Принцип работы теплового насоса для отопления дома
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.
Вернуться к содержанию
Опрос
Загрузка ...
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
(голосов: 18, в среднем: 3,00 из 5)
Загрузка...
