принцип работы для отопления дома :: SYL.ru
Сегодня тема отопления так называемого частного сектора крайне актуальна. Как показывает практика, там не всегда есть газопровод, поэтому люди вынуждены искать альтернативные источники тепла. Давайте в данной статье поговорим о том, что такое грунтовый геотермальный теплонасос или, как его называют в быту — тепловой насос. Принцип работы данного агрегата известен далеко не каждому, ровно как и его конструкция. С этими моментами мы и попытаемся разобраться.
Что нужно знать?
Вы можете говорить о том, что раз тепловые насосы такие эффективные, то почему так слабо распространены. Все дело заключается в высокой стоимости оборудования и монтажа. Именно по этой простой причине многие отказываются от данного решения и выбирают, скажем, электрические или угольные котлы. Тем не менее отбрасывать данный вариант не стоит по многим причинам, о чем мы обязательно скажем в данной статье. Тепловые насосы после установки становятся весьма экономичными, так как используют энергию грунта. Геотермальный насос — это 3 в 1. Он сочетает в себе не только отопительный котел и систему ГВС, но и кондиционер. Давайте поближе познакомимся с данным оборудованием и рассмотрим все его сильные и слабые стороны.
Принцип действия агрегата
Принцип работы теплового насоса для отопления заключается в использовании разности потенциалов тепловой энергии. Именно поэтому подобное оборудование может применяться в любой среде. Главное, чтобы её температура была не менее 1 градуса по Цельсию.
Мы имеем теплоноситель, который движется по трубопроводу, где, собственно, и нагревается на 2-5 градусов. После этого теплоноситель поступает в теплообменник (внутренний контур), где отдает собранную энергию. В это время во внешнем контуре есть хладагент, который имеет низкую температуру кипения. Соответственно, он превращается в газ. Поступая в компрессор, газ сжимается, в результате чего его температура становится еще выше. Дальше газ идет на конденсатор, где теряет свое тепло, отдавая его системе отопления. Хладагент приобретает жидкое состояние и поступает обратно во внешний контур.
Вкратце о видах тепловых насосов
Сегодня известно несколько популярных конструкций геотермальных насосов. Но при любом раскладе их принцип действия можно сравнивать с работой холодильной техники. Именно поэтому независимо от вида насос в летнее время может быть использован в качестве кондиционера. Так вот, тепловые насосы классифицируются по тому, откуда они могут добывать тепло:
- Из грунта;
- Из водоема;
- Из воздуха.
Первый вид наиболее предпочтителен в холодных регионах. Дело в том, что температура воздуха зачастую опускается до -20 и ниже (на примере РФ), а вот глубина промерзания грунта обычно несущественная. Что касается водоемов, то они есть не везде, да и использовать их не слишком целесообразно. В любом случае, лучше выбирать грунтовый тепловой насос для отопления дома. Принцип работы агрегата мы немного рассмотрели, поэтому идем дальше.
«Грунт-вода»: как лучше разместить?
Получение тепла из грунта считается наиболее целесообразным и рациональным. Обусловлено это тем, что на глубине 5 метров практически не происходит температурных колебаний. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость. Её принято называть рассолом. Она является полностью экологически безопасной.
Что касается метода размещения, то есть горизонтальный и вертикальный. Первый вид характерен тем, что пластиковые трубы, представляющие внешний контур, укладываются на площади горизонтально. Это весьма проблематично, так как работы по укладке должны проводиться на площади 25-50 квадратных метров. В случае с вертикальным расположением бурятся вертикальные скважины глубиной 50-150 метров. Чем глубже будут уложены зонды, тем эффективней будет работать геотермальный тепловой насос. Принцип работы мы уже рассмотрели, а сейчас поговорим еще о важных деталях.
Тепловой насос «Вода-вода»: принцип работы
Также не стоит сразу отбрасывать возможность использования кинетической энергии воды. Дело в том, что на большой глубине температура остается достаточно высокой и изменяется в небольших диапазонах, если это вообще происходит. Вы можете пойти несколькими путями и использовать:
- Открытые водоемы, такие как реки и озера.
- Грунтовые воды (скважина, колодец).
- Сточные воды пром.циклов (обратное водоснабжение).
С экономической и технической точки зрения проще всего наладить работу геотермального насоса в открытом водоеме. При этом существенных конструктивных отличий между насосами «грунт-вода» и «вода-вода» нет. В последнем случае погружаемые в открытый водоем трубы снабжаются грузом. Что касается использования грунтовых вод, то конструкция и монтаж более сложные. Необходимо выделить отдельную скважину для сброса воды.
Принцип работы теплового насоса «Воздух-вода»
Такой тип насосов считается одним из наименее эффективных по целому ряду причин. Во-первых, в холодное время года температура воздушных масс существенно понижается. В конечном итоге это приводит к уменьшению мощности насоса. Он может не справиться с отоплением большого дома. Во-вторых, конструкция более сложная и менее надежная. Тем не менее расходы на монтаж и обслуживание существенно снижаются. Это обусловлено тем, что вам не нужен водоем, колодец, а также не требуется копать траншеи под трубы на дачном участке.
Размещается система на крыше здания или в другом подходящем месте. Стоит заметить, что подобная конструкция имеет один существенный плюс. Он заключается в возможности использования отработанных газов, воздуха, который покидает помещение, повторно. Этим можно компенсировать недостаточную мощность оборудования в зимний период.
Насосы «воздух-воздух» и кое-что еще
Подобные установки встречаются еще реже, нежели «Воздух-вода», на что есть целый ряд причин. Как вы уже догадались, в нашем случае в качестве теплоносителя используется воздух, который нагревается от более теплой воздушной массы из окружающей среды. Есть большое количество недостатков такой системы, начиная от низкой производительности и заканчивая высокой стоимостью.Тепловой насос «воздух-воздух», принцип работы которого вы знаете, неплох только в теплых регионах.
Тут есть и сильные стороны. Во-первых, дешевизна теплоносителя. Скорее всего, вы не столкнетесь с проблемой течи воздухопровода. Во-вторых, эффективность такого решения крайне высока в весенне-осенний период. Зимой же использовать воздушный тепловой насос, принцип работы которого мы рассмотрели, нецелесообразно.
Самодельный тепловой насос
Проведенные исследования показали, что срок окупаемости оборудования напрямую зависит от отапливаемой площади. Если речь идет о доме в 400 квадратных метров, то это примерно 2-2,5 года. А вот для тех, кто имеет жилье площадью поменьше, вполне можно использовать самодельные насосы. Может показаться, что сделать такое оборудование сложно, но на самом деле это несколько не так. Достаточно закупить необходимые комплектующие, и можно приступать к монтажу.
Первым делом приобретается компрессор. Можно взять такой, какой на кондиционере. Монтируют его аналогичным образом на стену здания. Помимо этого, нужен конденсатор. Его можно соорудить самостоятельно или же купить. Если пойти первым методом, то понадобится медный змеевик толщиной не менее 1мм, его помещают в корпус. Это может быть подходящий по габаритам бак. После монтажа бак сваривается, и делаются нужные резьбовые соединения.
