Тепловые насосы что это такое

Как устроен и как работает тепловой насос

Тепло и комфорт в наших домах независимо от времени года и погоды за окном обеспечены источниками энергии, которые иссякают с ошеломляющей скоростью. Задумываемся ли мы о том, что когда-то закончатся запасы нефти, газа, угля и радиоактивных элементов? Нет, человечество беспечно и расточительно. Сохранить богатства недр для последующих поколений позволяют устройства, которые используют альтернативные, возобновляемые источники энергии. Одним из таких изобретений является тепловой насос, принцип работы которого основан на использовании тепла, находящегося на поверхности Земли и в её атмосфере. Рассмотрим устройство теплового насоса и возможность его применения в современных отопительных системах.

Как работает тепловой насос

Конструкцию «умножителя тепла» предложил еще в 1852 году лорд Кельвин. В его работе использовался основной принцип теплового насоса – постепенный отбор низкотемпературного тепла, его накопление и отдача в виде энергии с высокой температурой. Данный процесс был описан «циклом Карно» в далеком 1824 году.

С тех пор прошло немало лет, а с тепловым насосом сейчас знаком каждый ребенок и стоит он на любой кухне. Вы не ослышались, ведь ваш холодильник – это тот же тепловой насос, только работающий в других целях. Вы ведь замечали, как нагревается задняя стенка холодильника? А задумывались ли вы о том, что его повышенная температура – не что иное, как тепло, отобранное агрегатом у продуктов, которые вы загрузили в него после похода в супермаркет.

Принцип действия теплового насоса

Похожим образом функционирует и тепловой насос. Основным его элементом является мощный компрессор, позволяющий создавать высокое давление. К нему присоединен испаритель – радиатор из тонких трубок с высокой теплопроводностью. При работе компрессор нагнетает теплоноситель, в роли которого выступает хладагент. Это вещество способно кипеть и испаряться при низкой температуре. Компрессор создает давление в десятки атмосфер, поэтому хладагент испаряется даже при отрицательных температурах. На входе в испаритель сечение трубопровода уменьшается до диаметра в десятые доли миллиметра, происходит распыление хладагента и он переходит из жидкой фазы в газообразное состояние, при этом поглощая тепло.

Далее на пути теплоносителя установлен конденсатор, в котором хладагент отдаёт тепло радиатору, охлаждается и снова превращается в жидкость, а затем возвращается в компрессор. Такой цикл повторяется многократно. При этом доля энергии, которую потребляет компрессор теплового агрегата, составляет около 20% от производимого им количества теплоты. Остальные 80% он «заимствует» у окружающей среды. Так как тепловой энергией обладает любой предмет, имеющий температуру выше абсолютного нуля, отобрать эту энергию можно при условии, что температура рабочего тела будет еще ниже. С этой ролью отлично справляются современные хладагенты.

Тепловую энергию насос может брать как из геотермальных источников, так и из атмосферы. Важной особенностью современных агрегатов является возможность работы не только на обогрев, но и на кондиционирование помещения в тёплое время года.

Современные тепловые насосы – высокотехнологичные агрегаты

Преимущества тепловых насосов

Главным достоинством тепловых насосов является их высокая эффективность. 1кВт электроэнергии, которую потребляет устройство такого типа, способно дать для отопления дома дополнительно 4-5кВт тепловой энергии. Это значит, что производительность тепловых помп по сравнению с традиционными электрическими отопительными приборами, составляет 400-500%.

Не менее важным преимуществом приборов, работающих по циклу Карно, является их высокая надёжность и долговечность (достаточно вспомнить советские холодильники ЗИЛ, работающие более полувека). Современные компрессоры тепловых агрегатов не менее надёжны, но более экономичны.

Тепловые насосы практически не требуют никакого обслуживания и способны работать на протяжении многих лет.

И последнее: несмотря на высокую стоимость установки, данные отопительные агрегаты имеют срок самоокупаемости 2-3 года. Это один из самых низких показателей среди всех типов устройств, используемых в системах отопления.

Виды тепловых насосов

В зависимости от того, какую среду использует устройство для производства энергии и каким способом происходит ее передача, различают пять видов тепловых помп:

Три последних вида тепловых насосов называют геотермальными, так как они используют энергию тепла подземных вод или грунта. Такие устройства осуществляют теплообмен, функционируя с открытым или закрытым циклом работы.

