертикальным расположением – коллектор помещается в скважину на глубину до 200 м и применим в местностях с неровным ландшафтом
• С горизонтальным расположением – коллектор помещается в землю на глубину 0.5-1 м, очень важно обеспечить на ограниченной площади большой контур

Насос типа воздух-вода

Одним из наиболее универсальных вариантов является модель «воздух-вода». В теплые периоды года она весьма эффективна, но зимой производительность может существенно падать.

Преимуществом системы является простой монтаж. Подходящее оборудование может монтироваться в любом удобном месте, например, на крыше. Тепло, которые в виде газа или дыма удаляется из помещения, может использоваться повторно.

Тип вода-вода

Тепловой насос «вода-вода» один из самых эффективных. Но его использование может быть ограничено наличием поблизости водоема или недостаточной глубиной, на которой в зимний период не наблюдается существенного падения температуры.

Низко потенциальная энергия может выбираться из следующих источников:

• Грунтовые вода
• Водоемы открытого типа
• Сточные промышленные воды

Наиболее прост принцип работы тепловых насосов у моделей, отбирающих тепло в водоеме. Если принято решение использовать подземные воды, может потребоваться бурение колодца.

Тип грунт-вода

Тепло из грунта можно получать на протяжении всего года, так как на глубинах от 1 м температура практически не меняется. В качестве носителя тепла используют «рассол» — незамерзающую жидкость, которая циркулирует по пластиковым трубам.

Один из недостатков системы «грунт-вода» — необходимость большой площади для достижения желаемой эффективности. Нивелировать его стараются укладкой труб кольцами.

Коллектор можно располагать в вертикальном положении, но потребуется скважина глубиной до 150 м. На дне монтируются зонты, отбирающие тепло грунта.

Плюсы и минусы отопительных систем с тепловым насосом

Тепловые насосы нашли широкое применение в системах отопления частной жилой площади или промышленных площадей. Они постепенно вытесняют более классические источники энергии благодаря надежности и экономичности.

Среди многочисленных преимуществ, которые предоставляет эксплуатация теплового насоса, выделяют:

• Экономия материальных средств на техническом обслуживании систем и теплоносителе
• Насосы работают полностью в автономном режиме
• В окружающую среду не выделяются вредные продукты горения и прочие токсичные вещества
• Пожаробезопасность монтируемого оборудования
• Возможность легко реверсировать работу системы

Несмотря на массу преимуществ, необходимо принять во внимание и отрицательные стороны эксплуатации теплового насоса:

• Большие первоначальные вложения на обустройства отопительной системы – от 3 до 10 тысяч долларов
• В холодные периоды, когда температура отпускается ниже -15 градусов, необходимо подумать об альтернативных вариантах отопления
• Отопление, основанное на работе теплового насоса, наиболее эффективно только в системах низкотемпературным теплоносителем

Еще одно схематичное видео:

Подводим итоги

Узнав и освоив принцип работы теплового насоса, можно подумать и принять решение о целесообразности его установки и использования. Первоначальные затраты, которые могут показаться очень масштабными, в скором времени окупятся и начнут приносить своеобразную прибыль в виде экономии на классическом топливе.

особенности устройства и принцип работы, виды и схема подключения оборудования

Первые теплонасосы создали более полувека назад, сейчас их изготовление переросло в отдельную отрасль. Во всем мире работают сотни производителей тепловых насосов, предлагающих огромное количество разных моделей с большим набором различных функций. Сегодня теплонасосы — основной способ отопления в европейских странах. Это обусловлено множеством преимуществ этого оборудования.

Принцип действия

Принцип действия теплонасосов простой. В основе работы находится способность хладагента поглощать или передавать тепло с учетом изменения своего агрегатного состояния. По сути, термонасосы практически не отличаются от холодильных установок.

Схематично теплонасос можно представить в виде системы, которая имеет три контура:

• В первом контуре расположен тепловой носитель, который переносит энергию от источника низкопотенциального тепла.
• В следующем циркулирует хладагент. Он может испаряться, забирая тепловую энергию из первого контура, или заново конденсироваться, передавая тепло третьему контуру.
• В последнем контуре циркулирует теплоприемник (обычно вода), который переносит тепло по батареям для отапливания дома.

То есть жидкий фреон поступает в испаритель, в котором преобразуется в газообразное состояние. Требуемая энергия для прохождения этого процесса забирается у теплового носителя, который циркулирует по первому контуру. Затем нагретый на 2−3 градуса газообразный фреон поступает в компрессор, основное предназначение которого — сжатие газа.

Давление газа увеличивается, причем он сильно нагревается (на входе температура может составлять 7−12C, а на выходе более 50C). Далее горячий газ переходит в конденсатор и передает тепло отопительной системе, переходя при этом в жидкое состояние. После лишнее давление сбрасывается спусковым клапаном, и цикл повторяется.

Основные виды

Тепловая энергия, которая расходуется на отопление загородного дома и для подачи горячего водоснабжения, это результат преобразования энергии из внешней среды при помощи термонасоса. Помпа концентрирует эту низкотемпературную энергию и переносит ее по отопительной системе.

Чаще всего бытовые насосы используют тепло солнечного освещения или тепло поверхности Земли, которое скапливается в верхних частях земной коры или подземных водах на протяжении года. То есть по конструкции все теплонасосы можно разделить на воздушные, водяные и грунтовые.

Грунтовые помпы

Этот вид насосного оборудования получает тепло от грунта. Температура земли на глубине более 3 м почти не подвергается сезонным перепадам. По замкнутому контуру труб, устроенным в грунте, циркулирует этанол или антифриз. Трубопровод теплообменника можно прокладывать в грунте горизонтальным или вертикальным способом.

Трубы при горизонтальной системе нужно установить в землю ниже промерзания грунта (чаще всего это 1,6−2,1 м). Теплообменник этого типа занимает значительную площадь. Так, для отопления дома в 100 м² требуется примерно 10−20 м² земли.

На участке, который занят коллектором, можно высаживать только те растения, у которых корневая система не уходит в грунт очень глубоко, также запрещается сооружать какие-то капитальные постройки.

При устройстве вертикального теплообменника трубы устанавливают перпендикулярно уровню земли и погружают в грунт примерно на 150−220 м. Число монтируемых зондов будет зависеть от мощности обогревательной системы. То есть для отопления дома 100 м² потребуется 2 зонда длиной примерно 90 м, находящихся друг от друга с интервалом 4−6 м.

Для установки этого теплообменника не потребуется много места, можно сделать скважины на любом участке, где это возможно. Основной недостаток вертикальных систем — дорогая стоимость бурения глубоких скважин.

Водяное оборудование

Этот вид помп «забирает» энергию у подземных вод. Такой тепловий насос характеризуется высокой эффективностью и хорошей стабильностью. Это обусловлено отличной теплоотдачей внутри системы и постоянным термальным режимом подземных вод.

Естественно, требуется чтобы на территории участка находился в большом количестве этот водоносный слой (желательно не глубже 35−45 м). Также условием установки водяного оборудования является минимальное содержание в подземных водах железа и солевых примесей.

Наличие условий является основной причиной того, что такие теплонасосы, невзирая на их привлекательность, монтируются редко (примерно 6−7% от общего количества).

Воздушные агрегаты

В плане простоты установки воздушный тепловой насос для отопления дома имеет значительное преимущество, в отличие от своих аналогов. Для использования воздуха в качестве источника теплой энергии не потребуется бурить скважины либо выполнять иные масштабные земельные работы. То есть воздушная помпа в установке обходится намного дешевле, чем другие два вида насосов.

Невзирая на это огромное преимущество у воздушного оборудования существует один серьезный недостаток. Эта помпа может эффективно работать только при температуре воздуха выше -17C. Снижение температуры ниже установленной границы, что зимой часто случается во многих регионах, приводит к значительному уменьшению коэффициента эффективности этого оборудования.

Коэффициент трансформации

Коэффициент трансформации (эффективности) — это соотношение выработанной помпой тепла с учетом затраченного электричества (то есть КПД термонасоса). У разных видов насосов этот коэффициент отличается:

• В случае водяного оборудования коэффициент равняется 5 независимо от сезона. Это обозначает, что во время потребления 1 кВт/ч электричества система выдает 5 кВт/ч тепловой энергии.
• У грунтовых помп коэффициент меньше — 4,1−4,5.
• Самый низкий коэффициент у воздушных насосов, причем эффективность значительно зависит от температуры воздуха. Так при 0C размер коэффициента равняется примерно 3,6, а при -17C он не более 1,6.

При выборе теплового насоса для отопления это один из важных параметров, на который непременно нужно обратить внимание.