Заключительная часть работ
При любом раскладе на окончательной стадии вам потребуется нанять специалиста. Именно знающий человек должен осуществлять пайку медных трубок, закачку фреона, а также первый запуск компрессора. После сборки всей конструкции её подключают к внутренней системе отопления. Наружный контур устанавливается в последнюю очередь, а его особенности зависят от типа используемого теплового насоса.
Не стоит упускать из виду такой важный момент, как замена устаревшей или поврежденной проводки в доме. Специалисты рекомендуют устанавливать счетчик мощностью не менее 40 ампер, чего должно быть вполне достаточно для эксплуатации теплового насоса. Не лишним будет отметить, что в некоторых случаях подобное оборудование не оправдывает ожидания. Это обусловлено, в частности, неточными термодинамическими расчетами. Чтобы не случилось так, что вы потратили кучу денег на отопление, а зимой пришлось поставить угольный котел, обращайтесь в проверенные организации с положительными отзывами.
Безопасность и экологичность прежде всего
Отопление с помощью описанных в данной статье насосов является одним из наиболее экологических методов. Обусловлено это по большей части сокращением выбросов в атмосферу углекислых газов, а также сбережением невосстанавливаемых энергоресурсов. Кстати, в нашем случае используются возобновляемые ресурсы, поэтому бояться, что тепло вдруг закончится, не стоит. Благодаря использованию вещества, кипящего при низких температурах, появилась возможность реализовать обратный термодинамический цикл и при меньших затратах энергии получать достаточное количество тепла в дом. Что касается пожаробезопасности, то тут и так все понятно. Нет вероятности утечки газа или мазута, взрыва, нет опасных мест для хранения горючих материалов и многое другое. В этом плане тепловые насосы очень хороши.
Заключение
Теперь вы полностью знакомы с тем, что такое и каким может быть тепловой насос (принцип работы). Своими руками подобный агрегат сделать можно, а в некоторых случаях даже нужно. В этом случае вы можете сэкономить порядка 30% средств на покупку оборудования. Но опять же монтажными работами желательно должен заниматься специалист, это же касается и проводимых расчетов.
Как ни крути, сегодня это еще достаточно дорогостоящий вид отопления с большим сроком окупаемости. В большинстве случаев куда проще провести газ или топить углем или дровами. Тем не менее для больших загородных домов это очень перспективный вид отопления. Его говорить об экономичности оборудования, то получается что на 1 кВт потраченной энергии мы получаем порядка 5-7 кВт тепловой. По охлаждению это 2-2,5 кВт на выходе, что тоже очень даже неплохо. Стоит отметить еще и бесшумность работы насоса. Вот, в принципе, и все, что можно рассказать по данной теме.
www.syl.ru
Тепловой насос для отопления дома. Принцип работы
В условиях растущих цен на топливо многие задумываются о снижении расходов. Учёные ломают голову над получением дешёвой энергии и максимальном использовании сил природы. Именно на простых законах физики и использовании природных стихий построен принцип действия теплового насоса.
Содержание статьи
Понятие теплового насоса и принцип его работы
Если сильно упростить структуру насоса, производящего тепло, то получится работа холодильника или кондиционера, но в более глобальном масштабе. Такая тепловая установка не требует топливного котла. Её нужно правильно смонтировать и подключить к источнику электропитания. Это вовсе не обозначает, что насос отапливает дом электричеством — киловатты тратятся на функционирование системы.
Устройство насоса
Принцип действия теплового насоса не особо отличается от выбранного вида — тепло забирается во внешней среде и передаётся в дом. Такие установки имеют всего три главных компонента:
- Зонд, собирающий тепло.
- Сам тепловой насос, включая компрессор.
- Система отопления здания с теплообменной камерой.
Первый и последний пункт теплонасосной установки — это трубы и радиаторы. Теплообменный зонд представляет собой большой горизонтальный змеевик, вертикальные трубы или открытый забор воды из естественного водоёма. Суть системы заключается в самом насосе. В нём 6 составляющих:
- капилляр;
- хладагент;
- компрессор;
- испаритель;
- конденсатор;
- терморегулятор.
Принцип работы теплового насоса
Такая установка условно «отбирает» тепло у природных носителей и передаёт их с систему отопления. По такому же принципу работает обычный холодильник — он забирает «лишние» градусы из морозильной камеры и выводит их на воздушный теплообменник на задней стенке. Хотя это лишь один из видов обмена тепловой энергии, связанный с воздухом, есть и другие виды.
Вернуться к содержанию
Разновидности тепловых насосов
Общий принцип теплонасосных установок заключается в обмене температур между носителями. Тепло первичного источника передаётся системе отопления без использования топлива. Эти источники можно поделить на 3 группы:
- геотермальные;
- аэротермические;
- гидротермальные.
Это три разных стихии — воздух, вода и земля. Именно от этих природных носителей тепловой энергии происходит отопление дома. Помимо отличий в «стихии» установки отличаются и типом монтажа. Они делятся на 2 вида:
- Открытого типа.
- Закрытых разновидностей.
Каждый из видов теплонасосных установок имеет свои плюсы и минусы. В ряде случаев из-за особенностей монтажа определённые разновидности просто невозможны в конкретном месте. Другие нерентабельны или низкоэффективны в определённых регионах, хотя в других местах они наиболее выгодны.
Вернуться к содержанию
Достоинства и недостатки насосов разных видов
Наиболее простой и быстромонтируемый вид теплоустановки — это аэротермический. Теплообмен происходит с воздухом, не требуя монтажа большого количества оборудования. Плюсами являются:
- лёгкость установки без труб и радиаторов;
- безопасность и экологичность эксплуатации;
- возможность использования в летнее время для охлаждения.
Минусами этого типа установок признана её неэффективность в холодных регионах. Уже при 0 градусов Цельсия аэротермическая установка работает с 50% мощностью. При падении температуры до минус 20 С использование воздушного насоса становится нерентабельным. Эта установка не подходит для регионов с сильными морозами, также её монтаж будет не рентабельным в местах с частым безветрием.
Насос вода-вода требует более сложного монтажа и соблюдения обязательного условия — на участке должен быть водоём, непромерзающий зимой до самого дна. Это является недостатком такой установки, в ряде случаев её просто невозможно смонтировать. Преимуществами этой системы являются высокая эффективность, возможность эксплуатации в морозы и более низкая стоимость установки относительно геотермальной.
Схема теплового насоса вода-вода
Установка грунт-вода, использующая в качестве теплоносителя землю, одна из самых сложных в монтаже. Это один из недостатков установки, вне зависимости от горизонтального или вертикального расположения зонда. Помимо этого к минусам можно отнести невозможность использования земли для с/х нужд при горизонтальном змеевике и невозможность самостоятельной установки при вертикальном расположении.
Список плюсов значительно шире:
- длительный срок работы при разовых вложениях;
- максимальная эффективность при любой погоде;
- эксплуатация и на охлаждение, и на обогрев здания;
- возможность использования в регионах с сильными морозами.