Геотермальные насосы с открытым циклом

Принцип работы таких агрегатов заключается в перекачивании грунтовых вод в тепловой насос, установленный внутри здания. При этом вода отдаёт тепловую энергию и возвращается обратно в подземный резервуар на некотором расстоянии от места забора.

Огромное преимущество данного метода заключается в одновременном водоснабжении дома за счет использования воды из скважины. Другим плюсом является высокая эффективность работы такого насоса, связанная со стабильно высокой температурой воды в любое время года. Несомненным достоинством является и экологичность насосов с открытым циклом, так как всю установку можно рассматривать как систему сообщающихся сосудов, которые не оказывают влияния на уровень грунтовых вод в горизонте. Правильно установленные скважины абсолютно не нарушают природный баланс, обеспечивая стабильные поставки тепла для отопления дома в холодное время года и отвод излишков теплоты летом. Конструктивно агрегаты с открытым циклом встроены в систему водяного отопления и представляют собой классический пример тепловых насосов с водой в качестве теплоносителя.

Тепловые насосы закрытого цикла с теплообменником

Геотермальные агрегаты такого вида функционируют за счет прокачивания теплоносителя по коллекторному трубопроводу, размещенному в открытом водоёме или грунте. При этом теплоноситель прогревается за счёт теплоты воды или недр земли, возвращается к конденсатору насоса и отдает тепловую энергию для обогрева здания.

Закрытый первичный контур геотермального теплового насоса

При установке коллектора в озере необходимо, чтобы его расстояние от дома было не более чем 100 метров, а глубина и береговая линия соответствовали требованиям к монтажу. Достоинством такой системы, как и других подобных систем, использующих водоёмы, является относительно низкая цена.

Для установки теплообменника в грунт используют горизонтальный или вертикальный коллектор – зонд. Такой трубопровод представляет собой систему труб, горизонтально и (или) вертикально установленных в грунте. Длина вертикального зонда может варьироваться от 50 до 200 метров в глубину земли. Это самый эффективный тепловой агрегат, позволяющий получать на каждый затраченный 1кВт электроэнергии до 5кВт теплоты. Минусом такой установки является её стоимость – самая высокая среди всех систем такого типа. Несмотря на высокие капиталовложения, тепловые насосы закрытого цикла типа грунт-вода и вода-вода получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Германии.

Монтаж грунтового теплообменника геотермального теплового агрегата

Тепловые насосы воздух-воздух и воздух-вода

Агрегаты этого типа используют тепло атмосферы. Даже при отрицательных температурах наружный воздух имеет некоторое количество тепла. Эту энергию и отбирает тепловой насос у воздушной среды. По принципу отбора тепла у атмосферного воздуха функционируют современные инверторные кондиционеры, имеющие клапан обратимости, который позволяет им работать как на обогрев, так и на охлаждение. Главным недостатком устройств такого типа можно считать работу в крайне нестабильной воздушной среде. Продуктивность этих тепловых помп очень сильно зависит от температуры «за бортом». В самых благоприятствующих условиях агрегаты такого типа могут привлечь до 4кВт тепловой энергии на каждый 1Квт электрической. Выбирая такой прибор для отопления своего дома, следует помнить о том, что ниже нуля градусов эффективность их работы резко уменьшается, а при дальнейшем снижении температуры обмерзает наружный теплообменник агрегата, в связи с чем его работа в режиме теплового насоса не представляется возможной и прибор переходит в режим простого электрообогревателя.

Тепловой агрегат типа воздух-вода

Тепловые насосы, использующие в качестве теплоносителя воздух, успешно используются в странах с умеренно-континентальными погодными условиями. В случае использования таких устройств в районах с континентальным и резко-континентальным климатом, требуется установка дополнительных отопительных систем для работы в наиболее холодное время года.

Тепловые насосы для отопления — принцип действия новаторских систем

Тепловые насосы для отопления представляют собой устройства, принцип действия которых — перенос тепловой энергии от её источника(окружающей среды) к потребителю посредством теплоносителя. Оба основных звена в этой цепи отличаются по температурным показателям — источник обладает более низким потенциалом температур, а у теплоносителя они заметно выше.

По аналогичному принципу функционируют всем известные холодильные установки или кондиционеры. Только в случае с тепловым насосом он не отбирает тепло, а, наоборот, передаёт его теплоносителю.