Использование с учетом климата

Воздушный тепловой насос для дома подходит для использования только в ограниченном количестве регионов, то есть в тех местах, в которых температура воздуха в зимнее время практически не опускается ниже нуля градусов. Естественно, для жителей Сибири, Крайнего Севера, Дальнего Востока это оборудование не подходит.

Для установки водяных термонасосов существует множество ограничений. Но основная особенность заключается в том, что больше половины территории государства расположена в зоне вечной мерзлоты. Поэтому даже если и есть на участке этот водоносный слой, находящийся не очень глубоко, то все равно эти подземные воды полностью замерзли и имеют форму льда, соответственно, не подходят для отопительных систем.

Так, многим владельцам коттеджей нужно рассчитывать только на грунтовый теплонасос. Причем в условиях многих климатических регионов лучше всего подходит система с вертикальным коллектором, которая позволяет пробурить скважину до глубины, где температура относительно стабильна.

Применение для охладительных систем

Большим преимуществом термонасосов является то, что это оборудование может не только отапливать здание, но и охлаждать помещение.

Конструктивное решение возможности охлаждения зачастую интегрировано в теплонасос изначально, на этапе производства, и почти у всех изготовителей существую модели насосов, которые умеют кондиционировать дом (функция Natural Cooling).

Если насосное оборудование не имеет эту возможность, то его можно переделать. Для этого дополнительно потребуется смонтировать гидравлическую развязку, которая устанавливается вне насоса. Этот вариант не потребуют значительных капиталовложений.

Подавать генерируемый холод в здание можно различными способами. Такую функцию можно возложить на охлаждающие панели, устанавливаемые на поверхности стен, «холодный» теплый пол, отопительные радиаторы или фанкойл — агрегат, где в корпусе находится обдуваемый с помощью вентилятора теплообменник.

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.

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.

Особенности выбора

Теплонасос — это устройство технически сложное и довольно дорогостоящее, потому подходить к приобретению этого оборудования нужно очень тщательно. Существует ряд рекомендаций, которые смогут в этом помочь:

1. Не стоит приступать к выбору теплонасоса без предварительного выполнения расчетов и разработки проектной документации. Не соблюдение этого правила может являться причиной серьезных ошибок, и исправить их можно будет только с помощью значительных дополнительных материальных затрат.
2. Доверить разработку проекта, установку и гарантийное обслуживание термонасоса и отопительной системы следует лишь профессиональной компании. Для начала нужно проверить наличие всех требуемых документов строительной организации, портфолио уже установленных систем, сертификаты на реализуемое оборудования. Лучше всего чтобы полностью комплекс требуемых работ производила одна фирма, которая в этом случае несет всю ответственность за установленную отопительную систему.
3. Желательно выбирать теплонасос от европейского производителя. Отличие по стоимости при выборе российских или китайских устройств незначительное. Во время разработки сметы стоимости работ по установке, запуску и наладке всей отопительной системы разница в цене почти незаметна. Но европейское оборудование надежней в эксплуатации, так как завышенная стоимость насосного оборудования — это только результат использования качественных материалов и современных технологий.

Тенденции к увеличению цен на природный газ, а также дорогостоящее подключение к тепловым и электрическим сетям, безусловно, являются основными факторами, дающими толчок популяризации теплонасосов. Сегодня многие застройщики и хозяева частных владений прибегают к установке альтернативных отопительных систем. И их количество ежегодно увеличивается.

Загрузка…

принцип работы для отопления дома :: SYL.ru

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. Это весьма проблематично, так как работы по укладке должны проводиться на площади 25-50 квадратных метров. В случае с вертикальным расположением бурятся вертикальные скважины глубиной 50-150 метров. 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. Если пойти первым методом, то понадобится медный змеевик толщиной не менее 1мм, его помещают в корпус. Это может быть подходящий по габаритам бак. После монтажа бак сваривается, и делаются нужные резьбовые соединения.

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. Не лишним будет отметить, что в некоторых случаях подобное оборудование не оправдывает ожидания. Это обусловлено, в частности, неточными термодинамическими расчетами. 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.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы

На чтение 7 мин.

Под понятием тепловой насос подразумевается совокупность агрегатов, предназначенных для накопления энергии тепла от различных источников в окружающей среде и передача этой энергии потребителям.

Для примера, подобными источниками могут быть стояки канализации, отходы различных крупных производств, выделяемое при работе тепло от различных электростанций и т.д. В итоге, источником могут выступать различные среды и тела, имеющие температуру более одного градуса.

Задача теплового насоса — преобразовать естественную энергию воды, земли или воздуха в тепловую энергию для нужд потребителя. Так как данные виды энергии постоянно самовосстанавливаются, то можно считать их безграничным источником.

Тепловой насос для отопления дома принцип работы

Принцип работы теплового насоса для отопления

Принцип работы тепловых насосов основан на возможности тел и сред отдавать свою тепловую энергию другим таким же телам и средам. По этой особенности различают различные виды тепловых насосов, в которых обязательно присутствуют поставщик энергии и её получатель.

В названии насоса на первом месте указывается источник тепловой энергии, а на втором тип носителя, которому передаётся энергия.

Тепловой насос для отопления дома

В конструкции каждого теплового насоса отопления дома выделяют 4 основных элемента:

1. Компрессор, предназначенный для увеличения давления и температуры пара, возникающего вследствие кипения фреона.
2. Испаритель, представляющий из себя бак, в котором фреон из жидкого состояния переходит в газообразное.
3. В конденсаторе хладагент передаёт тепловую энергию внутреннему контуру.
4. Посредством дроссельного клапана регулируется количество хладагента, поступающего в испаритель.

Отопление тепловым насосом воздух воздух.

Тип теплового насоса воздух воздух обозначает, что тепловая энергия будет браться из внешней среды (атмосферы) и передаваться носителю, так же воздуху.

Тепловой насос воздух воздух: принцип работы

Принцип действия данной системы основан на следующем физическом явлении: среда в жидком состоянии, испаряясь, понижает температуру поверхности, откуда происходит её рассеивание.

Для наглядности кратко рассмотрим схему работы морозильной камеры холодильника. Фреон, циркулирующий по трубкам холодильника, забирает тепло из холодильника и сам при этом нагревается. В последствие собранное им тепло передаётся во внешнюю среду (то есть в помещение в котором расположен холодильник). Затем хладагент, сжимаясь в компрессоре, снова остывает и круговорот продолжается. Воздушный тепловой насос работает по тому же принципу — забирает тепло из уличного воздуха и обогревает дом.

Конструкция агрегата состоит из следующих частей:

• Внешний блок насоса представляют компрессор, испаритель с вентилятором и расширительный клапан.
• Теплоизолированные медные трубки служат для циркуляции фреона
• Конденсатор, с расположенным на нём вентилятором. Служит для рассеивания уже нагретого воздуха по площади помещений.

Отопление тепловым насосом воздух воздух

При работе воздушного теплового насоса при обогреве дома в определённом порядке происходят следующие процессы:

• Посредством вентилятора воздух с улицы втягивается в устройство и проходит через внешний испаритель. Фреон, совершающий круговорот в системе, собирает всю энергию тепла из уличного воздуха. В следствие этого из жидкого состояния он переходит в газообразное.
• В дальнейшем газообразный фреон сжимается в конденсаторе и переходит во внутренний блок.
• Затем газ переходит в жидкое состояние, при этом отдавая накопленное тепло воздуху комнаты. Этот процесс происходит в конденсаторе расположенном в помещении.
• Переизбыток давления уходит через расширительный клапан, а фреон в жидком состоянии уходит на новый круг.

Фреон постоянно будет забирать тепловую энергию из уличного воздуха, так как его температура всегда будет меньше. Исключением является тот случай, когда на улице сильные морозы. В таких условиях эффективность теплового насоса будет уменьшаться.

Для повышения мощности агрегата максимально увеличивают поверхности конденсатора и испарителя.

Как и у каждого сложного прибора у воздушного теплового насоса есть свои плюсы и минусы. Из плюсов стоит выделить:

1. В зависимости от потребности агрегат может повышать или понижать температуру обогрева дома.
2. Насос данного типа не засоряет окружающую среду вредными продуктами сгорания топлива.
3. Устройство легко устанавливается.
4. Воздушный насос абсолютно безопасен в плане возникновения пожара.
5. Коэффициент отдачи тепла насосом очень высок по сравнению с энергозатратами (на 1 кВт затраченной электроэнергии приходится от 4 до 5 кВт выделяемого тепла)
6. Отличаются доступной ценой.
7. Устройство удобно при использовании.
8. Система управляется автоматически.