Теплонасосные установки уверенно завоёвывают внимание владельцев частных домов и компаний, имеющих малоэтажные строения. Этот вид отопления позволяет серьёзно снизить расходы на обогрев, снижая стоимость эксплуатации жилых и офисных зданий. Почти все виды установок возможно смонтировать самостоятельно, не прибегая к услугам специалистов. Для этого достаточно лишь приобрести сам насос и расходные материалы, а также ознакомится с особенностями монтажа.
Вернуться к содержанию
Особенности монтажа теплового насоса
Почти все теплонасосные установки допускают возможность самостоятельного монтажа. Возможность самому установить насос при вертикальном расположении зонда исключена — требуется бурение скважины на глубину не менее 100 метров. Во всех остальных случаях достаточно соблюсти простые требования.
Монтаж теплового насоса – это трудозатратное дело
Минимальные требования
Система вода-вода не может функционировать без поверхностного водоёма в шаговой доступности при самостоятельной установке. Возможен монтаж силами профессионалов вертикальной системы, если есть источник подземных вод.
Горизонтальный грунтовой насос требует наличия свободного участка земли, незанятой под огород, сад и не имеющей тяжёлых строений. При этом его площадь должна в 2─4 раза превышать размер земли, занятой отапливаемым строением. Система вода-воздух или воздух-воздух требует хотя бы минимальной ветрености и должна быть установлена не более, чем в 20 метрах от здания.
Устройство теплового насоса требует наличия обязательного источника электропитания. При невозможности подключения насоса к стационарному электроснабжению допускается использование бензинового или дизельного генератора.
Монтаж воздушного теплового насоса
По сути, эта система представляет собой большой кондиционер в случае принципа воздух-воздух. В этом случае процесс монтажа прост — необходимо выбрать правильное месторасположение и обеспечить вход воздуховода в здание с обязательной установкой фильтров.
При выборе места установки воздухозаборников нужно учесть шум, производимый ими в работе. А также требуется обеспечить возможный отход конденсата для предотвращения обледенения. Воздушный теплонасос наиболее простой в монтаже.
Вернуться к содержанию
Установка водяного горизонтального насоса
Сначала необходимо собрать геоконтур из обычных полимерных труб необходимо при помощи грузил опустить на дно водоёма вместе с испарителем. Допустима установка в водоёмах со сточными или промышленными водами, не повреждающими полимер.
Теплообменник водяного горизонтального теплового насоса
Этот способ более простой, чем монтаж системы вода-грунт, но не всегда возможен из-за отсутствия водоёма. По стоимости оборудования и проводимых работ он входит в ту же ценовую категорию, что и воздушный насос, но имеет более высокий уровень КПД.
Вернуться к содержанию
Монтаж горизонтального насоса грунт-вода
Эта система наиболее популярна в частном секторе. Она понятна для самостоятельного монтажа, но требует большого объёма земляных работ. Возможно простое «U-образное» расположение труб под землёй на большое расстояние или же монтаж змеевидной системы на ограниченном участке.
Необходимо учесть, что для получения 1 кВт тепловой энергии требуется 50 кв. м. коллекторов. При змеевидном расположении труб они должны быть удалены друг от друга на расстояние в 0,7─1 м. КПД горизонтальной системы при правильном монтаже достигает 3─5 кВт тепловой энергии на один потраченный киловатт электричества.
Вертикальные насосные установки
Самостоятельно смонтировать вертикальный насос невозможно — требуется бурение на глубину не менее 100 м. Для начала необходимо оплатить и получить разрешение на скважину. Такие теплонасосные установки наиболее дорогие, но максимально эффективные.
При монтаже вертикальной системы вода-вода открытого типа с использованием подземных водоёмов возможны дополнительные бонусы. Эта система позволяет одновременно обеспечить здание автономными источниками питьевой воды.
Вернуться к содержанию
Нюансы расчётов при установке теплового насоса
Поняв, как работает тепловой насос, необходимо правильно рассчитать его мощность. Расчёт теплового насоса кажется простым только на первый взгляд. Лучше всего доверить эту работу специалистам, особенно если здание находиться в регионе с холодным климатом.
Грунтовый теплообменник вертикального теплового насоса
При самостоятельных расчётах применяется формула с такими данными:
- R — теплопотери здания;
- V — объёмы дома в м³;
- T — максимальный перепад температур дом-улица;
- k — коэффициент теплопроводности здания (СНиП).
Сама формула выглядит так: R=k*V*T. Единицей измерения результата умножения являются ккал. Для перевода их в кВт необходимо произвести деление на 860. Полученный результат покажет максимально необходимую мощность насоса.
Вернуться к содержанию
Случаи низкой рентабельности насоса
Неправильные расчёты могут привести к недостаточной мощности. В тёплых областях это приведёт к монтажу излишне мощной системы, но в морозных регионах не позволит качественно отапливать здание.
Выше сказано, что воздушный насос неэффективен при морозах в минус 20 С. На самом деле сейчас уже существуют модели, способные функционировать при температуре в минус 32 С, оставаясь рентабельными. Пока такие системы реализуются по очень высокой стоимости и их эксплуатация обоснована только при невозможности выбора другого вида отопления.
А также необоснованные затраты будут при монтаже вертикальных систем в тёплых регионах. Их применение будет обоснованным только в очень жарком климате в случае эксплуатации с целью охлаждения при выборе реверсивных моделей насосов. Монтаж вертикальных систем в тёплых регионах для отопления нерентабелен — окупаемость установки с 5─7 возрастёт до 15─20 лет.
Если теплонасосная установка уже запланирована на этапе строительства дома, то стоит заранее рассчитать монтаж системы тёплых полов. Это наиболее выгодная система отопления с использованием тепловых насосов. Подключение к действующей радиаторной системе также эффективно, но менее рентабельно.
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
akbinfo.ru
Тепловые насосы: устройство, принцип действия и виды конструкций
Тепловой насос — это высокотехнологичное устройство, позволяющее использовать тепловую энергию грунта, воздуха и воды для обогрева дома и кондиционирования воздуха. Любая среда с температурой выше 1°С обладает определенным количеством тепловой энергии, которую при должной организации процесса можно эффективно использовать в быту и на производстве.
Потолочные обогреватели встраиваемые и подвесные для потолков всех типов
Подвесные потолочные обогреватели (П профиль)
Встраиваемые потолочные нагреватели для подвесных потолков Армстронг
В России тепловые насосы пока не получили широкого распространения, хотя активно используется оборудование с аналогичным принципом действия — холодильники и кондиционеры. А вот в Швейцарии и других европейских странах отопление зданий с помощью геотермальных тепловых насосов — дело привычное.
Принцип действия и эффективность теплонасосов
Принцип работы такого оборудования базируется на общеизвестном цикле Карно. По сути, тепловой насос — это не что иное, как холодильник наоборот. И устройство, и даже внешний облик этих приспособлений схожи. Разница лишь в том, что холодильник морозит внутри и отдает тепло наружу, а тепловой насос напротив забирает тепло из почвы, воды или воздуха и поставляет его в дом. С его помощью 2/3 энергии, требуемой для отопления, можно получить из природы абсолютно бесплатно, а оставшуюся 1/3 — придется затратить на перекачку жидкости в насосе.