Виды тепловых насосов

Насосы делятся на виды в зависимости от типа используемого источника для получения тепловой энергии.

Воздушные агрегаты, которые осуществляют забор тепла из окружающего устройство воздуха. Устанавливаются на улице, позволяя отапливать небольшие жилые помещения в осенний и весенний период.

Геотермальные

Данные тепловые насосы используют природное тепло воды расположенной над или под землей или тепло самой земли.

• Использующие воду устройства — коллекторы таких насосов помещаются в близлежащий водоём ниже точки его промерзания. Применение этого устройства в частном доме является одним из самых доступных способов получения тепловой энергии.
• Использующие тепло грунта — коллекторы устройств располагаются в горизонтальной плоскости. Такое размещение проще в техническом выполнении (коллектор заглубляется всего на 1,2 метра).
• Использующие тепло горных недр — устройства, рассчитанные на работу с горными породами и подземными водами.

Устройства позволяют сэкономить полезную площадь участка, но заглубление скважин в некоторых случаях достигает 200 метров.

Помимо этого существует деление на системы замкнутого и открытого типа:

• открытый тип — использует воду из водоема в качестве теплообменника. Вода циркулирует по открытому типу, то есть после ее использования как теплообменной жидкости она возвращается в водоем. Допустимо при наличии большого объема воды, ее чистоты и разрешения экологического законодательства.
• замкнутый тип — делиться дополнительно на:
  • горизонтальные — самые эффективные в условиях доступа к большим по площади земельных ресурсов (использующие тепло грунта). Размещаются в траншеях ниже уровня промерзания грунта (глубина залегания зависит от местности и ее принадлежности к тому или иному климатическому поясу).
  • вертикальные — используются в случае ограниченного доступа к земельным ресурсам. Используются скважины до 200 метров в которые и монтируются теплообменники.

Принцип действия тепловых насосов

Систему отопления, включающую тепловой насос, можно считать классическим «умножителем тепла», который изучается в школьном курсе физики. Насос играет роль устройства, перекачивающего тепловую энергию из одного места (источника) в другое — отопление дома при этом происходит за счёт разницы температур.

• ξ — холодильный коэффициент;
• Т1 — температура среды, получающей тепло, по шкале Кельвина;
• Т2 — температура охлаждаемой среды по шкале Кельвина.

Принцип действия системы прост:

1. Незамерзающая жидкость (теплообменник) циркулирует в коллекторах, размещённых вблизи источника тепла или непосредственно в нём (например, в воде).
2. Насос системы регулярно забирает тепло, остужая незамерзающую жидкость примерно на 5 градусов.
3. После чего отобранное тепло используется для подогрева теплоносителя отопительной системы.
4. А незамерзающая жидкость в коллекторах восстанавливает прежнюю температуру, протекая через трубы, размещённые вне дома (в воде, в грунте, на воздухе).
5. Затем она снова попадает в насос и отбор тепла повторяется.

Вся работа насоса зависит от компрессора. Именно он сжимает рассеянную тепловую энергию в носителе, придавая ему большую концентрацию (компактный объём) и температуру.

Помимо компрессора система теплового насоса состоит:

• из испарителя;
• капилляра;
• конденсатора;
• терморегулятора;
• и хладагента (газа, циркулирующего в насосной системе).

Воздушный насос

Насосы такого типа способны получить тепло с низким потенциалом (рассеянного типа) даже в морозы. В качестве хладагента в них используется фреон, обладающий низкими температурами кипения и испарения.

Наружный воздух нагнетается в камеру испарителя посредством насоса. Фреон нагревается и переходит в газообразное состояние. Затем газ попадает в компрессор, где сжимается — его температура растёт. После чего газ проникает в конденсатор, охлаждается и вновь становится жидким, перетекая в испаритель.

• универсальность — летом устройство заменяет кондиционер, а в холодное время года является прекрасным дополнением к основной отопительной системе;
• простота установки — не требуется бурить скважины или копать траншеи для коллектора;
• не нужно дополнительно устанавливать радиаторы – тепло в дом поступает через воздух;
• устройство безопасно (не разрушает микроклимат помещения).

