Топливный насос для отопления дома
Santeh-nik.ru

Инженерные системы

Топливный насос для отопления дома

Виды тепловых насосов для дома

Любое жилье нуждается в тепле, а постоянное повышение цен на отопление и горячую воду сильно бьет по карману. Эту проблему может решить тепловой насос для отопления дома. Это система, благодаря которой происходит передача энергии от объекта с низкой температурой, преобразуя ее в более высокую, к конечному потребителю.

Данный агрегат служит для того, чтобы обеспечить жилье теплом без существенных ежемесячных затрат. Не очень приятной особенностью данных насосов является дороговизна их установки. Топливный насос — это целая отопительная система, установка которой требует значительных финансовых затрат. Однако потери от установки теплового насоса быстро окупятся, т.к. ежемесячные отчисления на оплату счетов за потребление электричества будут минимальны.

Устройство теплового насоса

Виды тепловых насосов

Мечта любого домовладельца — недорогая и эффективная система отопления, легкая в эксплуатации, безопасная и способная эффективно отапливать жилье любой площади. Исследования в этом направлении ведутся давно. Вокруг нас всегда была вода, воздух и земля. С недавнего времени человек стал активно использовать энергию, которую могут дать в огромном количестве эти стихии, причем совершенно бесплатно. Именно тепловые насосы для отопления дома и предназначены выбирать энергию воды, либо воздуха, либо земли, и преобразовывать ее в тепло.

Именно источник энергии разделяет топливные насосы на типы:

  • воздух — воздух;
  • вода — вода;
  • земля — воздух;
  • вода — воздух;
  • земля — вода;
  • фреон — вода
  • фреон — воздух

Выбор того или иного теплового насоса зависит от региона проживания, климата, площади помещения и земельного участка, постоянства электрической энергии.

Топливные насосы типа воздух – воздух

Берут энергию из воздуха и обогревают воздух в помещении. Также этот тип может принимать теплый воздух и подавать в помещение холодный (кондиционер). Однако эти тепловые насосы малоэффективны в регионах с низкими температурами, т.к. они просто не смогут обогреть жилье в полной мере. Кроме того, один тепловой насос обычно может обогреть только то помещение, в котором он установлен, поэтому он не подойдет для крупных объектов.

И главный недостаток — высокое потребление электрической энергии по сравнению с другими насосами. Данное устройство имеет очень важный плюс — для него не нужно прокладывать оборудование под землей или в воде. Это наземный агрегат, который достаточно легко и недорого устанавливается. Причем теплоотдача значительно велика, а шум насос практически не выдает.

Тепловые насосы типа земля – воздух

Для низкотемпературных регионов больше подойдут тепловые насосы типа земля — воздух. Именно такой тип агрегатов, поставляющих тепло, используется в скандинавских странах, самых северных регионах планеты. Причиной их популярности в Швеции, Финляндии и Норвегии является то, что их работа не зависит от перемен температур. Трубопровод с антифризом для оборудования заглубляют ниже уровня промерзания грунта, что позволяет брать энергию земли круглый год.

Тепловой насос типа земля — вода

Тепловой насос типа земля — вода, берет энергию из грунта и обогревает жилье, растекаясь по системе отопления. Агрегат представляет собой закрытую кольцевую водяную систему. Такой тип теплового насоса подходит для крупных зданий, имеющих большие площади (офисные здания, гостиницы, торговые центры). Этот тип агрегатов значительно экономичнее, например, агрегатов типа воздух — воздух. Затраты на электричество минимальны.

Тепловой насос земля — вода

Работа теплового насоса

Внутри, например, подземной системы отопления лежит трубопровод. Внутри трубопровода находится теплоноситель. Когда теплоноситель нагревается и проходит через испаритель, он отдает полученное от земли тепло во внутренний контур теплового насоса, в котором находится хладагент. Хладагент закипает при низкой температуре. Когда он проходит через испаритель, то превращается в газ при низкой температуре и низком давлении. В виде газа хладагент попадает в компрессор, где в результате сжатия поднимается его температура. Затем горячий хладагент в виде газа идет в конденсатор. Здесь газ и второй теплоноситель из обратного трубопровода системы отопления обмениваются теплом. После этого тепло идет в жилье, а хладагент снова превращается в жидкость, и все начинается снова.