Практика использования тепловых насосов показывает, что их применением позволяет добиться 70% экономии средств, необходимых на обогрев дома, если сравнивать с обычным способом отопления. Устройство собирает тепловую энергию из окружающей среды и поставляет ее в дом, при этом затрачивая на работу 1 кВт энергии, вырабатывая — 3…4 кВт. Выгода очевидна! К тому же на базе данного приспособления можно не только наладить отопление и горячее водоснабжение в доме, но и обеспечить кондиционирование — нагрев и охлаждение воздуха в помещениях.
Устройство и суть работы теплонасоса
Внутренний контур устройства состоит из:
- конденсатора;
- испарителя;
- капилляра;
- сетевого компрессора;
- управляющего терморегулятора;
- хладагента.
Мы разобрались, что принцип действия теплового насоса заключатся в сборе низкопотенциальной тепловой энергии и передаче ее теплоносителю с более высокой температурой. По сути, происходит следующее:
- в трубопровод, расположенный в грунте (воде, воздухе), поступает теплоноситель и подогревается;
- попадая в теплообменник (испаритель), теплоноситель передает накопленную энергию на внутренний контур системы;
- хладагент, нагреваясь в испарителе, преобразуется в газ, а затем, попадая в компрессор, сжимается под высоким давлением, при этом его температура повышается еще сильнее;
- нагретый газ попадает в конденсатор и передает тепло теплоносителю отопительной системы;
после чего остуженный хладагент в жидком виде поступает обратно в систему.
Как видно, суть работы теплонасоса проста, при этом эффективность его использования высока.
Типы тепловых насосов
Нас окружают разные природные среды, поэтому существуют насосы, способные черпать тепловую энергию из разных источников. Различают несколько типов оборудования:
- «грунт-вода»;
- «вода-вода»;
- «вода-воздух»;
- «воздух-воздух»;
Каждая конструкция имеет свои уникальные особенности:
1. «Грунт-вода»
Получение тепловой энергии из грунта считается наиболее эффективным для данного вида альтернативного отопления. Уже в 5 метрах от поверхности земли температура почвы достаточно постоянна и практически не подвержена изменениям погоды. В насосе, работающем по принципу «грунт-вода», используются теплопроводящие зонды. Теплоносителем выступает специальная жидкость — рассол, имеющий экологически безопасный состав. Контур насоса выполняется из прочных пластиковых труб, которые могут быть размещены вертикально или горизонтально.
Вертикальное размещение предполагает использование скважин (50…150м) и специальных глубинных зондов, так как температура глубоко под землей всегда выше и устойчивее, чем на поверхности. Второй способ размещения контура рассчитан на горизонтальную закладку труб недалеко от поверхности, но на приличной площади (25…50 м²/1 кВт). При этом земля, отведенная под контур коллектора, становится непригодной для сельскохозяйственного использования. На этой площади можно лишь разбить газон или клумбу. Поэтому в большинстве случаев предпочтение отдается вертикальному контуру.
2. «Вода-вода»
Благодаря относительной стабильности температуры воды на большой глубине использование тепловых насосов данного типа весьма эффективно. Источником рассеянной тепловой энергии могут выступать открытые водоемы, грунтовые и промышленные сточные воды. Конструктивно насос «вода-вода» подобен устройству первого типа. Наименее затратным считается сооружение приспособления, черпающего энергию из открытого водоема. В таком случае трубы с теплоносителем, снабженные утяжелителем, просто погружаются в воду на необходимую глубину. Может потребоваться также организация водосборного колодца.
3. «Воздух-вода»
Несколько менее эффективный тип теплового насоса, чем первые два, но универсальный и простой в монтаже. Для его установки не потребуется производить сложные земляные работы, оборудование можно разместить прямо на крыше здания. Его преимуществом является возможность повторного использования тепла, покидающего обогреваемые помещения. Для компенсации недостатка мощности зимой обычно предусматривается альтернативное отопление.
4. «Воздух-воздух»
Победитель в соотношении «затраты-эффективность», так как не требует произведения сложных работ по созданию традиционной отопительной системы. Тепловой насос такого типа работает как перевернутый кондиционер: отбирает тепловую энергию у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, а затем отдает ее в дом. Как бы абсурдно это не озвучило, но греть дом предлагается за счет холодного уличного воздуха. Ведь, в действительности, даже очень холодный воздух обладает приличным запасом тепловой энергии.
Вариативность и высокая эффективность тепловых насосов привела к их быстрому распространению в развитых странах.
Читайте также:
Тепловые насосы: достоинства, недостатки и перспективы применения в России
Тепловой насос своими руками: особенности сборки системы, окупаемость
Большие встраиваемые потолочные нагреватели для подвесных потолков Армстронг
Инфракрасные потолочные обогреватели для потолков любого типа под заказ
blog.flexyheat.ru
Тепловой насос
Самым древним способом добычи тепла для обогрева дома было сжигание древесины. Затем для этого использовались торф, уголь, газ. Но все эти источники постепенно истощаются, и постепенно человек стал изобретать более сложные способы добычи тепла и аппаратуру для их реализации. В частности, был разработан тепловой насос. Для функционирования тепловых насосов требуется электричество. Но оно не используется непосредственно для выработки тепла, как в тепловых пушках. Тепловой насос на самом деле не создаёт тепло, а переносит его из окружающей среды в систему отопления дома. Электрическая энергия, потребляемая насосом, расходуется на сжатие и циркуляцию хладагента. Последний является рабочей средой, которая перемещает тепло из ОС в систему отопления и ГВС. В этой статье мы подробно поговорим о принципе действия тепловых насосов, их видах, плюсах и минусах.
Содержание статьи
Экскурс в прошлое
Впервые принцип действия теплового насоса сформулировал ещё Уильям Томсон (более известный как Лорд Кельвин) в 1852 году. В 1855 австриец Петером Риттер фон Риттингер усовершенствовал эту конструкцию и первым спроектировал тепловой насос. Однако реальное применение началось лишь век спустя. В 1940-е годы Роберт Вебер пришёл к разработке теплового насоса во время экспериментов с морозильной камерой. Он стал использовать тепловой насос с бойлером и обеспечил свой дом горячей водой.
Тепловой насос Петера Риттер фон Риттингера
Вебер также сделал усовершенствования, которые позволили нагревать воздух и воду. Он организовал циркуляцию горячей воду через змеевик, который обдувался небольшим вентилятором. В результате получилось некое подобие современной тепловой пушки для обогрева помещения.
В дальнейшем Вебер занялся конструкцией теплового насоса, который позволяет отбирать тепло из грунта, где температура постоянна в течение года. Аппарат предусматривал трубы из меди, уложенные в грунт. По ним циркулировал фреон, исполняющий роль хладагента. При конденсации фреон отдавал тепло в систему отопления и снова попадал в трубы для отбора тепла от грунта. Змеевик с горячим хладагентом обдувался воздухом и расходился по дому.
Реальная потребность в тепловых насосах возникла в 1970-х годах прошлого столетия во времена Арабского нефтяного эмбарго.