• эффективность снижается при низких температурах (уже при нуле градусов увеличивается расход электроэнергии, необходимой для питания прибора — на каждый киловатт потреблённого электричества выработается 2-2,5 киловатта тепловой энергии; а при -20 на каждый киловатт электричества выработается такой же объём тепла, то есть, использовать прибор в таких условиях становится невыгодно экономически);
• в дом проникает уличная пыль (в случае если вы не позаботились о фильтре).

Водный насос

Агрегаты гидротермального типа отбирают тепло у воды, поступающей из водоёма. При этом как сам испаритель, так и трубы с теплоносителем (соляным раствором) погружаются в воду. Прогрев хладагент в испарителе, вода выливается обратно в водоём.

Циркуляция воды продолжается до тех пор, пока не будет достигнута необходимая температура в системе отопления — затем автоматика останавливает работу компрессора. Принцип работы такого насоса аналогичен принципу действия агрегатов для получения тепла из воздуха.

• простота установки — первичный контур, выполненный из полимера и заполненный соляным раствором, топят в водоёме, прикрепив к нему грузила;
• возможность получения тепла в морозы — вода на глубине 1,5-2 метра не замерзает;
• эффективность (из каждых 10 градусов температуры воды фреоновый контур отбирает примерно 4 градуса тепла).

• сложность при достаточном удалении от источника — требуются дополнительные финансовые расходы на монтаж, теряется эффективность (максимальное расстояние 100 метров!);
• площадь водоёма должна быть не меньше 200 кв. метров;
• нельзя использовать без водоёма.

Грунтовой насос

Горизонтальный

Коллектор системы располагается в горизонтальной на глубине от 1,5 до 2 метров или вертикальной плоскости на глубине до 200 метров. Устройство и принцип действия у такой системы классические. Насос включает компрессор, конденсатор и испаритель. В качестве хладагента используется фреон, а теплоносителем выступает солевой раствор.

Система будет эффективной только при заглублении на достаточную глубину промерзания, и использовании достаточной площади (чтобы получить один киловатт тепловой энергии, необходимо иметь коллекторы площадью в 50 кв. метров).

• возможность самостоятельной установки;
• эффективность (на каждый киловатт электричества вырабатывается в среднем 3-5 киловатт тепловой энергии);
• универсальность — в летний период система охлаждает помещения.

• площадь коллектора должна превышать площадь дома минимум в два-три раза;
• используемый участок не подойдёт для сельскохозяйственной деятельности — система будет вредить корням растений.

Вертикальный

Первичный контур геотермальных устройств размещается вертикально. Незамерзающая жидкость, попадая в испаритель, вызывает расширение фреона. Газ поступает в компрессор, сжимается и выталкивается в конденсатор, где отдаёт тепло отопительной системе. В охлаждённом сжиженном виде газ поступает назад в испаритель.

Для эффективной работы системы испаритель и коллектор должен быть опущен в грунт на глубину не менее пяти-шести метров. Именно на этой глубине температура грунта не будет ниже 8-10 градусов.

Различают два основных вида насосов такого типа:

1. С открытым циклом — подземные воды свободно протекают внутрь системы, передают тепло испарителю и стекают в грунт (так функционируют системы, подключённые к плывунам, грунтовым водам или подземным водоёмам).
2. С закрытым циклом — теплообменник системы заполнен специальной жидкостью, которая никак не контактирует с окружающей средой.

Агрегаты с закрытым циклом циркуляции теплоносителя имеют основной контур, погружённый вертикально на глубину в 50-100 метров. Часто такую систему называют зондом. Устройства с открытым циклом циркуляции могут использоваться на грунтовых водах или в подземных водоёмах. Но чаще они встречаются в системах «вода-вода», то есть, монтируются в поверхностные водоёмы.

• высокая эффективность (температура грунта на глубине не опускается ниже +10-12 градусов, а, значит, система отопления имеет возможность прогреться до 60 градусов — на каждый киловатт потреблённого электричества производится 4-5 киловатт тепла);
• системы с открытым циклом также могут использоваться для водоснабжения частного дома;
• универсальность — устройства подходят как для обогрева, так и для охлаждения жилых помещений.

• высокий КПД системы сохраняется лишь при условии достаточного утепления дома;
• для монтажа требуется прибегать к помощи специалистов (необходимо бурение скважины);
• в системе используется этилкарбитол (этот теплоноситель необходимо приобретать отдельно);
• для получения 9 киловатт тепловой энергии необходимо углубиться в грунт на глубину не меньше 150-200 метров.

