Виды тепловых насосов для отопления дома

В каждом современном частном доме есть отопительная система. Сегодня есть много новых разработок, чтобы отапливать частный дом и при этом получать минимальные денежные затраты. Этого можно достичь, используя альтернативные источники энергии. А используется такая энергия с помощью теплового насоса, который можно приобрести в виде готового прибора или соорудить своими руками.

Принцип работы

Устройство теплового насоса позволяет забирать энергию земли, а также воздуха и воды, преобразовывая ее в тепло, либо в холод, исходя из текущих потребностей владельца. При этом, в зимний период происходит обогрев дома, а в летний – его охлаждение, когда система работает как кондиционер. Кроме этого, оборудование способно обеспечить потребности домочадцев в горячей воде, предназначенной для хозяйственных нужд. Принцип функционирования тепловых насосов во многом схож на работу холодильных компрессоров.

Подземные недра способны аккумулировать тепло и поддерживать постоянную температуру на определенной глубине на протяжении всего года, что дает преимущества в использовании их энергии.

Схематично работу теплового насоса, предназначенногодля отопления, можно представить следующим образом:

  • теплоноситель на несколько градусов нагревается в трубах, уложенных в грунте или воде;
  • через теплообменник, он же испаритель, энергия передается на внутренний закрытый контур;
  • вещество с низкой температурой кипения, называемое хладагент, подогревается в испарителе и превращается в газообразное состояние, после чего поступает в компрессорный отсек;
  • под действием высокого давления вещество в компрессоре сжимается, а его температура повышается буквально на несколько градусов;
  • газообразный хладагент под давлением выталкивается в конденсаторный отсек, отдавая тепло в отопительную систему через теплоноситель, охлаждается и осаждается в камере в виде конденсата;
  • превратившееся в жидкообразное состояние вещество возвращается в исходное положение.

Тепловые насосы не вырабатывают тепло за счет электроэнергии, она требуется только для его перемещения. При потреблении одного киловатта электричества вырабатывается 5-6 киловатт тепловой мощности.

В качестве низкопотенциальных энергоисточников используют:

  • грунт;
  • воздух;
  • скважины;
  • водоемы.

В летний период времени некоторые модели тепловых насосов функционируют как кондиционеры. Их работа построена на описанном выше принципе, только по обратной схеме.

Тепловые насосы не зависят от поставок газа и других источников энергии, но они нуждаются в незначительном объеме электроэнергии. Устройства выгодны в эксплуатации, но цена на них пока еще слишком высока, да и окупаются они не настолько быстро, как хотелось бы. Нередки случаи, когда наряду с тепловым насосом для обогрева дома большой площади используют солнечные батареи, установленные на крыше строения.

Как работают воздушные тепловые насосы для отопления дома

  • Абсолютно любое тело, даже холодное имеет какое-то содержание тепловой энергии. Задача насоса всю тепловую энергию из зимнего воздуха передать в помещение.
  • В части, которая расположена на улице есть специальный змеевик с отпаривателем содержащий фреон. Фреон – это вещество имеющее свойство деформироваться в газ и обратно. При его испарении происходит поглощение тепла даже при минусе.
  • Газ из фреона проходит в компрессор, под высоким давлением преобразуется обратно в жидкое состояние.
  • Под воздействием давления фреон окончательно переходит в жидкое состояние, отдав всю тепловую энергию, получившую на улице.
  • Образуется возврат фреона обратно.

Мощность теплового насоса зависит от температуры на улице. Поэтому многие насосы можно использовать с дополнительными системами нагрева воздуха.