Вернуться к содержанию
Принцип работы
Уже давно известно, что тепло передаётся самостоятельно от более горячего предмета к тому, что холоднее. Это было закреплено в одной из формулировок 2 закона термодинамики. Для того чтобы передать тепло в обратном направлении, требуется использовать теплоноситель и провести с ним определённые действия. Для этих целей и служит тепловой насос. Для его работы требуется энергия. Количество затрачиваемой энергии тем больше, чем больше разница температур между средами, которые участвуют в этом процессе.
Конструкция самого простого теплового насоса включает в себя 2 теплообменника. Один из них называется испаритель, а второй ─ конденсатор. В испарителе поддерживается температура ниже той среды, у которой отбирается тепло. В роли такой среды может быть вода, грунт, воздух и т. п. В результате тепло переходит к хладагенту, имеющему более низкую температуру.
Конденсатор имеет температуру выше температуры той среды, которой должно быть передано тепло. Этой средой, а точнее телом, является система отопления. Эта разница температур между испарителем и конденсатором обеспечивается благодаря хладагенту, который циркулирует между ними. Он может изменять своё фазовое состояния, переходить из жидкого состояния в газообразное в зависимости от уровня давления.
Принцип действия теплового насоса
В роли хладагентов используются легкокипящие химические вещества, которые при определённом давлении в компрессоре переходят из жидкого в газообразное состояние и, наоборот. Компрессор в составе теплового насоса является основным потребителем электрической энергии. Если немного углубиться в теорию, то можно сказать следующее. Движение молекул в каком-либо веществе прекращается только при абсолютном нуле. Но если температура отлична от этого значения, то молекулы двигаются и у этой среды можно забрать тепло (кинетическая энергия) и переместить её в другое тело или среду.
Конечно, при этом должна быть совершена определённая работа, для которой требуется некоторая энергия. Если отбор совершается от слишком холодного тела, то вполне может оказаться так, что затраты энергии будут существенно больше количества тепла, которое обирается. Так, что нужно всегда помнить о существовании определённой границы, за которой использование теплового насоса становится нецелесообразным.
Большинство используемых сегодня теплонасосов являются парокомпрессионными. Есть также такие разновидности, как
- Абсорбционные;
- Термоэлектрические;
- Электрохимические.
Работу тепловых насосов, как правило, характеризуют по величине коэффициента трансформации энергии (Ктр), который определяется по формуле:
Ктр = Твых / (Твых — Твх), где
Твых – температура на выходе насоса;
Твх – температура на входе насоса.
То есть, Ктр – это соотношение тепла, которое идёт в систему теплоснабжения, к энергии, которая тратится на обеспечение функционирования теплового насоса. В реальности коэффициент Ктр отличается от того, что рассчитывается по этой формуле. Разница равна величине коэффициента h, который учитывает энергетические потери и степень термодинамического совершенства. Энергия также расходуется на обеспечение работы запорной арматуры, насосов, управляющих схем и т. п.
На степень термодинамического совершенства влияют много параметров. Среди них можно выделить мощность компрессора, качество исполнения самого теплового насоса. Кроме того, влияние оказывают необратимые энергетические потери. Это энергетические потери на преодоление силы трения, потерь тепла в трубопроводах и соединениях, в механических и электрических двигателях. Стоит также отметить неидеальность процессов, происходящих в конденсаторе и испарителе. Хладагент в таких системах также имеет неидеальных теплофизические характеристики.
Основная часть энергии, потребляемой тепловым насосом, идёт на выполнение термодинамического цикла компрессора. Поэтому коэффициент преобразования, описанный выше, зависит от дельты температур в конденсаторе и испарителе. Уровень температуры на выходе в современных насосах изменяется в интервале 35─55 градусов Цельсия. Так, что их можно использовать в любых системах отопления. Диапазон мощности выпускаемых тепловых насосов находится в диапазоне 5─1000 кВт.
Вернуться к содержанию
Виды тепловых насосов
Наиболее распространённый способ классификации тепловых насосов – это по типу среды, где находится первичный контур, и откуда отбирается тепло.
По этой классификации можно выделить следующие виды тепловых насосов:
- Грунт-вода или геотермальные;
- Вода-вода или гидротермальные;
- Воздух-вода или аэротермальные;
- Воздух-воздух.
У всех этих видов насосов одинаковый принцип работы. Однако среда оказывает влияние на конструкцию и работу агрегата. Давайте, рассмотрим основные отличия этих типов установок.
Грунт-вода
В этом случае первичный контур укладывают в грунт на глубине 5─6 метров. Такая система предусмотрена, если теплообменник горизонтальный. Если контур делается вертикальный, то делают скважину на 100─150 метров.
Тепловой насос Грунт-вода
При вертикальном размещении объем монтажных работ меньше. При горизонтальном теплообменнике требуется большая площадь, по которой распределяются трубы. На 1 тысячу ватт отдачи теплового насоса требуется 50 квадратных метров площади. Теплоносителем здесь является соляной раствор, который не замерзает при минусовых температурах.
Вернуться к содержанию
Вода-вода
Здесь первичный контур устанавливается в естественном или искусственном водоёме. Это может быть даже незамерзающая река или колодец.
Тепловой насос Вода-вода
Труба с теплоносителем должна находиться на глубине примерно двух метров. Это необходимо, чтобы при промерзании поверхностного слоя не был повреждён коллектор. То есть, здесь нужно тщательно подходить к выбору водоёма. Монтаж контура заключается в его «утоплении» на необходимую глубину с помощью грузил. В роли теплоносителя выступает тот же соляной раствор.
В этом случае монтаж гораздо менее трудоёмкий, чем у насосов грунт-вода. Так, что если рядом есть водоем, то установка типа вода-вода будет лучшим выбором.
Вернуться к содержанию
Воздух-вода
Эти системы во многом похожи на кондиционер, но больших размеров, и работающих в более широком температурном диапазоне. Первичный контур находится на улице в специальном коробе. Чтобы система была работоспособной в зимний период, часто систему вентиляции здания объединяют с внешний блоком теплового насоса.
Тепловой насос Воздух-вода
В данном случае преимуществом является простота конструкции и монтажа. Но в северных широтах зимой эти установки неэффективны.
Вернуться к содержанию
Воздух-воздух
Здесь, как и в предыдущем типе насоса, источником тепла является низкопотенциальная энергия воздуха. Принцип действия практически полностью повторяет таковой у кондиционеров. Различие только в специализации. Кондиционер в основном предназначен для охлаждения воздуха, хотя может и нагревать. А тепловой насос специализируется на нагреве воздуха.
Тепловой насос Воздух-воздух
От предыдущего типа насоса он отличается тем, что тепло передается не воде, а воздуху. Эти системы малоэффективны в зимнее время года.
Вернуться к содержанию
Эффективность тепловых насосов и ограничения по использованию
Основная характеристика, по которой оценивается эффективность тепловых насосов, COP. Это расшифровывается, как coefficient of performance, что в переводе на русский означает коэффициентом преобразования теплоты. Для расчёта COP применяется следующая формула:
COP = Qc/A или COP = Qi*k/A, где
COP – оценочный коэффициент без размерности;
A ─ работа насоса, выраженная в Джоулях;
Qi ─ тепло, отбираемое теплоносителем из окружающей среды в Джоулях;
Qc – тепло, отдаваемое в систему отопления и/или ГВС в Джоулях;
K ─ коэффициент полезного действия.