Насос, основанный на получении тепла из вторичных источников

Тепловые насосы, позволяющие использовать вторичное тепло, чаще всего монтируются на промышленных предприятиях.

Такие устройства позволяют избежать потерь тепла, используя тепло центрального трубопровода отопительной системы. Либо могут отбирать тепло из вентиляционных систем и при этом прогревать поступающий воздух (системы с рекуператорами). Также применяется утилизация вторичного тепла, поступающего от холодильных установок, или вырабатывающегося при технологическом охлаждении воды.

• высокая эффективность (КПТ достигает 4-8 единиц, при этом вода или воздух прогреваются до 40-80 градусов);
• экономное перераспределение тепла (оно может вторично использоваться в технологических процессах либо идти на обогревание муниципальных тепловых сетей);
• экономия на энергоносителях до 85% (срок окупаемости при этом до одного года!).

Недостатков кроме высокой стоимости такой модернизации для предприятий нет.

КПТ и КПД — что это значит

Коэффициент преобразования теплоты (КПТ) — важнейший технический параметр любого теплового насоса.

Он указывает на соотношение одного потреблённого компрессором ватта электрической энергии к количеству выработанного тепла. При соотношении один к одному использование оборудования становится нецелесообразным.

Значение КПТ колеблется от 2,5 до 7 единиц для разных систем. А уровень снабжения теплом равен 35-60 градусам по Цельсию. При этом экономия более дорогих энергетических ресурсов достигает 75%.

То есть, при значении КПТ 2,5 единицы — на 1 Ватт потребленной электрической энергии вы получите 2,5 Ватта тепловой энергии. При значении КПТ 7 единиц — из 1 Ватта электроэнергии получите 7 Ватт тепла.

Расчёт КПД использует условные значения, так как достаточно сложно определить расход энергии с низким потенциалом, поступающей от альтернативного источника тепла.

Например, если учесть, что потребитель получил 6 киловатт тепловой энергии в час, для определения КПД необходимо потреблённое электричество сложить с энергетическим потенциалом источника (допустим, к 1 кВт прибавить 5 кВт). Затем 6 кВт разделить на полученную сумму — это и будет искомый условный КПД.

Достоинства и недостатки тепловых насосов

Устанавливая в доме систему отопления, оснащённую тепловым насосом, необходимо понимать, что это:

• способ существенно сэкономить на традиционных энергетических носителях и значительно сократить траты на отопление (средний КПТ 3,5-4,5 единицы);
• экологически безопасная система, позволяющая сберечь не возобновляемые энергетические ресурсы планеты;
• фактически автономная система отопления (фактически, потому что требуется подключение к источнику электроэнергии);
• универсальная климатическая система – и отопление, и кондиционирование будет производиться одним и тем же устройством.

Все перечисленные достоинства делают такую систему лучшей среди других отопительных систем.

К недостаткам относится:

• высокая стоимость оборудования, окупаемость которого зависит от интенсивности использования;
• сложность монтажа. Невозможно самостоятельно смонтировать геотермальный насос с вертикальным размещением контура без специальной подготовки и бурильного оборудования.

Ещё следует учитывать, что такая система будет максимально эффективной только в домах с правильным утеплением. Поэтому экономически выгодно подключить тепловой насос к системе «тёплый пол» или «тёплые стены» — здесь рабочая температура не превышает 40 градусов.

Внимательность хозяев к таким техническим нюансам, их желание полностью разобраться во всех деталях позволит сделать дом действительно тёплым и комфортным для проживания.

Что такое тепловой насос?

Для полноценного функционирования систем отопления, подачи горячей воды, а также работы кондиционеров необходим постоянный источник энергии. Существует множество различных теплогенераторов, работающих от электричества, на дизельном топливе или газе. Каждый имеет свои недостатки: запах, опасность воспламенения, сложность конструкции и т.д. Тепловой насос – современное решение, которое избавит от большинства проблем.

Самым важным достоинством устройства является его удобство в применении. Тепловое оборудование использует энергию, накопленную в течение теплого времени года из окружающей природы: земли, воды, каменных пород. При выборе такого типа устройства вы навсегда забудете запах газа и дизеля, снизите пожароопасность жилья, сэкономите на энергопотреблении.