Принцип работы теплового насоса

По такому же принципу насос охлаждает воздух в помещении. Разница лишь в том, что теперь тепло отдается земле или воде, смотря как устроена система отопления — кондиционирования.

Плюсы тепловых насосов

  • Тепловые насосы очень экономичны. Конечно нужно значительно потратиться на установку такого устройства (установить систему теплового насоса стоит несколько сотен тысяч рублей), но это позволит практически иметь собственную ТЭЦ. Сама установка также потребляет электричество при эксплуатации, но совсем немного. Для поставки 1 кВт тепла устройство затратит только 0.2 — 0.3 кВт электричества. Расходы на обслуживание системы отопления минимальны.
  • Управление работой тепловых насосов для отопления дома происходит автоматически. Каждое устройство имеет внутреннюю систему контроля. Датчики определяют температуру «за бортом» и автоматически выключают систему и включают. Также можно управлять степенью нагрева, делать порог температуры в помещении более или менее высоким
  • Тепловой насос может не только нагревать, но и охлаждать воздух в помещении. Таким образом с установкой топливного насоса вы получите своеобразный климат — контроль вашего дома.
  • Отсутствие вреда для окружающей среды.
  • Индивидуальный подход к установке отопительной системы. Есть всевозможные типы тепловых насосов. Каждый собственник жилья может выбрать любой вариант для себя. Можно использовать и приусадебный грунт, и расположенный рядом водоем и просто окружающий воздух. Это позволяет выбирать установку, цена которой будет доступна конкретному заказчику.
  • Безопасность. В отличие от газовых насосов, данный вид практически безопасен. Он берет энергию извне. Эта энергия совершенно не несет никакой угрозы ни самой установке, ни жилищу.

Экономичность и безопасность теплового насоса

Недостатки топливных насосов

  1. Высокая цена установки теплового насоса.
  2. Зависимость от электрической энергии. Поскольку сама установка должна потреблять электричество для того, чтобы поставлять тепло от природных стихий в дом, нужно учитывать постоянство электричества в доме. Если существуют перебои с электричеством, то стоит отказаться от данного типа отопления.
  3. Необходимость наличия значительной земельной площади для размещения тепловой установки. Чтобы установить тепловой агрегат, необходима очень трудоемкая работа по размещению оборудования под землей или под водой.

Как сделать геотермальный тепловой насос из кондиционера

Любой хозяин частного дома стремится минимизировать расходы на обогрев жилища. В этом плане тепловые насосы существенно выгоднее других вариантов отопления, они дают 2.5—4.5 кВт теплоты с одного потребленного киловатта электричества. Обратная сторона медали: для получения дешевой энергии придется вложить немалые средства в оборудование, самая скромная отопительная установка мощностью 10 кВт обойдется в 3500 у. е. (стартовая цена).

Единственный способ уменьшить затраты в 2—3 раза — сделать тепловой насос своими руками (сокращенно — ТН). Рассмотрим несколько реальных рабочих вариантов, собранных и проверенных мастерами–энтузиастами на практике. Поскольку для изготовления сложного агрегата требуются базовые знания о холодильных машинах, начнем с теории.

Особенности и принцип работы ТН

Чем тепловой насос отличается от других установок для отопления частных домов:

  • в отличие от котлов и обогревателей, агрегат самостоятельно не производит тепло, а подобно кондиционеру перемещает его внутрь здания;
  • ТН получил название насоса, поскольку «выкачивает» энергию из источников низкопотенциального тепла – окружающего воздуха, воды либо грунта;
  • установка питается исключительно электроэнергией, потребляемой компрессором, вентиляторами, циркуляционными насосами и платой управления;
  • работа аппарата основана на цикле Карно, используемом во всех холодильных машинах, например, кондиционерах и сплит-системах.

В режиме обогрева традиционная сплит-система нормально работает при температуре выше минус 5 градусов, на сильном морозе эффективность резко падает

Справка. Теплота содержится в любых веществах, чья температура выше абсолютного нуля (минус 273 градуса). Современные технологии позволяют отнимать указанную энергию у воздуха с температурой до —30 °С, земли и воды – до +2 °С.