По величине A можно оценить работу, совершаемую тепловым насосом для того, чтобы переместить тепло из ОС в систему. Работа зависит от того, насколько различаются температуры в конденсаторе и испарителе. В любом случае температура теплоносителя во внешнем контуре должна быть ниже, чем у среды. Тогда энергия будет свободно перемещаться к теплоносителю (например, циркулирующему соляному раствору).
Коэффициент COP равное трём, говорит о том, что работа теплового насоса в три раза меньше, чем переносимое тепло. Но это только в случае КПД равном 1, что соответствует только идеальному состоянию. В реальности он всегда меньше единицы. Поэтому важно, чтобы использовался более ёмкий источник низкопотенциальной тепловой энергии, который не охлаждается в процессе использования. То есть, запас тепла используемой среды был, как можно больше. Запас тепла рассчитывается по формуле
С*m*T, где
- С ─ теплоёмкость;
- m ─ масса;
- T ─ температура.
Рабочее тело в «горячей» части насоса представляет собой сжатый газ. В дальнейшем проводится его охлаждение до температуры ниже, чем у источника низкопотенциальной энергии. Газ, проходя через этот контур, нагревается и процесс запускается вновь. Так работает система в самом простом варианте. Но, чтобы увеличить эффективность работы тепловых насосов, в качестве переноса тепла используется вещество с большим значением теплоёмкости. В большинстве случаев водные растворы. А вот в компрессоре должно использоваться рабочее тело, которые сжимается при минимальных затратах энергии. В этом случае подходит газ. Чаще всего используется фреон.
КПД тепловых насосов при расчёте по стандартной методике превышает 1, чего не может быть в принципе. Получается, что тепловой насос производит энергии больше, чем потребляет. Но такие расчёты учитывают только электрическую энергию, а тепло грунта, воздуха, воды в расчёт не берётся. Для правильного расчёта должно быть учтено как затраченное электричество, так и тепло из среды, откуда оно отбирается. При этом на практике достаточно сложно оценить количество тепла, переносимого из среды с низкопотенциальной энергией.
Когда тепло из среды учтено, КПД в расчёте всегда будет меньше 1, как это и должно быть. Помимо КПД для оценки эффективности используются степень термодинамического совершенства и коэффициент COP. Чаще всего используется COP, показывающий во сколько раз переданное тепло выше, чем работа, затраченная на перенос этого тепла. В современных моделях тепловых насосов COP находится на уровне 3─5. По степени термодинамического совершенства можно оценить приближённость тепловой цикл в насосе к идеальному варианту.
Вернуться к содержанию
Преимущества и недостатки
Тепловые насосы постепенно совершенствуются и находят применение в частных домах и на промышленных объектах. Постепенно количество используемых тепловых насосов растёт благодаря их экономичности и надёжности. При всех плюсах у них есть и свои минусы.
Сначала преимущества тепловых насосов:
- Работа в полностью автоматическом режиме;
- Экономия на обслуживание системы;
- Не загрязняют окружающую среду (нет продуктов горения) и токсинов;
- Хорошая интегрируемость с традиционными электрическими и газовыми котлами;
- Высокая пожарная безопасность.
Теперь о недостатках тепловых насосов:
- Существенные первоначальные вложения в оборудование и монтаж. Примерно 3─10 тысяч долларов США в зависимости от типа насоса;
- В зимний период (при морозе ниже 15 градусов Цельсия) практически все виды насосов становятся малоэффективными;
- Отопление с помощью тепловых насосов будет эффективным в тех системах, где используется теплоноситель с высокой теплоёмкостью.
Стоит также отметить, что срок окупаемости тепловых насосов составляет от 4 до 9 лет. Служат они до 20 лет, после чего требуется капитальных ремонт. Стоимость оборудования может снизиться только в условиях серьёзного расширения использования тепловых насосов. Самое главное направление развития – это ГВС и обогрев в частном секторе. Существуют системы, в которых совмещён тепловой насос и использование геотермальных источников. Сам геотермальный источник для этих целей может быть естественным или искусственным.
Также перспективным является совмещение тепловых насосов с имеющимися системами централизованного обогрева и ГВС. Например, в дом поступает не сильно нагретая вода, а с помощью теплового насоса она преобразуется до температуры, подходящей для отопления. Благодаря меньшей разнице температур по сравнению с грунтом или водоёмом этот вариант будет иметь более высокую эффективность.
Если статья оказалась для вас полезной, распространите ссылку на неё в социальных сетях. Это поможет развитию сайта. Голосуйте в опросе ниже и оценивайте материал! Исправления и дополнения к статье, а также отзывы об использовании тепловых насосов оставляйте в комментариях.
Вернуться к содержанию
akbinfo.ru
Принцип работы теплового насоса, его типы, применение
Проблема истощения энергетических ресурсов Земли становится все более острой. Ученые, энергетики и просто потребители все чаще задумываются об альтернативных источниках энергии. Одним из таких восполняемых самой природой источников можно назвать геотермальные. Многие задумываются над тем, как осуществить термальное отопление для дома. Сделать это можно благодаря установке теплового насоса. Эти устройства становятся все популярнее. Что такое тепловой насос? Это приспособление, сочетающее в себе функциональные особенности кондиционера, водонагревателя и котла отопления. Главная его особенность – высокая степень экологичности, поскольку принцип действия теплового насоса включает задействование в качестве топлива энергию возобновляемых источников природной среды. Сегодня тепловые насосы для отопления дома, их принцип действия, являются экономически самыми выгодными агрегатами, поскольку их эксплуатация не базируется на топливе.
Схема теплового насоса:
- Испаритель. Устанавливается на глубине 5–6 метров.
- Компрессор. Устанавливается для увеличения давления паров хладагента.
- Конденсатор. Через него термическая энергия передаётся теплоносителю.
Тепловой насос для отопления дома: принцип работы
Как работает тепловой насос? Чтобы понимать принцип работы теплового насоса, потребуется вспомнить, как работает холодильный агрегат, в котором испаряется рабочее вещество и возвращается холод. В нем оно конденсируется, вырабатывая энергию. Потом часть тепла отдаётся на коллектор, после достижения необходимых значений передаётся теплоносителю и распространяется по комнате.
Термальное отопление дома тепловым насосом, принцип действия которого основан на том, что все тела, температура которых выше абсолютного нуля, могут выделять тепло, возможно в широком диапазоне температур. Работа теплового насоса управляется специальными терморегуляторами. Если температура превысит заданное значение, терморегулятор отключает этот прибор от сети, и, наоборот, при падении – включает. Тем самым в помещении поддерживается постоянная температура.
Схема работы теплового насоса
Тепловые насосы, схема которых основана на том, что из окружающей среды они получают температуру от 0 до +7 градусов Цельсия, преобразовывают её до 35–50 градусов. Подробная схема выглядит следующим образом:
- Неглубоко в грунте устанавливается специальный трубопровод, в который заложен испаритель. Глубина должна выбираться таким образом, чтобы в любое время года там была температура выше нуля.