Преимущества

Как рекламируется, что самое главное преимущество в экономии. Эффективность теплового насоса зависит от следующих факторов:

  • Параметры нижних границ уменьшения тепла в естественных условиях
  • Минимум различий в температуре, в таком случае отдача тепла будет совсем малой
  • Степень потребления и отдачи теплоэнергии
Читайте также:  15 Лучших аккумуляторных шуруповертов для дома

Правильность применения насоса зависит от факторов

  1. В регионах с холодными зимами тепловой насос не покажет хороших результатов. Он просто не сможет отобрать достаточно тепла для того, чтобы обогреть комнату.
  2. При увеличении объема пространства растут и запросы насоса. Увеличиваются теплообменники, количество зондов и т. д. В определенный момент содержание воздушного, теплового насоса станет просто невыгодным. Гораздо дешевле выйдет другая отопительная система
  3. Чем сложнее устройство, тем выше будет цена на ее ремонт. Это дополнительный минус в случае увеличения площади отапливаемого пространства.

ВНИМАНИЕ! В общем использовать тепловой насос в качестве основного отопительного средства будет правильным лишь в редких случаях. Поэтому рекомендуется подходить к этому вопросу комплексно.

Основные характеристики

В общем, логичность установки теплового насоса для обогрева оценивается по стоимости, в которую входят:

  1. Цена покупки самого насоса,
  2. Затраты для монтирования, ведь могут понадобиться дополнительные земельные работы.
  3. Стоимость регулярного обслуживания.
  4. Стоимость на ремонт и устранение неполадок.

Преимущества и недостатки

Тепловые насосы – это оборудование для отопления дома, которое имеет достаточно много преимуществ. К ним можно отнести:

  • Установка такого оборудования может осуществляться в любой точке земного шара, то есть в любых климатических условиях можно использовать альтернативную энергию.
  • Экологичность. Эти установки не загрязняют атмосферу.
  • Эффективность отопления загородного дома тепловым насосом при минусовых температурных режимах. Но практика показывает, что при сильных морозах отопительный процесс не слишком качественный.
  • В летнее время некоторые модели можно использовать как кондиционер, то есть воздушная установка работает и на охлаждение.
  • Использование не только для отопления, но и для других нужд, то есть ГВС и «теплый пол».
  • Большой срок эксплуатации. Только если сделан правильный расчет мощности оборудования.

К преимуществам можно отнести и то, что сконструировать тепловой насос можно своими руками, произведя правильные расчеты. Если приобрести готовую установку, то она оснащена автоматикой.

Также все производители относят к преимуществам тепловых агрегатов, то, что они очень экономичны, так как с ними можно сэкономить на топливе или коммунальных счетах на отопление. Но с этим фактом можно поспорить, так как сама установка имеет большую стоимость и при минусовой температуре (около -50С) такой тепловой насос потребляет в 2 раза больше электроэнергии.

К недостаткам отопления частного дома тепловым насосом относятся:

  • Не во всех населенных пунктах есть специализированные компании, которые устанавливают и обслуживают такие установки. Очень важно, чтобы расчет мощности и т.д. делали квалифицированные специалисты.
  • Не всегда это оборудование может быть установлено, этому могут способствовать различные технические параметры.
  • Высокая стоимость самого агрегата.

Особенности функционирования

Как работает тепловой насос для отопления дома? Многие даже не подозревают, что с принципом работы этого агрегата они знакомы с детства. В любом доме есть обыкновенный холодильник – функционирует он благодаря абсолютно тем же физическим законам, что и тепловой насос. Только задача его не обогревать, а охлаждать.

Внутри стандартного теплового насоса есть:

  • испаритель – теплообменник, где рассеянное уличное тепло отдается хладагенту (чаще всего это фреон);
  • компрессор – нужен для сжатия хладагента, в результате чего у того повышается температура;
  • конденсатор – теплообменник отопительного контура, бойлер для подогрева воды либо воздуха;
  • расширительный, дроссельный клапан – служит для уменьшения давления хладагента перед впрыском его в испаритель.

Изнутри все это функционирует так. Жидкость с плюсовой температурой пропускают через испаритель, где она охлаждается хладагентом на какие-то 5-10 С. Далее эти небольшие градусы оказываются в компрессоре, где фреон сжимается. Это приводит к повышению его температуры.