Из минусов воздушной системы стоит упомянуть:

1. Небольшой шум, создаваемый при работе устройства.
2. Эффективность прибора зависит от температуры окружающей среды.
3. При низких уличных температурах возрастает потребление электричества. (ниже -10 градусов)
4. Система целиком зависит от наличия электричества. Проблема может быть решена установкой автономного генератора.
5. Воздушным насосом нельзя нагреть воду.

В целом приборы класса воздух-воздух идеально подойдут для обогрева деревянных домов, у которых, вследствие особенности материала, снижены естественные потери тепла.

Перед выбором воздушного насоса стоит выяснить следующие ключевые моменты:

• Показатель теплоизоляции помещений.
• Квадратуру всех комнат
• Число людей, живущих в частном доме
• Условия климата

В большинстве случаев на 10 кв. м. помещения должно приходится около 0,7 кВт мощности устройства.

Тепловые насосы для отопления дома вода вода.

При обустройстве отопительной системы в частном доме хорошо подойдут системы класса вода-вода. Помимо этого они смогут обеспечить жилище горячей водой. В качестве источников природного тепла подойдут различные водоёмы, подземные воды и т.д.

Обзор тепловых насосов для отопления

Тепловой насос — хорошая альтернатива традиционному отоплению частного дома. Прибор, используемый в течение 30 лет в странах Запада, в России еще является новинкой. Препятствием для его широкого использования являются два фактора: высокая стоимость и недостаток сведений о тепловых насосах, их преимуществах и принципах работы. Показателем практичности геотермальной системы отопления служит ее популярность на Западе. Так, тепловыми насосами в Швеции и Норвегии отапливаются около 95% домов. Предлагаем вам подробнее ознакомиться с устройством и принципами работы этого теплового оборудования, за которым, непременно, будущее.

Что такое тепловой насос?

Тепловой насос — прибор, поглощающий из окружающей среды (вода, земля, воздух) низко потенциальную тепловую энергию и передающий ее в системы теплоснабжения с более высокой температурой.

Природа вокруг нас пропитана энергией. Даже мороз обладает теплом. Энергию невозможно извлечь из окружающей среды только при температуре -273 °С. Поэтому даже в самую лютую зиму загородный дом может отапливаться за счет энергии, полученной от природы.

В зависимости от источника энергии (вода, земля, воздух), происходит модификация тепловых насосов. Однако наиболее практичным и испытанным является геотермальный тепловой насос, применяющий энергию грунта. Он идеально подходит для российских условий.

Геотермальное отопление работает по одному из трех направлений:

1. Сквозь специальную трубу, установленную в скважине, грунтовые воды извлекаются на поверхность земли. Они имеют определенную температуру. Проходя через теплообменник, вода передает свое тепло, за счет которого совершается прогрев дома. Затем вода возвращается в грунт, ниже по течению.
2. В скважину глубиной примерно 75 — 100 метров опускается резервуар с антифризом, температура которого может повышаться от окружающего грунта. Тепловой насос разгоняет антифриз и пропускает его через теплообменник. За счет этого совершается отдача тепла.
3. В данном случае бурение скважины не предусматривается, однако дом должен находиться рядом с крупным водоемом. Специальная магистраль в виде зондов прокладывается по дну водоема. Таким образом происходит перекачивание воды и извлечение из нее тепла. Важный нюанс — достаточная глубина водоема, которая даже зимой под толщей льда позволит сохранять до 150 сантиметров свободной воды.

Использование геотермального отопления, как и любой системы теплоснабжения, позволит не только обогреть дом, но и обеспечить горячей водой, обогреть автостоянку или теплицу, нагреть воду в бассейне

Преимущества использования теплового насоса

• Экономичность. Благодаря высокому КПД системы достигается низкое энергопотребление. Из 1 кВт затраченной электроэнергии получается от 3 до 7 кВт тепловой энергии. Это больше, чем при работе любых котлов, использующих топливо.
• Автономность. Работа насоса не нуждается в подаче органического топлива, поэтому нет необходимости прокладывать тепловые коммуникации.
• Универсальность. В одном устройстве сочетаются одновременно системы нагрева воды, отопления и охлаждения.
• Безопасность. В отличие от котлов, которые могут воспламениться или взорваться, тепловой насос является абсолютно безопасным. Он не содержит деталей, температура которых может привести к пожару. Не выделяет угарный ядовитый газ. Остановка работы не приведет к поломке или замораживанию жидкости.
• Надежность. Работой насоса управляет автоматика. Обслуживание не требует специального обучения.
• Долговечность. Прибор может прослужить от 20 до 50 лет. Это на порядок больше, чем у стандартных систем отопления.
• Комфорт. Функционирование насоса не сопровождается колебанием температуры и влажности. Работает практически бесшумно.
• Минимум площади требуется под скважину. Так как зонд находится под землей, повредить его невозможно.
• Экологичность. Окружающая среда не загрязняется вредными выбросами.
• Отсутствие бумажной волокиты. При монтаже не нужны согласования, как, например, при установке газового отопления.

Принцип работы теплового насоса

Работу теплового насоса можно сравнить с работой обычного холодильника. Только вместо холода аппарат вырабатывает тепло. Веществом, передающим энергию, является фреон — газ или жидкость с низкой температурой кипения. При испарении он поглощает тепло, а при конденсации — отдает его.

Тепловой насос — главный элемент системы. Его размеры не превышают габаритов средней стиральной машины, что облегчает установку прибора. Сам насос включается в два контура: внутренний и внешний.

Внутренний контур состоит из системы теплоснабжения дома (трубы и радиаторы).Внешний контур находится в воде или под землей. Он включает в себя коллектор-теплообменник и трубы, связывающие коллектор с насосом.

Тепловые насосы комплектуются различными дополнительными устройствами. Это могут быть:

• коммуникационное устройство для управления системой через персональный компьютер или мобильный телефон;
• блок охлаждения для локальной или центральной системы охлаждения;
• дополнительный насосный блок может потребоваться для отопления полов;
• циркуляционный насос необходим для циркуляции горячей воды;

Процесс работы насоса состоит из нескольких этапов:

1. Незамерзающая смесь подается в коллектор. Происходит поглощение тепловой энергии и транспортировка ее к насосу.
2. В испарителе энергия передается фреону, где он нагревается до 8 °C, закипает и превращению в пар.
3. При увеличении давления в компрессоре повышается температура. Она может достигать 70 °C.
4. Внутридомовая система отопления получает тепловую энергию через конденсатор. Фреон мгновенно охлаждается и переходит в жидкое состояние, отдавая при этом оставшееся тепло. Затем он идет обратно в коллектор. Так завершается цикл.
5. Далее работа повторяется по тому же принципу.

Наиболее эффективно тепловой насос функционирует при наличии в доме теплых полов. Тепло распределяется по всей площади пола равномерно. При этом отсутствуют зоны перегрева. Теплоноситель в системе редко нагревается больше 35 °C, а отопление путем нагрева полов считается наиболее комфортным при 33 °C. Это меньше на 2 °C чем при отоплении радиаторами. Отсюда возникает экономия до 18% в год от всего отопительного бюджета. Кроме того, считается, что отопление на уровне пола наиболее комфортно для проживания человека.

Система отопления может быть моновалентной и бивалентной. У моновалентных систем один источник отопления. Он полностью отвечает круглогодичной потребности в тепле. У бивалентных, соответственно, — два источника.

Отопление дома в зимний период

На территории с более суровыми климатическими условиями актуально использование бивалентной системы отопления. За счет второго источника тепла расширяется диапазон температур. Работы одного теплового насоса достаточно только до уровня температуры -20 °С. При большем ее понижении подключаются электрообогреватель, камин, жидкотопливный или газовый котел. При этом мощность теплового насоса ограничивается от максимальной зимней потребности до 70 — 80%. Недостающие 20 — 30% дает дополнительный источник тепла. Это снижает общую эффективность работы системы. Однако снижение является незначительным.

При полном переходе на отопление здания геотермальной системой (в случае, когда не планируется устанавливать дополнительно котел или электроприбор) тепловой насос применяется совместно с внутренним модулем, содержащим небольшой встроенный электронагреватель. Он поддержит прибор, когда температура окружающей среды будет ниже -20 °С.

В каких случаях использование теплового насоса является обоснованным?

Вопрос отопления загородного дома предполагает рассмотрение нескольких вариантов:

• Газ. При отсутствии рядом с домом газопровода это становится невозможным. В ряде регионов купить газ можно только в баллонах.
• Уголь или дрова. С ними отопление превращается в трудоемкий и малоэффективный процесс.
• Жидкотопливный котел требует больших расходов на топливо и специального помещения. Особое хранение необходимо и самому топливу, что неудобно в небольшом доме.
• Отопление электричеством обходится очень дорого.