- К испарителю присоединяют другой трубопровод, залитый хладагентом. Если в нем обеспечить высокое давление, то хладагент вскипает даже при одном градусе по Цельсию. Данный процесс сопровождается поглощением энергии, которая идет в теплоносители, которые размещены в грунте.
- С помощью компрессора выкачиваются пары хладагента. Кроме того, компрессор ещё больше повышает давление в арматуре, благодаря чему хладагент разогревается более эффективно.
- Затем пары охлаждающей жидкости перемещаются к конденсатору, где изменяется агрегатное состояние вещества. При этом выделяется энергия.
- Система теплоснабжения загородного дома поглощает выделенную энергию, которая образовалась вследствие трансформации агрегатного состояния. Охлаждающая жидкость транспортируется по регулирующему дросселю, после чего возвращается к испарителю.
Выгода использования тепловых насосов
Рациональность отопления тепловым насосом заключается в его высокой степени экономичности. Чтобы получить 1 кВт энергии, нужно израсходовать приблизительно 0,2–0,3 кВт электроэнергии на питание компрессора. Выходит, что КПД равняется фантастическим 400–500 процентов. Кроме того, для работы эксплуатируется бесплатная энергия, которая при этом полностью возобновляется. Причём найти источник можно повсеместно. Тепловые насосы для отопления дома настраиваются под конкретные условия эксплуатации, поэтому избытка энергии нет.
Классификация тепловых насосов
Тепловые насосы по принципу работы разделяются на абсорбционные и компрессионные. Первые более выгодны экономически, но они имеют сложную конструкцию, что вызывает некоторые трудности в процессе монтажа.
Они классифицируются следующим образом:
- Геотермальные. Обогрев дома тепловым насосом выполняется за счёт подземного тепла. Принцип действия таких насосов для отопления дома основан на том, что температура грунтовых вод даже зимой не бывает ниже 7 градусов.
- Воздушные. Забирают тепло атмосферного воздуха. Их установка происходит снаружи, проведение грунтовых работ не требуется. Широко используются при совместной работе с котлом отопления.
- Вторичное тепло. Тепловые насосы для отопления дома, принцип работы которых построен на тепловых сбросах, эксплуатируются теперь чаще.
Стоит упомянуть, что принцип работы всех типов тепловых насосов не отличается, но разные устройства имеют свои конструктивные отличия и функционируют по-разному.
Достоинства и недостатки тепловых насосов
В сравнении с использованием газового котла, термальное отопление имеет больше преимуществ. Основными достоинствами, которыми обладает устройство теплового насоса, является высокая степень экономичности – потребляется незначительное количество электроэнергии, а также абсолютная экологическая безвредность. Среди других достоинств можно выделить следующие:
- Высокая степень надёжности агрегата. При его корректном использовании срок службы может превышать 15 лет. Перепады в электросети не наносят вреда деталям.
- Комфорт в использовании. Отопление тепловым насосом полностью бесшумное, работа системы не зависит от погодных условий.
- Гибкость настраиваемых характеристик. Каждый агрегат настраивается полностью под конкретные условия работы и предпочтения клиентов.
- Универсальность. Устройство обладает большим диапазоном мощностей, с его помощью можно обеспечить теплом практически любое помещение.
- Эффективность теплового насоса. Принцип работы тепловых насосов основывается не на выработке энергии, а на её переносе, поэтому можно утверждать, что его КПД существенно больше единицы.
При большом количестве плюсов, термальное отопление имеет один недостаток – высокую стоимость оборудования и монтажа, поскольку для его установки нужно выполнить целый ряд подготовительных работ. Но термальное отопление имеет два неоспоримых преимущества – экономически выгодный вид источника тепла и экологическую чистоту получения энергии.
‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘
‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘
ekoenergia.ru
Принцип работы теплового насоса — схема, устройство, действие теплового насоса
Отопление тепловым насосом — это один из способов обогрева здания, альтернатива газовому котлу. В качестве источника энергии они используют тепло окружающей среды – земли, воздуха, воды и преобразовывают его в тепловую энергию для отопления дома.
Далее мы подробно и наглядно рассмотрим, схему, устройство и принцип работы теплового насоса.
Схема теплового насоса
Прежде чем рассмотреть как работает тепловой насос, нужно понять из каких основных элементов он состоит. Каждый насос независимо от способа получения тепла содержит:
- Испаритель;
- Компрессор;
- Конденсатор;
- Расширительный клапан.
Это основные элементы, которые присутствуют во всех видах тепловых насосов.
Схема расположения элементов теплового насоса
Порядок и принцип действия теплового насоса
Многим знаком принцип работы холодильника: тепло отбирается из внутренней части и выводится наружу — заднюю или боковую стенку. Принцип отопления тепловым насосом похож. Насос отбирает тепло из окружающей среды и переносит его в дом. Причем особенность работы его работы в том, что из окружающей среды он получает температуру 0 … +7 ˚С, а преобразовывает её в 35-50˚С.
Порядок работы:
- Тепловой насос извлекает тепло из окружающей среды – земли, воздуха или воды. Достаточная температура – 0…7˚С.
- Внутри насоса установлен испаритель с хладагентом. Это особая жидкость, которая закипает при температуре близкой к 0˚С.
- За счет тепла полученного из окружающей среды хладагент закипает и принимает газообразную форму.
- В виде газа хладагент поступает в компрессор. Здесь он сжимается, в результате чего увеличивается его давление и растет температура.
- Далее уже нагретый газ поступает в конденсатор, где отдает тепло системе отопления. После чего он охлаждается и снова принимает жидкое состояние.
- Жидкий хладагент поступает в расширительный клапан, где его давление понижается до начального низкого значения.
- После этого хладагент возвращается в испаритель. Контур замыкается. Процесс повторяется непрерывно.
Выводы
Главным компонентом в схеме работы теплового насоса является хладагент — специальная жидкость, которая закипает при низкой температуре. Именно благодаря ей получаемые из земли или воздуха 0 … +7˚С превращаются в +40 … +50˚С необходимые для работы системы отопления.
Чем выше температура окружающей среды, тем стабильнее и выше КПД теплового насоса. Вот почему грунтовые тепловые насосы считаются более эффективными, чем воздушные.
Читайте также
- Скрытые утечки тепла в частном доме о которых вы не догадываетесь
- Камин с водяным контуром — совмещение обычного камина и твердотопливного котла
- Все о солнечных коллекторах для отопления дома
term.od.ua
Принцип работы тепловых насосов: стоит ли их устанавливать дома
Содержание:
Принцип работы тепловых насосов: альтернатива газовому отоплению
Тепловые насосы для отопления дома: устройство системы отопления
Несколько слов об экономичности тепловых насосов
Ни для кого не секрет, что дороговизна и катастрофическая нехватка природных энергетических ресурсов дала толчок развитию так называемой альтернативной энергетики. Сегодня человечество стремится достать энергию отовсюду, откуда только возможно. Как говорится, для достижения цели все средства хороши. Одним из таких альтернативных способов добычи тепловой энергии и является тепловой насос. В этой статье вместе с сайтом stroisovety.org мы узнаем принцип работы тепловых насосов, ознакомимся с устройством отопительной системы и разновидностями этих агрегатов.