Читайте также:  Как правильно выбрать краску для краскопульта

А затем в конденсаторе происходит отдача всего этого тепла воде, которую используют для горячего водоснабжения или контура отопления. Либо напрямую с помощью комнатного конвектора нагревают воздух в жилых помещениях.

Различаются четыре основных вида:

  1. Вода-Воздух.
  2. Грунт-Вода.
  3. Воздух-Воздух.
  4. Вода-Вода.

Первым идет источник рассеянного тепла: грунт, атмосферный воздух либо вода из любого близлежащего водоема. А вторым теплоноситель, с помощью которого полученная теплоэнергия распределяется по жилищу. Это может быть вода в батареях или сам комнатный воздух.

Внешне же отопление дома с помощью тепловых насосов выглядит следующим образом:

  • на улице монтируется зонд для забора тепла (разветвленная система труб в грунте или водоеме либо воздушный насос);
  • в подсобном помещении устанавливается как таковой вышеописанный тепловой насос с испарителем и бойлером;
  • и тепловой контур для распределения теплоэнергии по строению.

Разобравшись с принципом работы теплового насоса для отопления дома можно перейти к рассмотрению всех его плюсов и недостатков.

Тепловые насосы и их эффективность

Тепловые насосы для отопления характеризуются таким понятием, как коэффициент преобразования тепла. Именно по нему определяют, насколько эффективно работает оборудование. Он определяется по формуле:

E = T2/(T2-T1)

Где,

T2 – температура конденсации газа, K

T1 – температура перехода холодильного агента из жидкого в парообразное состояние, K

В идеальных условиях Т1 = 278К (+5°C), T2 = 328K (55°С). Согласно имеющимся данным E (коэффициент преобразования тепла) будет равняться 6,56. Но такой коэффициент может дать только совершенное устройство.

Тепловой насос также можно использовать, как кондиционер.

В реальных условиях эффективность работы теплового насоса отклоняется от идеального значения. Чем меньше разница между реальным и идеальным значениями коэффициента преобразования тепла насоса, тем эффективнее он работает.

Тепловой насос для отопления дома с каждым годом набирается все большую популярность, несмотря на его высокую закупочную цену. Ведь он, в конечном счете, помогает сэкономить существенную сумму денег. В результате его использование для отопления дома потребляется меньшее количество таких энергоносителей, как газ, электричество, твердое или жидкое топливо, за которые нужно ежемесячно платить.

Выводы и рекомендации

Рассмотренные выше виды техники применяют на практике за рубежом в широких масштабах. У нас ее использование ограничено отсутствием долговременного опыта и суровыми климатическими условиями. После точного расчета получится найти тепловой насос с ценой под ключ, соответствующей определенным требованиям. Самостоятельно создать эффективную автономную систему отопления можно. Но для этого лучше использовать не бытовой холодильник, а качественный проект и специализированное оборудование.

Достоинства и недостатки тепловых насосов

Теплонасосы просты в применении и практически бесшумны. Безопасны и надежны, в доме с такой системой высокий уровень противопожарной безопасности. При эксплуатации собственной системы отопления и кондиционирования, расходы на теплоэнергию значительно ниже, чем при использовании других систем. Во многих моделях предусмотрена не только функция обогрева, но и охлаждения.

Самым главным недостатком использования такой системы является высокая стоимость оборудования и, в некоторых случаях, монтажа. Сумма, вложенная в установку отопительной системы, может отбиваться годами. В некоторых случаях дешевле использовать альтернативные источники энергии. Еще одним минусом, в старых модификациях теплонасосов, является недостаточный прогрев воды, всего лишь до уровня 60℃. Но новинки, представленные сегодня на рынке, не обладают этим изъяном.

Где купить понравившееся оборудование, выбирать придется самим. Некоторые модели можно заказать как в розничных сетях, так и в интернет-магазине. Сегодня представлено много ресурсов, на которых можно найти подробное описание модели, средний уровень цен, также полезные отзывы обладателей.

Читайте также:  Как сделать колпак на трубу дымохода своими руками?