В теплообменном цикле Карно участвует рабочее тело – газ фреон, кипящий при минусовой температуре. Поочередно испаряясь и конденсируясь в двух теплообменниках, хладагент поглощает энергию окружающей среды и переносит внутрь здания. В целом принцип действия теплового насоса повторяет работу кондиционера, включенного на обогрев:

  1. Находясь в жидкой фазе, фреон двигается по трубкам наружного теплообменника-испарителя, как изображено на схеме. Получая тепло воздуха или воды сквозь металлические стенки, хладагент нагревается, кипит и испаряется.
  2. Дальше газ поступает в компрессор, нагнетающий давление до расчетного значения. Его задача – поднять точку кипения вещества, чтобы фреон сконденсировался при более высокой температуре.
  3. Проходя через внутренний теплообменник–конденсор, газ снова обращается в жидкость и отдает накопленную энергию теплоносителю (воде) или воздуху помещения напрямую.
  4. На последнем этапе жидкий хладон поступает внутрь ресивера–влагоотделителя, затем в дросселирующее устройство. Давление вещества снова падает, фреон готов пройти повторный цикл.

Схема работы теплового насоса похожа на принцип действия сплит-системы

Примечание. Обычные сплит-системы и заводские теплонасосы имеют общую черту – способность переносить энергию в обоих направлениях и функционировать в 2 режимах – отопление/охлаждение. Переключение реализовано с помощью четырехходового реверсивного клапана, меняющего направление течения газа по контуру.

В бытовых кондиционерах и ТН применяются различные типы терморегулирующей арматуры, снижающей давление хладагента перед испарителем. В бытовых сплит-системах роль регулятора играет простое капиллярное устройство, в насосах ставится дорогой терморегулирующий вентиль (ТРВ).

Заметьте, вышеописанный цикл происходит в тепловых насосах всех типов. Разница состоит в способах подвода/отбора тепла, которые мы перечислим далее.

Читать еще:  Верхний розлив системы отопления многоквартирного дома

Виды дроссельной арматуры: капиллярная трубка (фото слева) и терморегулирующий вентиль (ТРВ)

Разновидности установок

Согласно общепринятой классификации, ТН делятся на типы по источнику получаемой энергии и виду теплоносителя, которому она передается:

  1. Насосы типа «воздух-воздух» наиболее близки к традиционным сплит-системам, разница состоит в площади наружного испарителя. Аппарат отнимает теплоту окружающей среды и напрямую передает воздуху помещения, как происходит в обычном кондиционере.
  2. Конструкция генераторов «воздух–вода» идентична, но предусматривает нагрев воды либо антифриза, циркулирующего по системе отопления жилого дома.
  3. Установка типа «вода-вода» берет низкопотенциальное тепло водоема и передает жидкому теплоносителю. Здесь применяется дополнительный внешний теплообменник из труб, погруженный в колодец, озеро, скважину или канализационный септик. Циркуляцию воды через испаритель обеспечивает второй насос.
  4. Геотермальный ТН использует теплоту грунта и нагревает внутридомовой теплоноситель. Внешний теплообменный контур представляет собой змеевик с антифризом, заглубленный на 1.5—2 м и занимающий большую площадь. Второй вариант – несколько вертикальных зондов из труб, опущенных внутрь скважин на глубину 10—100 метров.

Справка. Разновидности тепловых насосов перечислены в порядке увеличения стоимости оборудования вместе с монтажом. Воздушные установки – самые дешевые, геотермальные – дорогие.

Основной параметр, характеризующий тепловой насос для отопления дома, – коэффициент эффективности COP, равный отношению между полученной и затраченной энергией. Например, относительно недорогие воздушные отопители не могут похвастать высоким COP – 2.5…3.5. Поясняем: затратив 1 кВт электричества, установка подает в жилище 2.5—3.5 кВт теплоты.

Способы отбора тепла водных источников: из пруда (слева) и через скважины (справа)

Водяные и грунтовые системы эффективнее, их реальный коэффициент лежит в диапазоне 3…4.5. Производительность – величина переменная, зависящая от многих факторов: конструкции теплообменного контура, глубины погружения, температуры и протока воды.

Важный момент. Водогрейные тепловые насосы не способны разогреть теплоноситель до 60—90 °С без дополнительных контуров. Нормальная температура воды от ТН составляет 35…40 градусов, котлы здесь явно выигрывают. Отсюда рекомендация производителей: подключайте оборудование к низкотемпературному отоплению – водяным теплым полам.