В таком случае на помощь приходит геотермальная система отопления. Ее используют даже там, где доступен газ. Установка теплового насоса дороже установки оборудования для отопления газом. Однако, газ в дальнейшем придется оплачивать постоянно, в отличие от энергии, взятой из окружающей среды.

Окупаемость теплового насоса сложно выразить в усредненном числовом значении. Все зависит от его начальной стоимости. Суть установки такого отопления сводится к перспективе. Хотя количество потребляемой электроэнергии — в 3−5 раз меньше, чем у других систем отопления, все же необходимо подсчитать в денежном эквиваленте все энергозатраты за год и сравнить их со стоимостью системы, ее монтажа и эксплуатации.

Достигнуть максимальной эффективности применения теплового насоса можно при соблюдении двух важных условий:

• Отапливаемое здание должно быть утепленным, а показатель теплопотерь не должен превышать 100 Вт/м2. Существует прямая связь между тем, как утеплен дом и тем, насколько выгодно будет установка теплонасоса.
• Подключение теплового насоса к низкотемпературным источникам обогрева (конвекторам, теплым полам), температурный режим которых колеблется между 30 — 40 °C.

Итак, тепловой насос станет неплохой альтернативой традиционным способам отопления. Прибор гарантирует экономичность и полную безопасность. Владельцу, после установки геотермальной системы отопления, не придется зависеть от различных внешних факторов, как, например, перебои с газоснабжением или вызовом сервисной службы. Энергия, взятая из окружающей среды, не требует оплаты и не исчерпывается.

В соответствии с прогнозами Мирового комитета по энергетике в 2020 г. геотермальные насосы составят три четверти всего отопительного оборудования.

Практика применения тепловых насосов: видео

Оцените статью: Поделитесь с друзьями!

Тепловой насос для отопления дома. Принцип работы

В условиях растущих цен на топливо многие задумываются о снижении расходов. Учёные ломают голову над получением дешёвой энергии и максимальном использовании сил природы. Именно на простых законах физики и использовании природных стихий построен принцип действия теплового насоса.

Содержание статьи

Понятие теплового насоса и принцип его работы

Если сильно упростить структуру насоса, производящего тепло, то получится работа холодильника или кондиционера, но в более глобальном масштабе. Такая тепловая установка не требует топливного котла. Её нужно правильно смонтировать и подключить к источнику электропитания. Это вовсе не обозначает, что насос отапливает дом электричеством — киловатты тратятся на функционирование системы.

Устройство насоса

Принцип действия теплового насоса не особо отличается от выбранного вида — тепло забирается во внешней среде и передаётся в дом. Такие установки имеют всего три главных компонента:

• Зонд, собирающий тепло.
• Сам тепловой насос, включая компрессор.
• Система отопления здания с теплообменной камерой.

Первый и последний пункт теплонасосной установки — это трубы и радиаторы. Теплообменный зонд представляет собой большой горизонтальный змеевик, вертикальные трубы или открытый забор воды из естественного водоёма. Суть системы заключается в самом насосе. В нём 6 составляющих:

• капилляр;
• хладагент;
• компрессор;
• испаритель;
• конденсатор;
• терморегулятор.

Принцип работы теплового насоса

Такая установка условно «отбирает» тепло у природных носителей и передаёт их с систему отопления. По такому же принципу работает обычный холодильник — он забирает «лишние» градусы из морозильной камеры и выводит их на воздушный теплообменник на задней стенке. Хотя это лишь один из видов обмена тепловой энергии, связанный с воздухом, есть и другие виды.

Вернуться к содержанию
 

Разновидности тепловых насосов

Общий принцип теплонасосных установок заключается в обмене температур между носителями. Тепло первичного источника передаётся системе отопления без использования топлива. Эти источники можно поделить на 3 группы:

• геотермальные;
• аэротермические;
• гидротермальные.

Это три разных стихии — воздух, вода и земля. Именно от этих природных носителей тепловой энергии происходит отопление дома. Помимо отличий в «стихии» установки отличаются и типом монтажа. Они делятся на 2 вида:

• Открытого типа.
• Закрытых разновидностей.

Контур геотермального теплового насоса

Каждый из видов теплонасосных установок имеет свои плюсы и минусы. В ряде случаев из-за особенностей монтажа определённые разновидности просто невозможны в конкретном месте. Другие нерентабельны или низкоэффективны в определённых регионах, хотя в других местах они наиболее выгодны.
Вернуться к содержанию
 

Достоинства и недостатки насосов разных видов

Наиболее простой и быстромонтируемый вид теплоустановки — это аэротермический. Теплообмен происходит с воздухом, не требуя монтажа большого количества оборудования. Плюсами являются:

• лёгкость установки без труб и радиаторов;
• безопасность и экологичность эксплуатации;
• возможность использования в летнее время для охлаждения.

Минусами этого типа установок признана её неэффективность в холодных регионах. Уже при 0 градусов Цельсия аэротермическая установка работает с 50% мощностью. При падении температуры до минус 20 С использование воздушного насоса становится нерентабельным. Эта установка не подходит для регионов с сильными морозами, также её монтаж будет не рентабельным в местах с частым безветрием.

Насос вода-вода требует более сложного монтажа и соблюдения обязательного условия — на участке должен быть водоём, непромерзающий зимой до самого дна. Это является недостатком такой установки, в ряде случаев её просто невозможно смонтировать. Преимуществами этой системы являются высокая эффективность, возможность эксплуатации в морозы и более низкая стоимость установки относительно геотермальной.

Схема теплового насоса вода-вода

Установка грунт-вода, использующая в качестве теплоносителя землю, одна из самых сложных в монтаже. Это один из недостатков установки, вне зависимости от горизонтального или вертикального расположения зонда. Помимо этого к минусам можно отнести невозможность использования земли для с/х нужд при горизонтальном змеевике и невозможность самостоятельной установки при вертикальном расположении.

Список плюсов значительно шире:

• длительный срок работы при разовых вложениях;
• максимальная эффективность при любой погоде;
• эксплуатация и на охлаждение, и на обогрев здания;
• возможность использования в регионах с сильными морозами.

Теплонасосные установки уверенно завоёвывают внимание владельцев частных домов и компаний, имеющих малоэтажные строения. Этот вид отопления позволяет серьёзно снизить расходы на обогрев, снижая стоимость эксплуатации жилых и офисных зданий. Почти все виды установок возможно смонтировать самостоятельно, не прибегая к услугам специалистов. Для этого достаточно лишь приобрести сам насос и расходные материалы, а также ознакомится с особенностями монтажа.
Вернуться к содержанию
 

Особенности монтажа теплового насоса

Почти все теплонасосные установки допускают возможность самостоятельного монтажа. Возможность самому установить насос при вертикальном расположении зонда исключена — требуется бурение скважины на глубину не менее 100 метров. Во всех остальных случаях достаточно соблюсти простые требования.

Монтаж теплового насоса – это трудозатратное дело

Минимальные требования

Система вода-вода не может функционировать без поверхностного водоёма в шаговой доступности при самостоятельной установке. Возможен монтаж силами профессионалов вертикальной системы, если есть источник подземных вод.

Горизонтальный грунтовой насос требует наличия свободного участка земли, незанятой под огород, сад и не имеющей тяжёлых строений. При этом его площадь должна в 2─4 раза превышать размер земли, занятой отапливаемым строением. Система вода-воздух или воздух-воздух требует хотя бы минимальной ветрености и должна быть установлена не более, чем в 20 метрах от здания.

Устройство теплового насоса требует наличия обязательного источника электропитания. При невозможности подключения насоса к стационарному электроснабжению допускается использование бензинового или дизельного генератора.
Вернуться к содержанию
 

Монтаж воздушного теплового насоса

По сути, эта система представляет собой большой кондиционер в случае принципа воздух-воздух. В этом случае процесс монтажа прост — необходимо выбрать правильное месторасположение и обеспечить вход воздуховода в здание с обязательной установкой фильтров.

При выборе места установки воздухозаборников нужно учесть шум, производимый ими в работе. А также требуется обеспечить возможный отход конденсата для предотвращения обледенения. Воздушный теплонасос наиболее простой в монтаже.
Вернуться к содержанию
 

Установка водяного горизонтального насоса

Сначала необходимо собрать геоконтур из обычных полимерных труб необходимо при помощи грузил опустить на дно водоёма вместе с испарителем. Допустима установка в водоёмах со сточными или промышленными водами, не повреждающими полимер.