х

Расчет горизонтального коллектора теплового насоса

Эффективность горизонтального коллектора зависит от температуры среды, в которую он погружен, ее теплопроводности, а также площади контакта с поверхностью трубы. Методика расчета достаточно сложна, поэтому в большинстве случаев пользуются усредненными данными.

Считается, что каждый метр теплообменника обеспечивает ТН следующую тепловую мощность:

  • 10 Вт – при заглублении в сухой песчаный или каменистый грунт;
  • 20 Вт – в сухом глинистом грунте;
  • 25 Вт – во влажном глинистом грунте;
  • 35 Вт – в очень сыром глинистом грунте.

Таким образом, для расчета длины коллектора (L) следует потребную тепловую мощность (Q) разделить на теплотворную способность грунта (p):

L = Q / p.

Приведенные значения можно считать действительными только при соблюдении следующих условий:

  • Участок земли над коллектором не застроен, не затенен и не засажен деревьями или кустами.
  • Расстояние между соседними витками спирали или участками «змейки» составляет не менее 0,7 м.

Тепловой насос из кондиционера

Современные сплит-системы, особенно инверторного типа, успешно выполняют функции того же теплового насоса воздух – воздух. Их проблема в том, что эффективность работы падает вместе с наружной температурой, не спасает даже так называемый зимний комплект.

Тепловой насос из кондиционера

Домашние умельцы подошли к вопросу иначе: собрали самодельный тепловой насос из кондиционера, отбирающий теплоту проточной воды из скважины. По сути, от кондиционера тут используется только компрессор, иногда – внутренний блок, играющий роль фанкойла.

Тепловой насос из кондиционера

По большому счету, компрессор можно приобрести отдельно. К нему потребуется сделать теплообменник для нагрева воды (конденсатор). Медная трубка с толщиной стенки 1—1.2 мм длиной 35 м наматывается для придания формы змеевика на трубу диаметром 350—400 мм или баллон. После чего витки фиксируются перфорированным уголком, а затем вся конструкция помещается в стальную емкость с патрубками для воды.

Тепловой насос из кондиционера

Компрессор из сплит-системы присоединяется к нижнему вводу в конденсатор, а к верхнему подключается регулирующий клапан. Таким же образом изготавливается испаритель, для него сгодится обычная пластиковая бочка. Кстати, вместо самодельных емкостных теплообменников можно использовать заводские пластинчатые, но это обойдется недешево.

Тепловой насос из кондиционера

Сама по себе сборка насоса не слишком сложна, но здесь важно уметь правильно и качественно пропаивать соединения медных трубок. Также для заправки системы фреоном потребуются услуги мастера, не станете же вы специально покупать дополнительное оборудование. Дальше – этап наладки и пуска теплового насоса, который далеко не всегда проходит удачно. Возможно, придется немало повозиться, чтобы добиться результата.

Расчет параметров системы

Мощность, которую потребует самодельный тепловой насос, можно рассчитать из соотношения:

R = (k * v * T)/860, где

R мощность, необходимая для обогрева помещения

k коэффициент для учета тепловых потерь зданием (1 – качественно утепленное помещение, 4 – дощатый барак);

v – общий объем помещения, подлежащего отоплению;

T наибольший перепад температур внешнего мира и внутридомового пространства;

860 – коэффициент перевода результата расчета в кВт из ккал.

В качестве примера приведем расчет для дома 200 квадратных метров с высотой потолков 2,8 метра:

R = 1 * 200*2,8 * (22 — -25)/860 = 560 * 47 /860 = 30,6 кВт.

Целесообразно использовать теплонасос с запасом мощности 10 – 12%, то есть – порядка 35 кВт.

Нужно обратить внимание на такой показатель, как разность наружной и внутренней температур. Если брать подогретый воздух из окружающего пространства с температурой порядка 7оС, показатель разности составит (22 – 7) 15 градусов, а мощность теплонасоса составит 9,8 кВт. Сравните два этих показателя и почувствуйте разницу при использовании тепла окружающего пространства.