Какой ТН лучше собирать

Формулируем задачу: нужно построить самодельный тепловой насос с наименьшими затратами. Отсюда вытекает ряд логичных выводов:

  1. В установке придется использовать минимум дорогостоящих деталей, поэтому достичь высокого значения COP не удастся. По коэффициенту производительности наш аппарат проиграет заводским моделям.
  2. Соответственно, делать чисто воздушный ТН бессмысленно, проще пользоваться инверторным кондиционером в режиме обогрева.
  3. Чтобы получить реальную выгоду, нужно изготавливать тепловой насос «воздух – вода», «вода-вода» либо строить геотермальную установку. В первом случае можно добиться COP около 2—2.2, в остальных – достичь показателя 3—3.5.
  4. Без контуров напольного отопления обойтись не удастся. Теплоноситель, нагретый до 30—35 градусов, несовместим с радиаторной сетью, разве только в южных регионах.

Прокладка внешнего контура ТН к водоему

Замечание. Производители утверждают: инверторная сплит-система функционирует при уличной температуре минус 15—30 °С. В действительности эффективность обогрева существенно снижается. По отзывам домовладельцев, в морозные дни внутренний блок подает еле теплый поток воздуха.

Для реализации водяной версии ТН необходимы определенные условия (на выбор):

  • водоем за 25—50 м от жилища, на большем расстоянии потребление электричества сильно вырастет за счет мощного циркуляционного насоса;
  • колодец либо скважина с достаточным запасом (дебетом) воды и место для слива (шурф, вторая скважина, сточная канава, канализация);
  • сборный канализационный коллектор (если вам позволят туда врезаться).

Расход грунтовых вод рассчитать нетрудно. В процессе отбора теплоты самодельный ТН понизит их температуру на 4—5 °С, отсюда через теплоемкость воды определяется объем протока. Для получения 1 кВт тепла (дельту температур воды принимаем 5 градусов) нужно прогнать через ТН около 170 литров в течение часа.

На отопление дома площадью 100 м² потребуется мощность 10 кВт и расход воды 1.7 тонны в час — объем впечатляющий. Подобный тепловой водяной насос сгодится для небольшого дачного домика 30—40 м², желательно – утепленного.

Способы отбора теплоты геотермальным ТН

Сборка геотермальной системы более реальна, хотя процесс довольно трудоемкий. Вариант горизонтальной раскладки трубы по площади на глубине 1.5 м отметаем сразу – вам придется перелопатить весь участок либо платить деньги за услуги землеройной техники. Способ пробивки скважин реализовать гораздо проще и дешевле, практически без нарушения ландшафта.

Простейший тепловой насос из оконного кондиционера

Как нетрудно догадаться, для изготовления ТН «вода – воздух» потребуется оконный охладитель в рабочем состоянии. Очень желательно купить модель, оборудованную реверсивным клапаном и способную работать на обогрев, иначе придется переделывать фреоновый контур.

Совет. При покупке б/у кондиционера обратите внимание на шильдик, где отображены технические характеристики бытового прибора. Интересующий вас параметр – производительность аппарата по холоду (указывается в киловаттах или Британских тепловых единицах – BTU).

При некоторой доле везения вам даже не придется выпускать фреон и перепаивать трубки. Как переделать кондиционер в тепловой насос:

  1. Снимите верхний кожух агрегата и открутите внешний теплообменник от поддона. Аккуратно отодвиньте радиатор, стараясь не перегибать трубки с хладагентом.
  2. Снимите наружную крыльчатку с общего вала.
  3. Изготовьте металлический бак по длине внешнего теплообменника, ширину сделайте на 10—15 см больше. В боковые стенки врежьте штуцеры подачи проточной воды.
  4. Чтобы радиатор не обмерзал, увеличьте площадь обмена, добавив по бокам пластины из меди либо алюминия (в зависимости от материала теплообменника).
  5. Погрузите радиатор в бак, желательно без разрезания фреоновых трубок. Сделайте герметичную крышку и уплотните вводы контура.
  6. Подсоедините к штуцерам шланги подачи и отбора воды, подключите циркуляционные насосы. Наполните и проверьте бак на герметичность.

Рекомендация. Если теплообменник не удается поместить в резервуар без нарушения фреоновых магистралей, постарайтесь эвакуировать газ и разрезать трубки в нужных точках (подальше от испарителя). После сборки водяного теплообменного узла контур придется спаять и заправить фреоном. Количество хладагента тоже указано на табличке.