Функционирование систем отопления, работа которых основана на электрической энергии, требуют большой мощности, что не всегда представляется возможным. Решить данную проблему поможет установка теплового насоса. Для его успешной эксплуатации потребуется природный источник питания. Если сравнить количество потребления такого устройства с традиционным отоплением, то для его полноценного функционирования достаточно 1/4 мощности стандартной системы.

Тепловой насос существенно экономит затраты на энергию. Цена на установку такого оборудования в сравнении с монтажом котлов, функционирующих на топливе или электричестве, дорогостояща. Но оно окупает себя за счет экономии на расходе энергоносителя в течение 3-5 лет.

Принципы работы устройства

Конструкция теплового насоса имеет два трубопровода: внешний и внутренний. Один прокладывается через источник энергии, которым является природный элемент. Им может быть грунт, водоемы, породы скал или воздух.

Теплоноситель прокачивается по трубам через источник и нагревается на несколько градусов. Затем он проникает внутрь насоса, проходит через теплообменник, выполняющий функцию испарителя. Тепло отдается внутреннему контуру, который заполнен материалом, закипающему при маленьких температурах. При соприкосновении с данным элементом жидкость испаряется и превращается в пар. Для этого достаточно иметь температуру – 50 °С.

Газообразное вещество проводится в компрессорный отдел. Здесь оно сжимается, давление внутри резко увеличивается, температура повышается. После этого газ переносится в конденсатор, в котором отдает тепло жидкости, циркулирующей в радиаторах отопления. Горячий газ остывает и вновь возвращается в свое прежнее состояние, а нагретый теплоноситель поступает по трубам в радиаторы.

Хладагент, проходя обратно через конденсатор, понижает свою температуру еще на несколько градусов, но давление его остается прежним. Для того чтобы понизить напор жидкости, она поступает обратно в испаритель через специальный редукционный клапан. Цикл начинается снова.

Виды природных источников тепла

Источником теплоэнергии может быть любой природный материал, который имеет температуру независимо от времени года не ниже – 1 °С. В качестве него используют озера, реки, море, породы скал, землю, теплый воздух из системы кондиционирования и вентиляции и другие.

Внешний контур – полиэтиленовые трубы. Они устанавливаются в источнике тепла. Трубопровод собирает тепловую энергию из окружающей среды. Жидкость, находящаяся внутри системы, состоит из 30% этилового спирта или этиленгликоля.

Скалистые породы

При использовании скалистых пород вырывается скважина. В нее опускается полиэтиленовый трубопровод. Скважина должна быть глубокой. Для удешевления процесса часто выкапывают два или более отверстий в породе. Глубина в таком случае рассчитывается из общих размеров. Для того чтобы все сделать правильно, следует учесть производительную силу теплового насоса. 50-60 Вт энергии тепла – это 1 метр глубины скважины. При использовании насоса мощностью 10 кВт необходимо вырыть ее на 170 метров.

Для теплового насоса используется грунт с повышенной влажностью. Лучше всего для этого подходят участки с расположенными рядом подземными реками. Благодаря грунтовым водам земля будет постоянно увлажняться в любое время года. Внешний контур теплового насоса прокладывается глубоко в почву на расстояние не менее, чем 1 метр от поверхности. Между трубопроводами должен быть выдержан отрезок от 80 см до 1 метра.

Полезная мощность теплового насоса с уложенным в грунт внешним контуром составляет от 20 до 30 Вт/м. Поэтому для монтажа оборудования, имеющим производительность 10 кВт, необходимо взять трубу длиной не менее 450 м. Для этого достаточно иметь площадь 20 на 20 кв.м.

Перед укладкой трубопровода в землю участок не требует специальной подготовки. Расположенные на поверхности объекты и растения никакого влияния на внешний контур теплового насоса не имеют. Самым важным при монтаже труб в грунт является правильный расчет.

Самым идеальным источником тепла для насоса является водоем, расположенный на близком расстоянии от объекта отопления. При использовании озер или рек трубопровод прокладывается по самому дну. Данный способ считается наиболее удачным, потому что в водоеме в любое время года температура всегда остается положительной. Зачастую зимой на дне вода имеет самый «высокий» показатель.

Для получения максимальной пользы не нужно прокладывать длинный внешний контур. Короткие трубы позволяют преобразовать максимум энергии. Для того чтобы выработать 30 Вт мощности, необходим 1 м трубопровода, на 10 кВт понадобится около 300 м. При монтаже внешнего контура важно его закрепить на дне водоема так, чтобы он не всплывал, поэтому рекомендуется подвесить на каждый метр трубопровода груз весом около 5 кг.

Теплый воздух

Воздух может стать хорошим источником тепла. Для этого разработана специальная модель. Насос преобразует тепло из вытяжки вентиляции. Часто такой тип отопления используется на крупных промышленных помещениях, где вырабатывается горячий воздух в большом количестве. Это могут быть пекарни. Также воздушные насосы широко применяются при производстве керамических изделий. Подобные модели отлично подходят для отопления загородных дач в летний период.

Пиковый электронагреватель

Практически все модели тепловых насосов имеют важный элемент – электронагреватель. При покупке отопительного оборудования необходимо учитывать показатель номинальной мощности. Он высчитывается в условиях максимальной нагрузки при самой низкой температуре. Но в большинстве регионах страны такие условия держатся всего несколько недель в году, поэтому приобретать тепловой насос большей мощностью из расчета на данный период нецелесообразно. Фактически потенциальные возможности устройства не будут использоваться. Выгоднее приобрести оборудование меньшей мощности и в случае необходимости подключать к нему электрообогрев.

Электронагреватель имеет небольшую стоимость, но он затратен в потреблении электроэнергии. Тепловой насос наоборот, сам по себе стоит дорого, но вырабатывает дешевую энергию. Использование их в комбинации друг с другом позволит получить максимальную отдачу тепла и существенно сэкономить на коммунальных платежах. Разумное применение сократит окупаемость оборудования в несколько раз. Определение совместимых мощностей для теплового насоса и электронагревателя высчитывается по универсальному интегральному графику.

Активное и пассивное кондиционирование

При работе теплового насоса происходит естественный процесс кондиционирования. Зимой тепло забирается из природных источников и запускается в систему отопления дома, а летом холодные температуры переносятся в помещение из скважин или водоемов. Принцип работы при кондиционировании такой же, что и при отоплении. Единственным различием является то, что вместо радиаторов ставятся фанкойлы.

Существует два режима, при которых происходит поступление холодного воздуха в помещение. При пассивном кондиционировании теплоноситель просто проходит цикл за циклом между источником и фанкойлом. Холодный воздух поступает в дом без включения компрессора. Его подключают в том случае, если такого охлаждения недостаточно. Охлаждение с работающим компрессором называется активным.

Тепловой насос в системе теплых полов

Тепловой насос идеально походит для нагрева системы теплых полов. По своим техническим характеристикам оборудование подает теплоноситель, который имеет максимальную температуру не выше 55 °С. Для успешной организации радиаторного отопления следует правильно произвести все расчеты, иначе насос не сможет дать нужное количество тепла. Для подогрева пола такой температуры хватит сполна.

При комплексной установке насоса и системы теплого пола энергия будет не только экономно затрачиваться, но и равномерно распределяться по всей поверхности. Энергоресурсы в данном техническом тандеме расходуются на 80% меньше, чем при эксплуатации традиционных методов отопления.

Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования

Покупка и заказ монтажа тепловых насосов у официального диллера имеет ряд преимуществ:

• оптимальная цена;
• оригинальная продукция;
• развитый сервис и великолепное обслуживание.

Ознакомиться на примере

Тепловые насосы успешно используются в быту и промышленности в Европе и США уже более 25 лет. Их особенность состоит в преобразовании так называемого низкопотенциального тепла окружающей среды: земли, воды, воздуха. На российском рынке эта экологичная технология получила распространение сравнительно недавно.

Экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов, существовали еще в Советском Союзе. То, что было смелым экспериментом в двадцатом веке, в двадцать первом – вошло в практику.

Устройство и принцип работы бытового теплонасоса

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Тепловые насосы являются альтернативными источниками энергии, позволяющими получать дешевое тепло без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля обладает запасом тепловой энергии. Этот запас прямо пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Если в этом контексте обратить внимание, например, на моря, океаны, подземные воды, обладающие огромной массой, можно прийти к выводу, что их грандиозные запасы тепловой энергии можно частично использовать для отопления домов без ущерба мировой экологической обстановке. «Взять» тепловую энергию какого-либо тела можно, если охладить его. Грубый расчет выделяемого при этом тепла возможен по формуле: Q = C*M*(T2 − T1), где Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, T1 − T2 − температура, на которую было произведено охлаждение тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 o С, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 o С.

Типы тепловых насосов

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

• Компрессионные. Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.
• Абсорбционные. Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

• Геотермальные. Тепловая энергия берется из грунта или воды.
• Воздушные. Тепло извлекается из атмосферы.
• Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

• Тепловые насосы «воздух-воздух». Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.
• Тепловые насосы «вода-вода». Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.
• Тепловые насосы «вода-воздух». Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.
• Тепловые насосы «воздух-вода». Атмосферное тепло используется для водяного отопления.
• Тепловые насосы «грунт-вода». Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
• Тепловые насосы «лед-вода». Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.

Сферы применения и степень распространения

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

• Экономичность. Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
• Простота эксплуатации.
• Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
• Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
• Компактность и бесшумность, что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени европейский рынок этого оборудования был в основном сосредоточен во Франции. В последние несколько лет рынки стали расширяться в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Стоимость оборудования

Традиционное решение для частных домов и коттеджей – газовое отопление. Однако вариант теплового насоса значительно выгоднее и удобнее. Чтобы установить газовый котел, требуются специальный дымоход, вентиляция, а также целый набор разрешительных документов. Применение тепловых насосов избавит вас от этих проблем и существенно сэкономит ваши средства. Чтобы провести газ в Подмосковье, потребуется около $20 000, и это в том случае, если ваш дом удален от газопровода менее, чем на 1 км, – иначе затраты вырастут в несколько раз! Помимо этого, придется учесть скорость работы отечественных газовщиков. Установка теплового насоса «под ключ» стоит от $15 000, а работы занимают всего 2-3 недели.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.

Установка теплового насоса «под ключ»

Выбирая, где купить тепловой насос, обращайте внимание прежде всего на качество и надежность оборудования. На нашем рынке можно приобрести продукцию ведущих европейских производителей климатической техники, выпускающих тепловые насосы. Если вы поклонник немецкого качества, можно обратиться к официальному представителю известного бренда Vaillant – в интернет-магазин «Тепломатика.ру». Здесь работают квалифицированные инженеры, которые произведут для вас все необходимые расчеты и подберут эффективное оборудование. Все работы осуществляются «под ключ», сервис включает доставку и монтаж теплового насоса.

Совет 1: Принципы работы теплового насоса

• • Принципы работы теплового насоса
  • Что такое фанкойл: принцип работы и правила установки вентиляторного доводчика
  • Как выбрать кондиционер без блока

  Что такое тепловой насос

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

  Как работает тепловой насос

  Любой теплонасос состоит из испарителя, конденсатора, расширителя, понижающего давление, и компрессора, который давление повышает. Все эти устройства соединены в один замкнутый контур трубопроводом. По трубам циркулирует хладагент, инертный газ с очень низкой температурой кипения, поэтому в одной части контура, холодной, он представляет собой жидкость, а во второй, теплой, он переходит в газообразное состояние. Точка кипения, как известно из физики, может меняться в зависимости от давления, вот зачем нужны в этой системе расширитель и компрессор.

  Конструктивные особенности тепловых насосов

  В настоящее время используются тепловые насосы, имеющие разные конструкции. Так, насос с открытым циклом применяют, когда дом расположен рядом с водоемом. В этом случае теплоноситель, вода, поступает в открытый контур, проходит весь цикл и, охлаждаясь, вновь сливается в водоем.

  Преимущества использования тепловых насосов

  Экономическая выгода от использования тепловых насосов очевидна – их эксплуатация достаточно дешево обходится, поскольку электроэнергии тратится чуть больше, чем при работе холодильника. Цена оборудования также невысока, так же, как и стоимость монтажа и установки. Использование теплового насоса, позволяет избавиться от забот о приобретении и хранении топливных ресурсов, установке и эксплуатации отопительного оборудования, у вас в доме освобождаются дополнительные помещения, в которых раньше располагалась котельная.

  Принципы работы теплового насоса - как работает тепловой насос - Квартира и дача - Другое

  
  👍 Как работает тепловой насос.

  Источник: www.kakprosto.ru