Теплообменник водяного горизонтального теплового насоса

Этот способ более простой, чем монтаж системы вода-грунт, но не всегда возможен из-за отсутствия водоёма. По стоимости оборудования и проводимых работ он входит в ту же ценовую категорию, что и воздушный насос, но имеет более высокий уровень КПД.
Вернуться к содержанию
 

Монтаж горизонтального насоса грунт-вода

Эта система наиболее популярна в частном секторе. Она понятна для самостоятельного монтажа, но требует большого объёма земляных работ. Возможно простое «U-образное» расположение труб под землёй на большое расстояние или же монтаж змеевидной системы на ограниченном участке.

Необходимо учесть, что для получения 1 кВт тепловой энергии требуется 50 кв. м. коллекторов. При змеевидном расположении труб они должны быть удалены друг от друга на расстояние в 0,7─1 м. КПД горизонтальной системы при правильном монтаже достигает 3─5 кВт тепловой энергии на один потраченный киловатт электричества.
Вернуться к содержанию
 

Вертикальные насосные установки

Самостоятельно смонтировать вертикальный насос невозможно — требуется бурение на глубину не менее 100 м. Для начала необходимо оплатить и получить разрешение на скважину. Такие теплонасосные установки наиболее дорогие, но максимально эффективные.

При монтаже вертикальной системы вода-вода открытого типа с использованием подземных водоёмов возможны дополнительные бонусы. Эта система позволяет одновременно обеспечить здание автономными источниками питьевой воды.

Вернуться к содержанию
 

Нюансы расчётов при установке теплового насоса

Поняв, как работает тепловой насос, необходимо правильно рассчитать его мощность. Расчёт теплового насоса кажется простым только на первый взгляд. Лучше всего доверить эту работу специалистам, особенно если здание находиться в регионе с холодным климатом.

Грунтовый теплообменник вертикального теплового насоса

При самостоятельных расчётах применяется формула с такими данными:

• R — теплопотери здания;
• V — объёмы дома в м³;
• T — максимальный перепад температур дом-улица;
• k — коэффициент теплопроводности здания (СНиП).

Сама формула выглядит так: R=k*V*T. Единицей измерения результата умножения являются ккал. Для перевода их в кВт необходимо произвести деление на 860. Полученный результат покажет максимально необходимую мощность насоса.
Вернуться к содержанию
 

Случаи низкой рентабельности насоса

Неправильные расчёты могут привести к недостаточной мощности. В тёплых областях это приведёт к монтажу излишне мощной системы, но в морозных регионах не позволит качественно отапливать здание.

Выше сказано, что воздушный насос неэффективен при морозах в минус 20 С. На самом деле сейчас уже существуют модели, способные функционировать при температуре в минус 32 С, оставаясь рентабельными. Пока такие системы реализуются по очень высокой стоимости и их эксплуатация обоснована только при невозможности выбора другого вида отопления.

А также необоснованные затраты будут при монтаже вертикальных систем в тёплых регионах. Их применение будет обоснованным только в очень жарком климате в случае эксплуатации с целью охлаждения при выборе реверсивных моделей насосов. Монтаж вертикальных систем в тёплых регионах для отопления нерентабелен — окупаемость установки с 5─7 возрастёт до 15─20 лет.

Если теплонасосная установка уже запланирована на этапе строительства дома, то стоит заранее рассчитать монтаж системы тёплых полов. Это наиболее выгодная система отопления с использованием тепловых насосов. Подключение к действующей радиаторной системе также эффективно, но менее рентабельно.

Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию

Эксплуатация и обслуживание теплового насоса

Вы здесь

Регулярная замена фильтров — важная часть обслуживания системы теплового насоса.| Фото любезно предоставлено © iStockphoto / BanksPhotos

Правильная эксплуатация теплового насоса позволит сэкономить энергию. Не отключайте термостат теплового насоса, если он вызывает включение резервного нагрева — системы резервного отопления обычно дороже в эксплуатации. Непрерывная работа вентилятора внутреннего блока может снизить производительность теплового насоса, если в вашей системе не используется высокоэффективный двигатель вентилятора с регулируемой скоростью.Включите систему в автоматическом режиме вентилятора на термостате. Рассмотрите возможность установки (или профессиональной установки) программируемого термостата с многоступенчатыми функциями, подходящего для теплового насоса.

Как и все системы отопления и охлаждения, правильное обслуживание является ключом к эффективной работе. Разница между энергопотреблением исправного теплового насоса и сильно запущенного составляет от 10% до 25%.

Очищайте или меняйте фильтры раз в месяц или по мере необходимости и обслуживайте систему в соответствии с инструкциями производителя.Грязные фильтры, змеевики и вентиляторы уменьшают поток воздуха через систему. Снижение воздушного потока снижает производительность системы и может повредить компрессор вашей системы. Очищайте наружные змеевики всякий раз, когда они кажутся грязными; время от времени отключайте вентилятор и чистите его; удалите растительность и беспорядок вокруг наружного блока. Очистите регистры подачи и возврата в вашем доме и выпрямите их плавники, если они согнуты.

У вас также должен быть профессиональный технический специалист для обслуживания теплового насоса не реже одного раза в год.Техник может сделать следующее:

• Проверить воздуховоды, фильтры, нагнетатель и внутренний змеевик на предмет грязи и других препятствий
• Диагностировать и закрыть утечку в воздуховоде
• Проверить адекватный воздушный поток путем измерения
• Проверить правильность заправки хладагента путем измерения
• Проверить на наличие утечек хладагента
• Осмотрите электрические клеммы и, при необходимости, очистите и затяните соединения, а также нанесите непроводящее покрытие
• Смажьте двигатели и проверьте ремни на герметичность и износ
• Проверьте правильность электрического управления, убедившись, что нагрев заблокирован, когда термостат требует охлаждения и наоборот.
• Проверить правильность работы термостата.

Эксплуатация и обслуживание теплового насоса

,

Абсорбционные тепловые насосы | Департамент энергетики

Абсорбционные тепловые насосы — это, по сути, тепловые насосы с воздушным источником тепла, приводимые в действие не электричеством, а такими источниками тепла, как природный газ, пропан, вода, нагреваемая солнечными батареями, или вода, нагреваемая геотермальной энергией. Поскольку природный газ является наиболее распространенным источником тепла для абсорбционных тепловых насосов, их также называют тепловыми насосами, работающими на газе. Существуют также абсорбционные (или газовые) охладители, работающие по тому же принципу. Однако, в отличие от некоторых абсорбционных тепловых насосов, они не являются реверсивными и не могут служить источником тепла.

В бытовых абсорбционных тепловых насосах используется цикл абсорбции аммиак-вода для обогрева и охлаждения. Как и в стандартном тепловом насосе, хладагент (в данном случае аммиак) конденсируется в одном змеевике для выделения тепла; затем его давление снижается, и хладагент испаряется, поглощая тепло. Если система поглощает тепло из внутренних помещений вашего дома, она обеспечивает охлаждение; если он передает тепло внутрь вашего дома, он обеспечивает отопление.

Отличие абсорбционных тепловых насосов состоит в том, что испарившийся аммиак не накачивается под давлением в компрессоре, а вместо этого абсорбируется водой.Насос с относительно малой мощностью может перекачивать раствор до более высокого давления. Тогда проблема состоит в том, чтобы удалить аммиак из воды, и именно здесь появляется источник тепла. Тепло, по сути, выкипает аммиак из воды, начиная цикл снова.

Ключевым компонентом агрегатов, представленных сейчас на рынке, является технология абсорбционного теплообменника генератора, или GAX, которая повышает эффективность агрегата за счет рекуперации тепла, выделяемого при поглощении аммиака водой.Другие инновации включают высокоэффективное отделение пара, регулируемый расход аммиака и сжигание природного газа с переменной производительностью и низким уровнем выбросов.

Хотя абсорбционные охладители используются в основном в промышленных или коммерческих условиях, сейчас они коммерчески доступны для больших жилых домов, а абсорбционные тепловые насосы находятся в стадии разработки. Доступные в настоящее время 5-тонные охладители для жилых помещений подходят только для домов площадью 4000 квадратных футов и более.

Абсорбционные охладители и тепловые насосы обычно имеют смысл только в домах без источника электроэнергии, но у них есть дополнительное преимущество в том, что они могут использовать любой источник тепла, включая солнечную энергию, геотермальную горячую воду или другие источники тепла.Также они подходят для зонированных систем, в которых в разных частях дома поддерживается разная температура.