Теперь остается запустить самодельный ТН и отрегулировать водяной поток, добиваясь максимальной эффективности. Обратите внимание: импровизированный отопитель использует полностью заводскую «начинку», вы только переместили радиатор из воздушной среды в жидкую. Как система работает вживую, смотрите на видео мастера–умельца:

Тепловые насосы для отопления дома

Многие участники нашего портала давно пользуются тепловыми насосами и считают их наилучшим способом отопления. Тепловой насос до сих пор остается дорогим устройством, и срок окупаемости у него большой. Но есть удачные опыты самостоятельного изготовления тепловых насосов: это позволяет избежать каких-то нереальных расходов.

  • Принцип работы теплового насоса
  • Как сделать тепловой насос своими руками
  • Выгодно ли делать тепловой насос

Принцип работы теплового насоса

Объясняя принцип действия теплового насоса, люди часто вспоминают холодильник, где в радиатор на задней стенке сбрасывается тепло, «снятое» с продуктов в камере.

Принцип работы теплового насоса, как холодильника: решетка на его обратной стороне греется, морозилка – охлаждается. Если мы удлиним трубки с фреоном и опустим их в ванну, то вода в ней будет охлаждаться, а решетка холодильника – нагреваться; холодильник будет перекачивать тепло из ванны и греть помещение.

По этому же принципу работают и кондиционеры, и тепловые насосы. Работа приборов основана на цикле Карно.

Теплоноситель движется по грунту или воде, в процессе «снимая» тепло и повышая свою температуру на несколько градусов. В теплообменнике теплоноситель отдает накопленное тепло хладагенту, тот становится паром, поступает в компрессор, где поднимается его температура. В этом виде он поставляется в конденсатор, отдает тепло теплоносителю ОС дома, и охладившись, снова превращается в жидкость и поступает в испаритель, где нагревается от новой порции нагретого теплоносителя. Цикл повторяется.

Мы разберем это на конкретном примере нашего пользователя, который сделал тепловой насос своими руками.

Тепловые насосы работают на энергии природных источников тела:

Собирать тепло с грунта (ниже глубины промерзания его температура всегда около +5 – +7 градусов), можно двумя способами:

  • горизонтальный грунтовый коллектор
  • уложенные горизонтально разными способами трубы.

По трубам течет «рассол» – на FORUMHOUSE часто используют пропиленгликоль, который забирает тепло земли, передает его хладагенту, и остыв, снова отправляется в грунтовый коллектор.

Горизонтальный грунтовый коллектор – самый дешевый способ получения энергии для работы теплового насоса. Проблема в том, что он занимает большую площадь. Чтобы обогреть дом 100 кв.м. потребуется около 5 соток на участке, и над коллектором нельзя будет возводить капитальных строений и сажать деревья с мощной корневой системой.

Люди с небольшими участками вынуждены использовать более дорогой способ – вертикальный грунтовый зонд. Это целая U-образная труба, опущенная на большую глубину (около 150 метров), или несколько таких труб, заглубленных на 20 метров (в итоге это получается дешевле и не требует получения разрешения).

Для экономии места можно бурить маленьким буром много неглубоких скважин. Получится дешевле чем бурить одну большую.

Также для работы теплового насоса используется вода – или из открытого водоема, или из скважины.

Способ устройства теплового насоса для отопления дома «вода- вода» считается самым выгодным (нет расходов на бурение и прокладку траншей), но только если дом, в котором будет установлен тепловой насос, стоит на берегу, не дальше, чем в 50 метрах от водоема. В этом случае трубопровод с «рассолом» опускается на дно реки – и все.

При втором способе необходимо пробурить две скважины: из одной вода будет поступать к тепловому насосу и передавать ему свое тепло, а во вторую будет отправляться уже «отработанная», остывшая вода. Расстояние между скважинами должно быть не менее 20 метров.

Читать еще:  Как установить доп насос в систему отопления

Тепловые насосы «воздух-воздух» эффективны только в южных регионах, где температура зимой не опускается ниже -5 градусов.

Самодельный тепловой насос

При всех преимуществах, которые имеет тепловой насос, цена этого устройства даже без обустройства коллектора составляет несколько тысяч у.е. Сократить расходы можно, сделав его самостоятельно.