Отопление дома тепловым насосом фото
Принцип работы тепловых насосов: альтернатива газовому отоплению
Можно смело утверждать, что с тепловым насосом знакомы все, причем с самого детства. Другое дело, что большинство людей этого даже не подозревает. Речь идет об обыкновенном холодильнике – именно в нем наглядно представлена работа такого устройства, только назначение у него немного иное. Если вы обращали внимание, то кроме холода, сохраняемого в холодильнике, его оборудование также вырабатывает и тепло (кстати, оно отбирается у продуктов, находящихся в холодильнике). Это видно по задней панели, которая, как правило, все время горячая. Именно это тепло направляют тепловые насосы на обогрев дома.
Точно по такому же принципу современные тепловые насосы могут отбирать тепло из почвы, воды и даже воздуха. Наибольшую эффективность в работе показали тепловые насосы, берущие энергию почвы или воды. С воздухом дела обстоят немного хуже, так как его температура в зимний период низкая, и тепла из него можно извлечь не так уж много.
Как работают тепловые насосы для дома
Если разбираться более подробно с принципом работы теплового насоса, то он выглядит следующим образом. Жидкость, имеющая хотя бы небольшую плюсовую температуру, прогоняется через испаритель, в котором она охлаждается примерно на 5˚С. Эти пять градусов попадают в компрессор, который сжимает жидкость, увеличивая тем самым его температуру. После компрессора нагретая жидкость поступает в теплообменник, где она остывает, отдавая тепло контуру отопления или горячего водоснабжения. Остывшая в теплообменнике вода вновь поступает в испаритель, где заново начинается цикл ее нагрева.
Тепловые насосы для отопления дома фото
Тепловые насосы для отопления дома: устройство системы отопления
Все системы отопления, основанные на принципе работы теплового насоса, состоят их трех основных частей – это зонд, посредством которого осуществляется отбор тепла, непосредственно сам тепловой насос и привычная всем жидкостная система отопления. Начнем по порядку.
- Зонд. По сути это обширная система трубопроводов, представляющая собой огромный змеевик, помещенный в грунт или в воду, или же если речь идет про тепловой насос воздух-воздух, размещенный на продуваемом всеми ветрами придомовом участке. В задачи зонда входит сбор тепловой энергии из определенной среды и ее передача тепловому насосу.
- Тепловой насос. С принципом его работы мы уже ознакомились. Единственное, о чем здесь можно еще рассказать, так это о его видах. А их несколько.
Тепловой насос для дома фото
- Грунт-вода. Призван извлекать тепло из почвы и передавать его посредством жидкости к отопительным приборам.
- Тепловой насос вода-вода. Извлекает тепло из жидкости и с его же помощью передает отопительным приборам дома.
- Вода-воздух. Тепло, выделенное из воды, передается в дом посредством системы воздушного отопления.
- Тепловой насос воздух-воздух. Работает в паре с системой воздушного отопления и извлекает тепло из воздуха.
- Система отопления. Важным ее элементом является теплообменник – именно от его способности передавать тепло из одной среды в другую во многом зависит эффективность использования ресурсов теплового насоса.
Принцип работы тепловых насосов
Несколько слов об экономичности тепловых насосов
Не нужно считать, что отопление дома тепловым насосом оправдано на все 100%. Это не панацея и уж тем более не нескончаемый бесплатный источник энергии. Для работы теплового насоса требуется электрическая энергия, которой понадобится не так уж и мало. Чтобы добыть 10кВт тепла, тепловому насосу понадобится израсходовать порядка 2,5–3кВт электрической энергии.
Сравнивать киловатты тепла и киловатты электричества, как это делает большинство реализаторов этой продукции, не совсем правильно. Здесь нужно исходить из экономической составляющей. Сколько понадобится денег, чтобы обогреть дом, например, в течение суток – не намного меньше, чем на эту работу затратит обыкновенный электрический котел. Кроме того, всю мнимую экономию энергоресурсов сводит на нет высокая стоимость установки подобной системы отопления – срок ее окупаемости исчисляется несколькими десятками лет, особенно если учесть все нюансы ее работы.
Преимущества и недостатки тепловых насосов
Дело в том, что с понижением температуры окружающей среды эффективность установки резко падает, и уже при температуре воздуха в -5˚С агрегаты начинают потреблять чуть ли не вдвое больше электрической энергии от заявленного производителем. А что будет в условиях наших суровых зим? Для эффективной работы такой системы необходим источник тепла изолированный от внешних факторов – прав тот, кто использует в качестве источника энергии подземные водоемы, чья температура намного выше, чем у почвы или воды подо льдом. Вспомните, насколько промерзает почва в ваших широтах? На метр или больше? Для эффективной работы зонд придется закопать в три, а то и четыре раза глубже. Такой подход к делу повлечет за собой увеличение стоимости установки отопления тепловым насосом.
Вот и получается, что тепловой насос – это очередное нововведение технически развитых стран с целью наживы. Нужно понимать, что пока есть газ, нефть и уголь, позволяющие набивать карманы капиталистам, все серьезные альтернативные разработки в области энергетики будут искусственно затормаживаться. Кому нужно то, что нельзя продать и извлечь из этого выгоду? Тепловой насос для дома к этой категории не относится – сам он стоит недешево, и расходы электричества у него немалые.
Отопление частного дома тепловым насосом
Ну и в заключение хотелось бы уделить немного внимания преимуществам, которыми предлагают нам воспользоваться продавцы, приобретя и установив систему отопления тепловым насосом.
- Экономичность. С ней мы уже разобрались и пришли к обратному результату.
- Повсеместность использования (в том смысле, что установить такую систему отопления можно в любом уголке земного шара). Можно, но, опять же, это связано с дополнительными затратами на установку и эксплуатацию оборудования, что делает его использование неэффективным с экономической точки зрения.
- Экологичность. С этим не поспоришь.
- Универсальность. В летний период предлагается использовать тепловой насос для охлаждения помещений. Вам не кажется, что дороговатый получается кондиционер?
- Эффективность обогрева. Стоит только обратить внимание на небольшие уточнения, что тепловой насос отлично справляется со своей работой только в хорошо утепленных и изолированных от внешних факторов помещениях, как сразу все становится ясно с его несостоятельностью полноценно обогревать дом в лютые морозы.
- Безопасность эксплуатации. Возможно это и так, только, на мой взгляд, все, что связано с техникой, не может быть безопасным на сто процентов.
Вот так обстоят дела с альтернативным отоплением – несмотря на уникальный принцип работы тепловых насосов, такое отопление является лишь жалкой попыткой продать человечеству еще одну несостоятельную технологию. На мой взгляд, вокруг этого устройства слишком много излишнего шума – скорее всего это очередная грамотно спланированная рекламная кампания.
Автор Александр Куликов
stroisovety.org