Эффективность абсорбционных воздухоохладителей и тепловых насосов определяется их коэффициентом полезного действия (COP). COP — это отношение либо отведенного тепла (для охлаждения), либо отведенного тепла (для обогрева) в британских тепловых единицах на британские тепловые единицы вложенной энергии.

.

тепловых насосов в Великобритании: типы, цены, поставщики (2020)

Почему тепловые насосы — эффективное решение для вашего дома?

С ростом популярности возобновляемых источников энергии, тепловые насосы стали эффективными альтернативами ископаемому топливу , и они могут значительно сократить ваши счета за коммунальные услуги или, что еще лучше, заставить вас зарабатывать деньги через RHI для тепловых насосов.

Проще говоря, тепловой насос — это устройство , которое передает тепло от источника (например, тепло почвы в саду) в другое место (например, в систему горячего водоснабжения в доме).Для этого тепловые насосы, в отличие от бойлеров, потребляют небольшое количество электроэнергии, но они часто достигают КПД 200-600% , поскольку количество произведенного тепла заметно выше, чем потребляемая энергия.

При рассмотрении вопроса о покупке теплового насоса необходимо учитывать множество факторов, таких как местоположение вашего дома и то, хотите ли вы, чтобы они нагревали горячую воду или обеспечивали отопление . Другие аспекты, такие как поставщик теплового насоса и ваш бюджет, также влияют на тип системы: источник воздуха, источник грунта или источник воды.

Если это звучит для вас интересно, но вы чувствуете себя ошеломленным, мы будем рады вам помочь. Читайте дальше, чтобы узнать больше о различных типах, или заполните контактную форму выше, и мы предоставим вам до 4 предложений на тепловые насосы, которые лучше всего подходят для вашего дома. Эта услуга бесплатно и без каких-либо обязательств .

Затраты на тепловой насос и финансовые выгоды в Великобритании

Тепловые насосы — это недешевое вложение для вашего дома в краткосрочной перспективе, но они имеют множество долгосрочных преимуществ.Эксплуатационные расходы тепловых насосов довольно низкие , особенно по сравнению с различными электрическими, масляными и баллонными газовыми котлами.

Более того, вы не только месяц за месяцем экономите на счетах за электроэнергию, но и такие устойчивые решения также получают финансовую поддержку со стороны правительства Великобритании. Если вы подадите заявку на так называемую программу поощрения за возобновляемое тепло (RHI), вам будут платить за каждую единицу энергии, произведенной в общей сложности в течение 7 лет.

Ваш выбор теплового насоса зависит не только от вашей собственности, но и от вашего бюджета может также повлиять на ваше решение.Некоторые типы дешевле, чем другие, и выплаты RHI также различаются, как показано в таблице ниже.

* Указанные тарифы RHI определены Ofgem на период с 1 апреля 2019 г. по 31 марта 2020 г.

Заявление об ограничении ответственности: указанные выше диапазоны цен являются отражением объективных исследований, проведенных нашими поставщиками тепловых насосов. GreenMatch не может гарантировать, что это самые низкие цены, которые вы можете найти. Однако мы уверены, что вы получите удовольствие от покупки с помощью наших надежных сертифицированных установщиков тепловых насосов.

Какие плюсы и минусы тепловых насосов?

Тепловые насосы бесплатно извлекают тепло из почвы, окружающего воздуха или водоема. Затем это тепло передается для домашнего использования с помощью электрического компрессора. Однако этот компрессор потребляет значительно меньше энергии , чем бойлер. В результате тепловой насос обеспечивает почти бесплатное отопление вашего дома.

Преимущества

Хотя тепловые насосы могут быть значительными инвестициями для многих домохозяйств, их преимущества многочисленны:

• Правительство помогает домовладельцам, которые хотели бы использовать экологически безопасное решение для отопления, с помощью программы Renewable Heat Incentive (RHI), в рамках которой вы можете иметь право на получение оплаты за каждый кВтч произведенной энергии.
• Благодаря низким эксплуатационным расходам вы можете сэкономить до 1350 фунтов стерлингов в год с помощью тепловых насосов по сравнению с традиционными вариантами отопления. Следовательно, через годы ваши вложения возвращаются, и вы начинаете зарабатывать деньги.
• Они требуют небольшого обслуживания : все, что необходимо, — это ежегодный осмотр, который также может быть выполнен вами, и осмотр сертифицированным специалистом каждые 3-5 лет.
• Срок службы тепловых насосов составляет в среднем от 14 до 15 лет .Однако качественные устройства могут прослужить до 50 лет.
• Они не только лучше для окружающей среды благодаря низкому энергопотреблению, но они также делают ваш дом безопаснее , устраняя необходимость в газовых трубах и резервуарах для масла.
• И последнее, но не менее важное: многие тепловые насосы способны обратить вспять процесс сбора тепла, таким образом, обеспечивает охлаждение для вашего дома летом.

Недостатки

Однако тепловые насосы имеют и определенные недостатки:

• Авансовые расходы довольно высоки.Однако вы должны рассматривать это как вложение: благодаря низким эксплуатационным расходам и RHI тепловые насосы легко рентабельны в долгосрочной перспективе.
• Их может быть сложно установить — особенно грунтовые тепловые насосы, установка которых зависит от местной геологии, и ваш сад становится строительной площадкой.
• Тепловые насосы являются наиболее эффективными при использовании в сочетании с полами с подогревом или, альтернативно, с большими радиаторами.Если в вашем доме установлена ​​старая радиаторная система, замена излучателей тепла может оказаться дорогостоящей.
• Хладагент , используемый в трубопроводной системе, также вызывает проблемы с окружающей средой. Однако в обычных условиях специальная жидкость никогда не должна выходить из трубопровода.

Какие бывают типы тепловых насосов?

Существуют различные типы в зависимости от источника тепла и его использования в доме.Хотя в Великобритании все типы тепловых насосов стоят инвестиций, ваш выбор зависит от двух вещей:

1. Если вы хотите, чтобы тепло было извлечено из почвы (что требует выкопки вашего сада для прокладки труб под ним), из окружающего воздуха (который требует мало места, но вентилятор будет постоянно выделять небольшое количество шума), или из водоема (если он есть рядом с домом).
2. Если вы хотите, чтобы тепло использовалось для бытового горячего водоснабжения и обычного отопления с использованием радиаторов или полов, или вы предпочитаете обогрев дома с помощью вентиляции нагретым воздухом (аналогично тому, как кондиционер охлаждает комнату ).

Когда источником тепла является почва, мы говорим о тепловых насосах наземного источника . Точно так же те, которые используют окружающий воздух или водоем, называются тепловыми насосами , источник воздуха, и , источник воды, , соответственно. Эти общие термины затем могут быть разбиты в зависимости от области применения.

Подробнее о конкретных типах тепловых насосов см. Ниже:

Наземные тепловые насосы или геотермальные тепловые насосы в большинстве случаев используются для нагрева воды.С помощью дополнительных элементов системы можно использовать вентиляцию с подогревом воздуха с геотермальными системами, но гораздо чаще ее используют для обычных радиаторов и теплых полов.

Тепловые насосы как воздушного, так и водяного источников можно использовать для нагрева воды, а также воздуха в помещении в вашем доме. Когда используется для нагрева воды, мы имеем в виду тепловые насосы «воздух-вода» , и тепловые насосы «вода-вода». Системы водяного отопления и воздушного отопления называются тепловыми насосами типа «жидкость-воздух», которые являются своего рода специализированной продукцией.Вентиляцию горячим воздухом обычно обеспечивают тепловые насосы воздух-воздух . Последний также можно поменять местами и использовать для охлаждения вашего дома, однако он не соответствует требованиям RHI.

Что такое земной тепловой насос (GSHP)?

Существует множество систем геотермальных тепловых насосов. GSHP можно разделить на вертикальных и горизонтальных систем и открытых и закрытых -петлевых систем. Различные варианты влияют на цены на геотермальные тепловые насосы.

Системы с открытым контуром

Несмотря на то, что системы с открытым контуром называются тепловым насосом с грунтовым источником, они перекачивают грунтовые воды из глубины почвы, а затем, забирая из них тепло, воду перекачивают обратно. Такая система имеет более высокие эксплуатационные расходы, так как вам необходимо убедиться, что вода не пострадала, и необходимо соблюдать правила использования таких природных источников воды.

Системы с обратной связью

Системы тепловых насосов с замкнутым контуром и заземлением гораздо более распространены в Великобритании.Эти системы обеспечивают циркуляцию антифриза через закрытую пластмассовую полимерную трубку, закопанную в почву.