Участник FORUMHOUSE c ником Saga сделал тепловой насос для отопления трехуровневого дома площадью 300 квадратных метров, собрав его из компрессора, пластинчатых теплообменников, фильтра-осушителя, ТРВ и других компонентов. В качестве хладагента использовал фреон R22.

На участке на глубине полутора метров проложил два контура трубы ПНД по 450 метров и один контур, на 600 метров, поместил в речку рядом с домом. Копал траншеи и все соединения делал сам – сейчас, с опытом, сделал бы все надежнее и экономнее.

Спустя три года домовладелец не пожалел о своем решении установить тепловой насос. Он смонтировал к нему еще и вентиляцию (ТН подогревает воздух перед рекуператором), а холодным воздухом летом бесплатно остужает дом. Отопление, подогрев воды и кондиционирование обходится ему в 25 000 в год.

На этой исторической фотографии видно, сколько электричества было потрачено за три года на отопление и подогрев воды – 38586 киловат (напомнаем, площадь дома – 300 кв.метров).

Счетчик на фото специально для теплового насоса: когда-то сам не верил .

Соседи, оценив потенциал теплового насоса, сделали себе такие же. Главной ошибкой в устройстве теплового насоса наш пользователь считает чрезмерную длину холодных контуров – 200 метров было бы достаточно. Еще один промах – теплообменник в системе вентиляции, его надо делать с большим запасом; обязательно пригодится.

Все мелкие ошибки связаны с попытками сэкономить.

Не экономьте на диаметре труб, покупайте фирменные фитинги и циркуляционные насосы и будет вам счастье.

Подведение итогов

Участники нашего портала используют тепловой насос, как полноценную систему отопления (а не вспомогательную). По нашим наблюдениям, тепловой насос становится все более популярным способом отопления загородного дома. По отзывам наших пользователей, тепловой насос лучше всего работает в домах с низкими теплопотерями, поэтому в идеале дом нужно «затачивать» под это устройство еще на этапе проектирования. Хорошим вариантом будет каркасник со всеми необходимыми утеплениями, мембранами и пленками, или каменный дом. Второй момент: тепловой насос наиболее эффективен в альянсе с низкотемпературными отопительными приборами, так что лучше сразу ориентироваться на теплый пол.

На FORUMHOUSE можно найти огромное количество информации для тех, кто решится сделать тепловой насос своими или чужими руками. Есть рекомендации по правильному устройству геотермального контура теплового насоса, бесценные подсказки для самостоятельного изготовления теплового насоса, инструкции по проектированию тепловых насосов, узнайте, как сделать самую бюджетную, «народную» систему отопления на основе теплового насоса, посмотрите наше видео про дом, который успешно отапливается тепловым насосом.

Тепловые насосы — отопление без использования топлива

Самый древний и традиционный способ получения тепла – сжигание топлива – был известен еще древнему человеку с момента, как он открыл для себя огонь. Этот метод и поныне является, чуть ли не единственным вариантом отопления. Причем за всю историю человеческой цивилизации он не претерпел существенных изменений. Расширился лишь ассортимент сжигаемого топлива, а сам процесс стал более совершенным, основанным на новейших разработках в этой области. В последнее время наука закономерно занялась вопросом, как получить отопление без топлива,и какие альтернативные источники обогрева можно использовать.

Связано это с тем, что данный тип получения тепла влечет за собой ряд проблем, которые отодвигаются на второй план на фоне неуклонного подорожания существующих источников тепловой энергии. В первую очередь, это разрушительное воздействие на экологию и, как следствие, на здоровье человека. А также возрастание потенциальной опасности экологической катастрофы мирового масштаба, когда существование людей на планете станет невозможным.

Второй момент заключается в том, что запасы используемого топлива рано или поздно закончатся. Эти две причины и вынудили ученых искать альтернативные варианты обогрева. Одним из результатов подобных изысканий, получившим уже мировое практическое применение, стало появление тепловых насосов.

Устройство и принцип действия

Работа любого устройства основана на использовании законов физики. Так и принцип действия теплового насоса базируется на свойствах газов и жидкостей, а также на принципах термодинамики этих сред. При испарении – переходе жидкости в газообразное состояние – энергия, или тепло поглощается. При конденсации – переходе газообразных веществ в жидкое состояние – наоборот, выделяется. Наиболее интенсивно процесс испарения происходит при температуре кипения и близкой к этой отметке. В нормальных условиях вода закипает при 100 0 С.