• Вертикальные наземные тепловые насосы: Для такой системы необходимо просверлить несколько отверстий в земле на расстоянии 5 метров друг от друга. Каждая яма имеет глубину 15–120 метров. На большей глубине температура значительно увеличивается, согревая незамерзающую жидкость. Затем эта жидкость возвращается через выходное отверстие, где нагревает хладагент, который остается в доме во второй системе.Главный недостаток системы — большие начальные вложения.

• Горизонтальные грунтовые тепловые насосы: Этот тип GSHP менее затратен, чем вертикальная система, так как он менее сложен. Чтобы установить горизонтальную геотермальную систему, земля должна быть выкопана чуть ниже линии промерзания . Затем спиральные трубы укладываются в землю, образуя спирали. Через систему проходит жидкость, которая нагревает хладагент во второй системе труб.Хотя эта система более доступна по цене, она требует больше места в саду и подвержена сезонным изменениям из-за меньшей глубины установки системы.

Радиальное или направленное бурение

Система с радиальным или направленным бурением — отличный вариант, когда невозможно изменить форму собственности. С помощью этой системы GSHP в земле просверливаются небольшие отверстия под углом , чтобы вставить трубы. Радиальное или направленное бурение позволяет установить систему GSHP без необходимости сносить сады, дворы, здания и т. Д.Стоимость системы находится где-то посередине между вертикальной и горизонтальной системами.

Что такое воздушный тепловой насос (ASHP)?

Тепловые насосы

с воздушным источником используют принципы сжатия пара для выработки тепла . Они используют наружный воздух для обогрева вашего дома. ASHP состоят из 4 основных элементов, которые позволяют хладагенту переходить из жидкой формы в газ: компрессор, конденсатор, расширительный клапан и испаритель.

Когда хладагент проходит через систему, он поглощает тепло из наружного воздуха.Затем компрессор увеличивает температуру за счет увеличения давления на . В конденсаторе это тепло с более высокой температурой передается в контуры отопления и горячего водоснабжения вашего дома. После этого среднетемпературная жидкость поступает в расширительный клапан, где при сбросе давления ее температура также падает. Наконец, охлажденная жидкость возвращается, чтобы поглотить больше тепла из воздуха и повторить процесс.

ASHP могут использоваться для нагрева воды для бытовых нужд, радиаторов и теплых полов.Такие системы называются тепловыми насосами воздух-вода (A2W). Если внезапно потребуется большое количество горячей воды, они также оснащены электрическим резистивным нагревательным элементом, который будет подавать дополнительную нагретую воду (однако с более низким КПД).

В качестве альтернативы можно использовать системы источника воздуха для нагрева и охлаждения воздуха в помещении с использованием тепловых насосов воздух-воздух (A2A). Они работают аналогично кондиционерам, но могут эффективно обогревать и охлаждать дом, что добавляет к списку преимуществ систем воздух-воздух.

Что такое тепловой насос с водяным источником (WSHP)?

Водяные тепловые насосы извлекают энергию из поверхностных вод . Хотя WSHP действительно эффективны, не все дома имеют поблизости достаточно большой водоем.

Системы с открытым контуром

Система WSHP с открытым контуром устанавливается в колодце или пруду. вода из пруда перекачивается по трубам ; как только тепло воды распространяется по системе и поглощается, оно возвращается обратно в пруд или пополняет колодец.

Системы с обратной связью

WSHP с замкнутым контуром может рассматривать любой, кто живет рядом с большим водоемом. Вода должна быть не менее 8 футов глубиной, чтобы избежать замерзания. WSHP с замкнутым контуром работают аналогично GSHP: специальная жидкость перекачивается через систему труб , проложенную в воде , которая забирает тепло воды и передает его компрессору для выработки полезного тепла. Системы с замкнутым контуром являются одним из наиболее эффективных вариантов, позволяющих снизить затраты на тепловые насосы, использующие воду.

Факторы, которые следует учитывать при покупке теплового насоса

Государственные программы стимулирования

Правительство Великобритании предоставляет две отдельные программы для поддержки установки устойчивых систем отопления:

• Поощрение за счет возобновляемых источников тепла для дома (RHI), которое открыто для домовладельцев, социальных арендодателей, частных арендодателей и самозастроителей с тарифами, представленными в таблице выше.
• Поощрение за счет возобновляемых источников тепла вне дома , которое открыто для государственного сектора, организаций и предприятий.

Что касается внутренних тарифов RHI, эти льготы гарантируют определенные цены на тепла, произведенное в течение 7 лет после подачи заявки. Для небытовой схемы RHI выгоды сильно различаются, что, следовательно, должно быть предметом обширных исследований для каждого отдельного случая.

Гарантийные сроки тепловых насосов

Системы с тепловым насосом обычно имеют гарантию от 2 до 3 лет , но также можно приобрести расширенную гарантию.Например, гарантия на качество изготовления системы обычно составляет около 10 лет. Так называемые национальные гарантии качества также обеспечивают различные виды защиты. Кроме того, производители и установщики могут дополнительно предлагать различные виды дополнительных гарантий.

Разрешения на проектирование тепловых насосов

Поскольку тепловые насосы обычно относятся к категории благоприятных возобновляемых источников энергии, часто нет необходимости в разрешениях на планирование. Однако из этого правила есть некоторые исключения.

Разрешения для GSHP

Если вы живете в заповедной зоне или в здании, внесенном в список памятников архитектуры, перед установкой GSHP обратитесь в местный совет, чтобы убедиться в соблюдении всех требований.

Разрешения для ASHP

Существуют разные правила для ASHP в Англии, Уэльсе и Шотландии.

Правила для Англии

• Тепловой насос должен быть построен в соответствии со стандартами планирования MCS.
• Любые дополнительные АШЭУ, ветряные турбины и т. Д.на собственности требуется дополнительное разрешение на строительство.
• Устройство должно находиться на расстоянии более 1 метра от границы собственности.
• Устройство нельзя устанавливать на скатной крыше. Также он не должен находиться у края плоской крыши.
• Заповедники, объекты всемирного наследия и т. Д. Требуют выполнения дополнительных критериев. Свяжитесь с вашим местным советом для получения дополнительной информации.

Правила для Шотландии

• На одном участке земли допускается использование только одного теплового насоса.
• Устройство должно находиться на расстоянии не менее 100 метров от любого другого жилого помещения.
• При строительстве в заповедной зоне устройство не должно быть видно с дороги.
• Он не может быть построен на месте всемирного наследия или памятнике архитектуры.

Правила Уэльса

• Все установки теплового насоса с воздушным источником требуют разрешения на проектирование.

Разрешения для WSHP

WSHP замкнутого цикла обычно не требуют разрешения на строительство, если вы не живете в заповедной зоне.

Поскольку система с открытым контуром изменяет естественную температуру воды и тепловые шлейфы влияют на бактериологию и гидрохимию водоема, в зависимости от типа системы могут потребоваться лицензии для отвода поверхностных или грунтовых вод, которые можно получить в Управление окружающей среды .

Техническое обслуживание тепловых насосов

Срок службы теплового насоса составляет приблизительно 15 лет или более. При правильном уходе их срок службы может быть увеличен до 50 лет.Они действительно требуют регулярного обслуживания: раз в год вы должны самостоятельно проверять некоторые детали системы, а профессиональный установщик должен проверять систему каждые 3-5 лет. После проверки установщик должен оставить письменные сведения о состоянии системы и любые указания на возможные проблемы в будущем.

По данным Ассоциации наземных тепловых насосов, требования к техническому обслуживанию довольно низкие , поскольку нет необходимости в критических проверках безопасности. Обычно перед запуском системы необходимо проверять сам насос, внешние трубы, а также электронику и детали арматуры.

Найдите лучших поставщиков тепловых насосов в Великобритании

Тепловые насосы

, будь то земляные, воздушные или водные, представляют отличные возможности для модернизации вашего дома, поскольку они не только обеспечивают вам солидную окупаемость инвестиций, но также улучшают качество и ценность вашего дома.

Если чтение этого материала вызвало у вас интерес к тепловым насосам, заполните форму вверху страницы и получите до 4 индивидуальных предложений от наших надежных поставщиков в Великобритании, сэкономив вам часы на исследования.Эта услуга абсолютно бесплатна и без каких-либо обязательств.

Написано

Аттила Тамас Векони

Менеджер UX
Аттила — UX-менеджер в GreenMatch. Он имеет степень в области международного бизнеса с четырехлетним опытом координации в области маркетинга, взаимодействия с пользователем и создания контента. Аттила любит писать о солнечной энергии, технологиях отопления, защите окружающей среды и экологичности.Статьи его и его команды появлялись на таких известных сайтах, как The Conversation, Earth911, EcoWatch и Gizmodo.

,

Конструкция / принцип действия

4.7.1 Конструкция / принцип действия

Принцип работы одноступенчатых насосов Рутса
соответствует принципу работы многоступенчатых насосов, т.к.
описано в главе 4.5. В вакуумном насосе Рутса два синхронно
роторы встречного вращения (4) бесконтактно вращаются в корпусе (рис.
4,16). Роторы имеют форму восьмерки и разделены
друг от друга и от статора узким зазором.Их действующие
принцип аналогичен шестеренному насосу с одним двухзубым
каждая шестерня, перекачивающая газ из впускного отверстия (3) в выпускное
порт (12). Один вал приводится в движение двигателем (1). Другой вал
синхронизируется с помощью пары шестерен (6) в зубчатой ​​камере.
Смазка ограничивается двумя камерами подшипника и шестерни, которые
изолированы от всасывающей камеры (8) лабиринтными уплотнениями (5) с
компрессионные кольца. Потому что на всасывании нет трения
камеры, вакуумный насос Рутса может работать на высоких скоростях вращения
(1500 — 3000 об / мин).Отсутствие возвратно-поступательных масс также
обеспечивает беспроблемную динамическую балансировку, что означает, что вакуум Корня
насосы работают очень тихо, несмотря на свою высокую скорость.

Проект

Подшипники вала ротора расположены в двух боковых крышках. Они есть
спроектированы как неподвижные подшипники с одной стороны и как подвижные (незакрепленные) подшипники
с другой стороны, чтобы обеспечить неравномерное тепловое расширение корпуса и
ротор. Подшипники смазываются маслом, которое вытесняется в
подшипники и шестерни разбрызгивающими дисками.Проход карданного вала к
снаружи в стандартных версиях уплотняется радиальными уплотнительными кольцами вала
изготовлены из FPM, погруженного в уплотнительное масло. Чтобы защитить вал,
уплотнительные кольца проходят по защитной втулке, которую можно заменить при
изношены. Если требуется герметичное уплотнение снаружи, насос также может
приводиться в движение посредством муфты на постоянных магнитах с баллончиком. это
конструкция обеспечивает уровень утечки $ Q_I $ менее 10 ^-6 Па · м ³
с ^-1 .

Характеристики насоса, нагрев

Так как насосы Рутса не имеют внутренней компрессии или выхода
клапан, при открытии всасывающей камеры объем газа возвращается назад
во всасывающую камеру и затем должен быть повторно выпущен против
давление на выходе. В результате этого эффекта, особенно в
наличие высокого перепада давления между входом и выходом, a
генерируется высокий уровень рассеивания энергии, что приводит к
значительный нагрев насоса при малых расходах газа, которые только транспортируют
низкое количество тепла.Вращающиеся поршни Рутса относительно
трудно охладить по сравнению с корпусом, так как они практически
вакуумной изоляцией. Следовательно, они расширяются больше, чем корпус. к
предотвратить контакт или захват, максимально возможное давление
дифференциал, а также рассеиваемая энергия ограничены
перепускной клапан (7). Он подключен к входной стороне, и давление
сторона прокачиваемых каналов. Открывается нагруженная пластина клапана
при превышении максимального перепада давления и позволяет
большая или меньшая часть всасываемого газа течет обратно из
сторона нагнетания к стороне входа, в зависимости от производительности.Из-за
ограниченный перепад давления, стандартные насосы Рутса не могут
разряд в зависимости от атмосферного давления и требует подкладочного насоса.
Однако вакуумные насосы Рутса с перепускными клапанами могут быть включены.
вместе с подкачивающим насосом даже при атмосферном давлении, таким образом
увеличивая их скорость откачки с самого начала. Это сокращает
время эвакуации.

Рисунок 4.16: Принцип работы насоса Рутса

Насосы обратные

Одноступенчатые или двухступенчатые пластинчато-роторные насосы или внешние пластинчатые насосы
насосы используются в качестве маслосмазываемых форвакуумных насосов.Винтовые насосы или
многоступенчатые насосы Рутса могут использоваться в качестве сухих реверсивных насосов. насос
такие комбинации могут использоваться для всех приложений с
высокая скорость откачки в диапазоне низкого и среднего вакуума. Жидкое кольцо
насосы также можно использовать в качестве форвакуумных насосов.

Насосы Рутса с газовым охлаждением

Чтобы вакуумные насосы Рутса работали против атмосферного
давления, некоторые модели имеют газовое охлаждение и не имеют перепускных клапанов
(Рисунок 4.17). В этом случае газ, выходящий из выпускного фланца
(6) через охладитель (7) снова попадает в середину всасывающей
камера (4). Этот искусственно созданный поток газа охлаждает насос,
позволяя ему сжиматься против атмосферного давления. Вход газа
управляется поршнями Рутса, что устраняет необходимость в каких-либо
дополнительные клапаны. Нет возможности термической перегрузки, даже
при работе на предельном давлении.

Рисунок 4.17: Принцип работы насоса Рутса с газовым охлаждением

На рис. 4.17 показано поперечное сечение охлаждаемого газом
Вакуумный насос Рутса. Направление потока газа вертикальное сверху вниз.
дно, позволяя жидким или твердым частицам захватывать впускное отверстие
поток стечь вниз. На этапе I камера (3) открывается
вращение поршней (1) и (2). Газ поступает в камеру
через входной фланец (5) под давлением $ p_1 $.На этапе II
камера (3) изолирована как от входного фланца, так и от
фланец давления. Входное отверстие (4) для охлаждающего газа открыто.
вращением поршней в фазе III. Камера (3) заполнена
до выходного давления $ p_2 $, и газ продвигается к
фланец давления. Первоначально объем всасывания не меняется с
вращательное движение поршней Рутса. Газ сжимается
поступающий охлаждающий газ. Поршень Рутса теперь продолжает вращаться (фаза
IV), и это движение выталкивает уже сжатый газ через охладитель.
(7) в сторону нагнетания (фаза V) при давлении $ p_2 $.

Насосы Рутса

с газовым охлаждением могут использоваться в диапазоне входного давления.
от 130 до 1013 гПа. Потому что во всасывании нет смазки
камеры, они не выпускают туман и не загрязняют среду, которая
перекачивается. Последовательное соединение двух из этих насосов позволяет
предельное давление снизить до 20–30 гПа. В комбинации с
дополнительные вакуумные насосы Рутса, предельное давление может быть уменьшено до
диапазон среднего вакуума.

Скорость откачки и степень сжатия

Характерные рабочие характеристики насосов Рутса:
скорость и степень сжатия.Теоретическая скорость откачки
$ S_ {th} = S_0 $ — объемный расход, который насос вытесняет без
противодавление. Степень сжатия $ K_0 $ при работе без газа
рабочий объем (входной фланец закрыт) зависит от выходного давления
$ P_2 $. Диапазон скоростей откачки от 200 м ³ · ч ^-1
до нескольких тысяч м ³ · ч ^-1 . типичный
Значения $ K_0 $ находятся в диапазоне от 10 до 75.

Рисунок 4.18: Степень сжатия воздуха для корней без нагрузки
насосы

На степень сжатия отрицательно влияют два эффекта:

• Обратным током в зазоры между поршнем и корпусом
• Газом, который осаждается при адсорбции на поверхности
  поршень на выходной стороне и повторно десорбируется после вращения в направлении
  сторона всасывания.

В случае выходного давления от 10 ^{-2 900 10 до 1 гПа молекулярная
поток преобладает в зазорах уплотнения, что приводит к меньшему обратному потоку из-за
их низкая проводимость.Однако объем перекачиваемого газа
обратно через адсорбцию, которая относительно высока по сравнению с
объем перекачиваемого газа снижает степень сжатия.}

$ K_0 $ является самым высоким в диапазоне от 1 до 10 гПа, поскольку
молекулярный поток все еще преобладает из-за низкого давления на входе в
уплотнительные зазоры насоса, поэтому обратный поток невелик. Поскольку газ
перенос за счет адсорбции не зависит от давления, он меньше
важнее, чем пропорциональный давлению поток газа, который транспортируется
по скорости откачки.

При давлениях, превышающих 10 гПа, в
зазоры и проводимость зазоров значительно увеличиваются, что
приводит к снижению степени сжатия. Этот эффект особенно
заметно в насосах Рутса с газовым охлаждением, которые достигают степени сжатия
всего приблизительно $ K_0 $ = 10.

Ширина зазора имеет большое влияние на степень сжатия.
Из-за разного теплового расширения поршней и корпуса,
однако они не должны опускаться ниже определенных минимальных значений, чтобы
Избегайте контакта ротора со статором.

,