Однако есть вещества, закипающие при гораздо более низких температурах. Например, небезызвестный фреон начинает кипеть при +3 0 С, что значительно ниже комнатной температуры. Это значит, что при +3 0 С он превращается из жидкости в газ, который легко подвергнуть сжатию (проще, чем жидкость) – то есть увеличить его давление в замкнутой системе, что, согласно законам термодинамики, приведет к росту температуры.

Сжать газообразный фреон теоретически можно до получения любой высокой температуры. На практике же больший интерес представляет нагрев до значений традиционных систем отопления, например до +80 0 С, что вполне возможно. На использовании этих важных процессов и свойств построена работа тепловых насосов.

В земной толще на определенной глубине температура всегда постоянна, независимо от времени года и других обстоятельств, и равна +8 0 С. Проложенные в этих слоях коллекторы из труб с циркулирующей по ним незамерзающей жидкостью забирают тепло земли. Через теплообменник эта жидкость нагревает фреон, перемещающийся по контуру теплового насоса.

При температуре +8 0 С фреон, естественно, трансформируется в газообразное состояние. Этот газ сжимают компрессором для нагревания до температуры 80 0 С. Он отдает это тепло системе отопления через другой теплообменник и с гораздо меньшей температурой, но с прежним высоким давлением поступает в дроссель, где его давление резко снижают. Вследствие этого температура также быстро понижается до значений перехода фреона обратно в жидкое состояние. Он снова отправляется в теплообменник для получения тепла земли, замыкая тем самым цикл.

В данном случае земля является так называемым источником температуры низкого уровня. К ним также относятся вода водоемов, подземные воды и даже воздух, так как у всех них своя определенная температура. Общеизвестно, что примерно 70% поверхности земли занято водой, что означает наличие у человека колоссальных запасов тепловой энергии, подаренных природой. Назначение насоса — преобразование теплоты этих источников в тепло высокого уровня — 70–80 0 С.

Теорию применяемого в тепловом насосе процесса впервые описал французский ученый Карно в 1824 г. Процесс назвали «цикл Карно». В 1852 г. британец Уильям Томсон, основываясь на этой теории, разработал первый тепловой насос, получивший известность как «умножитель тепла». А в 1855 г. австрийский инженер Петер Риттер фон Риттингер спроектировал первый тепловой насос и испытал его.

С этой технологией мы ежедневно сталкиваемся в повседневной жизни, так как она используется в ставших обычными для нас холодильниках. В испарителе – холодильной камере этого устройства — забирается тепло продуктов, и они охлаждаются. Хладагент (фреон) переносит и рассеивает полученное тепло через радиатор в атмосферу. Потребляемая холодильником электроэнергия расходуется только на перемещение фреона по системе с помощью компрессора.

Типы тепловых насосов

Источниками низкоуровневого тепла могут быть:

  • вода любых наземных водоемов
  • подземные воды
  • земля
  • воздух

Исходя из этого, а также учитывая вид теплоносителя в системе отопления помещений, определяют тип насоса. Когда источником является земля, а обогрев производится водяной отопительной системой, то тип насоса классифицируют как «грунт-вода».

Аналогично выделяют типы тепловых насосов «вода-вода», «воздух-вода», «грунт-воздух», «воздух-воздух» и «вода-воздух». Насосы, использующие земное тепло, называют также геотермальными, а тепло воздуха — воздушными.

Преимущества и недостатки

Достоинства тепловых насосов:

Недостатки насосов

К недостаткам устройства следует отнести:

  • Высокую стоимость оборудования по сравнению с иными известными видами отопления.
  • Необходимость индивидуальных сложных расчетов для каждого отдельного случая применения.
  • Невозможность использования теплового насоса в отдельно взятой квартире многоквартирного дома.

На сегодняшний день цена насосов такова, что является главным фактором, сдерживающим их широкое применение. В нее входит много составляющих, и она различна для каждого отдельного случая.

Для максимальной эффективности отопления необходим тщательный расчет самого насоса. Также требуется исследование источников низкоуровневого тепла — это тоже приличные затраты. Стоимость монтажа значительно увеличивает бурение скважин или закладка коллекторов в землю на большую глубину. Поэтому самые доступные по цене устройства — воздушные, установка которых не требует подобных работ.

Средняя стоимость использования тепловых насосов, по данным разных компаний, находится в пределах от 600 до 1200 евро из расчета на 1кВт необходимой для отопления мощности. По различным производителям стоимость также имеет достаточно широкий диапазон и зависит от конструкции, применяемых материалов, степени автоматизации и ряда других факторов.

Перспективы

У тепловых насосов, несомненно, большое будущее. Мировая практика подтверждает это показателями неуклонного роста количества устанавливаемых ежегодно устройств. Высокая стоимость все же окупается по прошествии нескольких лет эксплуатации, а некоторые европейские страны датируют установку насосов, которые являются источником очень дешевого тепла на десятилетия. В среднем, потребляя 1 кВт электроэнергии для работы, насос вырабатывает 4—5 кВт тепловой энергии.

Читать еще:  Не греет радиатор отопления в частном доме

На сегодняшний день:

  • В Швеции 70% тепла генерируется этими устройствами, и ежегодно устанавливается до 150 тыс. новых. Правительством страны поставлена задача — до 2020 года исключить полностью зависимость государства от газа и нефти и потреблять энергию только возобновляемых источников. Тепловым насосам отведена ведущая роль в этих планах.
  • В Финляндии и Норвегии в год устанавливают до 100 тыс. устройств. В Австрии, Испании, Германии и Англии выделяются государственные дотации на установку насосов — до 3000 евро на одно частное домовладение.
  • В Швейцарии приходится один насос на 2 кв.км территории, а по количеству устройств на 1000 населения страна занимает одно из лидирующих мест в Европе.
  • В США производят ежегодно до 1 млн. устройств (в основном, воздушных, исходя из климата), которые заменяют старую систему отопления или устанавливаются в новых постройках. При возведении новых общественных сооружений используют исключительно тепловые насосы, и это положение закреплено Федеральным законодательством страны.
  • Мировой Энергетический Комитет составил прогноз, согласно которому к 2020 году в наиболее развитых странах снабжение теплом от насосов составит 75%.

Виды и технологии монтажа насоса отопления

Современные тепловые насосы для отопления дома — берем энергию у планеты

Как своими руками сделать эффективное отопление в собственном доме?

Малоизвестные новые технологии в отоплении

Отопление дома посредством электрической энергии

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

Земля – источник неисчерпаемой тепловой энергии, применение которой в быту экологично и экономно.

Нашим подписчикам — скидки на товары для отопления и водоснабжения.

Источником тепла для насосов типа “рассол/вода” является постоянно положительная температура земли.

Источником тепла для насосов типа “вода / вода” являются грунтовые воды.

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

+ 7 (495) 369-37-99
(круглосуточно)

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.

Это интересно!

Впервые в Москве теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома была сдана в эксплуатацию в микрорайоне Никулино-2 в 2002 г. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.

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.

Объ­ем меж­ду­на­род­но­го рын­ка теп­ло­вых на­со­сов тро­е­крат­но пре­вы­ша­ет ры­нок во­ору­же­ний и со­став­ля­ет $125 мл­рд. По про­гно­зам Ми­ро­во­го энер­ге­ти­чес­ко­го со­ве­та (World Energy Council – WEC), к 2020 го­ду 3/4 со­во­куп­но­го теп­ло­с­наб­же­ния в ми­ре бу­дет обес­пе­чи­вать­ся теп­ло­вы­ми на­со­са­ми раз­лич­ных ти­пов. Стра­ны Скан­ди­на­вии уже сей­час вы­хо­дят на эти про­гноз­ные дан­ные. В США фе­де­раль­ным за­ко­но­да­тельст­вом за­креп­ле­но обес­пе­че­ние всех но­вых об­щест­вен­ных зда­ний ис­клю­чи­тель­но теп­ло­вы­ми на­со­са­ми, а пра­ви­тельст­во Гер­ма­нии да­ти­ру­ет каж­дый ки­ло­ватт ус­та­нав­ли­ва­е­мой мощ­нос­ти теп­ло­на­сос­ных сис­тем в раз­ме­ре €200. Как вид­но из при­ве­ден­ных цифр, ры­нок теп­ло­вых на­со­сов пе­ре­жи­ва­ет на­сто­я­щий бум.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector