2 Основные виды
Получатели и поставщики теплоэнергии в тепловых насосах работают в паре. Именно на этом факте и основана общепринятая классификация агрегатов. В зависимости от источника энергии и теплоносителя теплонасосы делятся на такие типы:
- Воздух-воздух. Агрегат забирает тепловую энергию из окружающей среды, а затем отправляет ее по воздуху для обогрева помещения.
- Воздух-вода. Принцип действия аналогичен первому типу, но в качестве теплоносителя используется вода, циркулирующая в системе отопления.
- Вода-вода. Тепловая энергия забирается из водоема и передается жидкому теплоносителю.
- Геотермальный теплонасос. Агрегат в качестве источника энергии использует грунт.
Наиболее дорогими устройствами являются геотермальные, а самыми дешевыми – «воздух-воздух». Основным показателем, который должен учитываться при выборе агрегата, является коэффициент эффективности СОР. Он отражает зависимость между полученной и затраченной энергией. Например, у воздушных насосов показатель коэффициента СОР в среднем составляет 3. Это говорит о том, что затрачивая 1 кВт энергии на работу, в отапливаемое помещение передается 3 кВт тепла.
В этом они существенно уступают традиционным теплогенераторам. Именно поэтому производители рекомендуют подключать к низкотемпературным отопительным контурам, например, теплым полам.
Тепловые насосы типа «грунт – вода», «грунт – воздух»
На глубине ниже 10 м температура грунта практически постоянна в течение всего года. Насосы типа «грунт – вода» используют тепловую энергию земли и передают ее для обогрева дома через систему водяного отопления. В тепловых насосах, работающих по принципу «грунт – воздух», тепловая энергия также отбирается у грунта и через компрессор напрямую передается воздуху, который используется для отопления зданий.
Механизм теплообмена следующий:
- Энергия, отобранная от земли, аккумулируется носителем, в качестве которого чаще всего используется незамерзающая жидкость — антифриз («рассол»).
- Опускаясь вниз по теплообменнику, «рассол» отбирает у грунта тепло (примерно 3 — 4 °С) и передает его фреону, циркулирующему во внутреннем контуре теплового насоса.
- Фреон, проходя через каналы испарителя, закипает и испаряется.
- Образовавшийся при этом пар поступает в компрессор, сжимается там (при этом температура его повышается), после чего горячий и сжатый пар направляется в теплообменник конденсатора, где охлаждается, передавая тепло воде.
- Вода используется в системе отопления и горячего водоснабжения, а жидкий фреон стекает на дно конденсатора, откуда, за счет перепада давлений, через дроссель возвращается в испаритель.
- Данный порядок цикличен — повторяется снова и снова.
Теплообменник в тепловых насосах типа «грунт – вода» бывает двух видов:
- Горизонтальный коллектор.
- Вертикальный коллектор.
Горизонтальный коллектор
При данной реализации отбирается тепло, накопленное в верхних слоях почвы в результате солнечного излучения, и коллектор представляет собой несколько контуров пластиковых труб, уложенных под слоем грунта.
Для отопления дома площадью 70 — 100 м² достаточно уложить приблизительно 200 — 320 м трубопровода несколькими петлями-контурами. Для этого нужен участок площадью примерно 150 — 200 м², то есть в 1,5 — 2 раза больше, чем отапливаемая площадь дома. Дальнейшее использование такого участка над коллектором возможно только в качестве лужайки или цветника.
Главное преимущество использования горизонтального коллектора в связке с тепловым насосом — простота монтажа и то, что при прочих равных условиях работы по монтажу оборудования обойдутся немного дешевле, чем бурение скважин.
Вертикальный коллектор
Грунтовые зонды вертикального коллектора представляют собой систему длинных труб, опускаемых в скважины глубиной 50-200 м.
Пространство в скважине вокруг зонда заполняется буровым раствором или цементно-бетонной смесью для защиты труб от повреждений и улучшения теплопередачи. Для дома площадью 70 — 100 м² понадобится 2 — 3 скважины глубиной около 50 м. Располагать скважины следует не ближе 2 м от стены дома, чтобы не повредить фундамент. Также скважины не должны находиться на одной линии течения подземных вод — иначе эффективность теплового насоса уменьшится.
Для вертикального коллектора не требуется большой участок, а на глубинах от 50 м температура грунта выше, потому эффективность теплообмена при использовании данной системы выше на 15 — 20%, чем у горизонтального коллектора.
Сборка самодельного теплонасоса и его запуск в работу
Для сборки и запуска в работу самодельного теплового насоса потребуются следующие расходные материалы и оборудование:
- сварочный аппарат;
- вакуумный насос (для проверки всей системы на вакуум);
- баллон с фреоном, заправка которого осуществляется через специальный клапан (установку клапана в системе следует предусмотреть заранее);
- температурные датчики, которые устанавливаются на капиллярные трубы на выходе из всей системы и на выходе из испарителя;
- пусковое реле, предохранитель, дин-рейка и электрощиток.
На раме, сваренной из профильной трубы, устанавливается компрессор и ресивер
Все сварочные и резьбовые соединения при сборке следует выполнять максимально качественно, чтобы обеспечить абсолютную герметичность системы, по которой будет перемещаться фреон.
В том случае, если в роли источника низкопотенциальной энергии выступает вода в открытом водоеме, дополнительно необходимо изготовить коллектор, наличие которого предполагает принцип работы тепловых насосов данного типа. Если же предполагается использование воды из подземного источника, надо пробурить две скважины, в одну из которых вода будет сбрасываться после того, как пройдет всю систему.
3 Простейший агрегат
Наиболее дешевым самодельным устройством станет тепловой насос из кондиционера. Желательно приобрести модель, оснащенную реверсивным клапаном. Благодаря этому кондиционер может работать на обогрев. В противном случае придется дорабатывать контур хладагента
Также при выборе кондиционера следует обратить внимание на показатель производительности агрегата по холоду
Алгоритм изготовления простейшего теплонасоса имеет следующий вид:
Снимается верхний кожух аппарата и демонтируется внешняя теплообменная камера
На этом этапе необходимо проявить осторожность, чтобы не повредить трубки с хладагентом.
Затем нужно снять с вала наружную крыльчатку.
Изготавливается бак из металла. Его длина должна соответствовать размеру теплообменной камеры, а ширина будет на 100-150 мм больше.
Чтобы радиатор не обмерзал, предстоит увеличить его площадь
Для этого по краям устанавливаются дополнительные алюминиевые либо медные пластины, в зависимости от материала теплообменной камеры.
Модернизированный радиатор устанавливается в бак, который нужно затем закрыть герметичной крышкой.
На финальном этапе к штуцерам подключаются шланги отбора и подачи теплоносителя, подсоединяются циркуляционные насосы. После этого остается заполнить емкость и проверить ее на герметичность.
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.
Цены и производители
Примерная средне рыночная стоимость оборудования и его установки составляет:
Горизонтальный коллектор:
- Насос – 4500$;
- монтаж — 2500$;
- стоимость эксплуатации — 350$ в год.
Геотермальный зонд:
- Насос – 4500$;
- монтаж — 4500$;
- стоимость эксплуатации — 320$ в год.
Воздушный — для дома:
- Насос – 6500$;
- монтаж — 400$;
- стоимость эксплуатации — 480$ в год.
Насос для дома «вода-вода»:
- Тепловой насос – 4500$;
- монтаж — 3500$;
- стоимость эксплуатации — 280$ в год.
Приведенные цены не окончательны. Конечная стоимость будет зависеть от страны и компании-производителя устройства, типа местности, климатических особенностей, цены бурения, строительных условий и т.д. Например, цена воздушного насоса от российского производителя составит около 7000$, а от зарубежного – 13000$.
Также не нужно забывать о стоимости электроэнергии. Несмотря на то, что оборудование не потребляет много электричества, эти расходы непременно следует учитывать при составлении общей сметы и планировании бюджета.
Основные разновидности, их принципы работы
Все тепловые насосы отличаются друг от друга по источнику энергии. Основные классы устройств: грунт-вода, вода-вода, воздух-вода и воздух-воздух.
Первое слово указывает на источник тепла, а второе — означает то, во что оно превращается в устройстве.
Например, в случае прибора грунт-вода тепло извлекается из земли, а потом оно преобразуется в горячую воду, которая используется как нагреватель в системе отопления. Ниже мы рассмотрим разновидности тепловых насосов для отопления более подробно.
Грунт-вода
Установки типа грунт-вода добывают тепло прямо из земли с помощью специальных турбин или коллекторов. В качестве источника в данном случае используется земля, которая нагревает фреон. Он нагревает воду, которая находится в баке-конденсаторе. При этом фреон охлаждается и поступает обратно на вход насоса, а разогретая вода используется в качестве теплоносителя в основной системе отопления.
Цикл нагрева жидкости продолжается до тех пор, пока насос получает электричество из сети. Самым затратным, с экономической точки зрения, является метод грунт-вода поскольку для монтажа турбин и коллекторов придётся бурить глубокие скважины или менять расположение грунта на большом участке земли.
Вода-вода
По своим техническим характеристикам насосы типа вода-вода очень похожи на устройства класса грунт-вода с тем лишь отличием, что в качестве первичного источника тепла в данном случае используется не земля, а вода. В качестве источника могут использоваться как подземные воды, так и из различных водоёмов.
Фото 2. Монтаж конструкции для теплового насоса типа вода-вода: в водоём погружаются специальные трубы.
Устройства класса вода-вода значительно дешевле насосов типа грунт-вода, поскольку для их установки не нужно бурить глубокие скважины.
Справка. Для работы водяного насоса достаточно погрузить несколько труб в ближайший водоём, поэтому для его работы не нужно бурить скважины.
Воздух-вода
Установки класса воздух-вода получают тепло прямо из окружающей среды. Такие приборы не нуждаются в крупном внешнем коллекторе для сбора тепла, а для нагрева фреона используется обыкновенный уличный воздух. После нагревания фреон отдаёт тепло воде, после чего горячая вода поступает в отопительную систему через трубы. Устройства данного типа довольно дешёвые, поскольку для работы насоса не нужен дорогостоящий коллектор.
Воздушный
Установка класса воздух-воздух тоже получает тепло прямо из окружающей среды, а для её работы также не требуется внешний коллектор. После контакта тёплого воздуха происходит нагрев фреона, затем фреон нагревает воздух в насосе. Потом этот воздух выбрасывается в помещение, что приводит к локальному повышению температуры. Устройства данного типа также являются довольно дешёвыми, поскольку для их работы не требуется установка дорогостоящего коллектора.
Фото 3. Принцип работы теплового насоса воздух-воздух. В отопительные радиаторы поступает теплоноситель с температурой 35 градусов.
Практические советы
Чтобы выбрать тепловое оборудование, рекомендовано обратить внимание на определенные критерии:
· Климат в регионе проживания. В местности с морозными зимами выбор моделей будет ограничен.
· Близость к источникам энергии. К примеру, для применения геотермального устройства требуется свободная территория на участке где он будет расположен, а для гидротермального насоса — поблизости должен быть водоем или грунтовые воды.
· Размер отапливаемой площади и его энергическая эффективность. При большой площади будет необходима покупка дорогого теплового насоса и такие мощные модели потребуют затрат на их монтаж.
· Ценовая доступность. Самыми дешевыми являются аэротермальные насосы, их установка не дорогая, что позволяет сэкономить бюджет.
· Правильно рассчитать мощность насоса. Для этого необходимо знать определенные параметры: объем тепловой отдачи системе отопления, площадь всей поверхности труб в испарителе и конденсаторе, объем хладагента (объем рабочей жидкости). Для удобного расчета можно воспользоваться онлайн калькулятором.
Для этого необходимо внести следующие параметры:
· высоту потолка, площадь помещения (таким образом рассчитывается площадь, которая будет отапливаться);
· регион проживания (таким образом высчитывается средняя температура воздуха);
· энергическая эффективность объекта (так называемая степень утепления здания) — производится расчет производительности насоса.
Лучший вариант — обратиться в компанию, которая не только продает насосы, но и предоставляет услугу монтажа и дальнейшего сервисного обслуживания.
Практические советы
Преимущества использования тепловых насосов
В отличие от стандартных источников тепла тепловые насосы, имеющие высокую мощность, обладают массой преимуществ, среди которых стоит выделить:
- высокая экономия, которая напрямую связана с отсутствием необходимости закупки, перевозки, хранения топлива;
- экономия пространства, которое требуется для установки котельной, транспортного пути и топливного склада.
Недорогой тепловой насос, установленный своими руками, не способствует изменению общего ландшафта территории и фасада дома. К тому же, благодаря своей компактности, насос остается абсолютно незамеченным для посторонних глаз.
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.
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.
Принцип действия ↑
Тепловые насосы для отопления, принцип действия которых схож с работой холодильников, кондиционеров и другого оборудования, способного переносить тепло из окружающей среды в помещение, забирают тепло из почвы, грунта, грунтовых вод, самого воздуха.
Принцип действия теплового насоса
Суть работы заключается в следующем.
По внешнему контуру системы отопления движется незамерзающая жидкость, которая напитывается теплом окружающей среды.
В насосе эта жидкость отдает порядка 5 градусов хладагенту и продолжает циркулировать.
Хладагент закипает (при температуре -10°C), переходя в газообразное состояние, компрессор сжимает газ, что приводит к повышению температуры.
Попадая в теплообменник, этот газ отдает тепло внутреннему контуру отопления, сам остывает, превращаясь снова в жидкость и возвращается в испаритель.
Как и холодильный агрегат, тепловой насос потребляет определенную энергию на то, чтобы реализовать термодинамический цикл (привод компрессора). Отношение теплопроизводительности к электропотреблению (так выводится коэффициент преобразования теплового насоса) зависит от уровней температуры в испарителе и конденсаторе. Уровень теплоснабжения от тепловых насосов на настоящий момент варьируется от 35 град. C до 62 град.C, что в общем-то позволяет использовать любую из отопительных систем.
При грамотном подходе экономия на энергетических ресурсах может доходить до 70 %.
Промышленность экономически и промышленно развитых стран производит обширный спектр парокомпрессионных тепловых насосов с мощностью от 5 до 1000 кВт.
Принцип действия тепловых насосов очень хорошо показан в этом коротеньком видео.
Как вы понимаете, расходы на отопление занимают свыше половины всех энергозатрат здания, поэтому сделать его максимально эффективным и дешевым — приоритетная задача. Можно ли создать экономичную систему отопления тепловым насосом без газа? Смотрите видео.
Данное оборудование бывает нескольких типов, от чего и зависят их технические характеристики.
- Грунт-вода – внешний контур проходит под землей, а в качестве теплоносителя используется вода. Наружный контур может располагаться вертикально или горизонтально, а также может быть помещен в водоем, расположенный поблизости.
AlTherm (Украина). Тепловой насос для отопления дома площадью до 300 м2. Технические характеристики: теплопроизводительность 4-18 кВт, холодопроизводительность 3,6-11,3 кВт, производительность насоса внешнего контура 0,36-1,02 л/с, внутреннего – 0,14-0,39 л/с. Теплоносителем выступает пропилен гликоль. Модельный ряд представлен также насосами большой мощности (для помещений 300-1000 м2 и свыше 1000 м2). - Вода-вода – внешний контур проходит через скважину или водоем, внутренний наполнен водой. Источником тепла в этом случае являются подземные грунтовые воды, кроме этого можно использовать как сбросовые, так и технологическую воду.
Vaillant (Германия). Тепловая мощность 26,9-29,9 кВт, температура рассола 4-20°C, температура подачи контура отопления 25-62°C, коэффициент преобразования COP 3,5. - Воздух-вода – источником тепла выступает воздух, в том числе теплый сбросовый. Этот тип оборудования может работать и на охлаждение. Кроме этого, его можно подключать к уже имеющейся системе отопления.
Vesper (Китай). Оснащен циркуляционным насосом и ТЭНом, управление осуществляется с помощью контроллера. Технические характеристики: тепловая мощность 6-16 кВт, скорость потока в системе отопления 0,45-0,76 л/с, скорость воздушного охлаждающего потока 3-5 тыс. м3/ч. - Воздух-воздух – внешний контур наполняется воздухом из окружающей среды, система отопления – воздушная. Тепловые насосы для отопления данного типа работают по принципу кондиционера, отличаются тем, что способны работать при более низкой уличной температуре. Оснащены высокопроизводительным радиальным вентилятором, способны осушать воздух и поддерживать определенный микроклимат в помещении. Управление осуществляется пультом.
Mitsubishi. Могут быть вмонтированы в систему «умный дом», имеют систему фильтрации воздуха (плазменная очистка). Характеристики: теплопроизводительность 3,2-6 кВт, холодопроизводительность 2,5-5 кВт, расход воздуха 1086-2940 м3/ч, коэффициент производительности СОР 5,15-3,31.
Достоинства и недостатки устройства, особенности эксплуатации
Несомненно, тепловой насос вода-вода является высокоэффективным устройством, которое обладает внушительным количеством достоинств. К ним относят:
Высокая эффективность при небольших затратах электроэнергии. В среднем, количество создаваемой теплососом энергии превышает затраты электроэнергии в 3-4 раза.
Схема подключения
- Абсолютная независимость от углеродного энергоносителя, который стоит не так уж и дешево.
- Подобная тепловая система не требует регулярного контроля и обслуживания.
- Теплонасос вода-вода способен в теплое время года эффективно охлаждать помещения в доме, избавляя тем самым от необходимости приобретать охлаждающие устройства вроде кондиционера.
- Система способна работать не только с искусственно созданными скважинами, но и с природными водоемами.
Но помимо достоинств, в системе наблюдаются и свои «прорехи». Например, сложные конструктивные особенности системы означают довольно сложный монтаж. Также теоретически возможной проблемой может стать иссякание источника воды, если используются грунтовые воды.
Кроме того, довольно-таки часто использование природного водоема становится невозможным, если он располагается на расстоянии более чем 100 м. В этом случае погружение первичного контура теплонасоса в воду абсолютно бессмысленно.
Совет
Следует принять во внимание тот факт, что тепловой насос способен прогреть теплоноситель до 65 градусов (не более), поэтому подобное тепловое устройство целесообразно использовать лишь в достаточно теплых регионах или в домах, где дополнительно вмонтированы теплые полы и другие устройства обогрева.
Для того чтобы устройство функционировало максимально возможный срок, важно соблюдать несколько правил в процессе его эксплуатации. Во-первых, при утечке фреон вызывает у человека удушье, поэтому в качестве меры безопасности в помещении, где будет расположен насос, необходимо установить вытяжную вентиляцию
Во-вторых, в качестве дополнительно источника электроэнергии должен быть предусмотрен электрогенератор на случай отключения стационарного электричества. В-третьих, перед установкой оборудования необходимо позаботиться о достаточно прочном напольном покрытии (в некоторых случаях требуется дополнительный фундамент), поскольку конструкция в целом отличается не только внушительными габаритами, но и немалым весом
Во-первых, при утечке фреон вызывает у человека удушье, поэтому в качестве меры безопасности в помещении, где будет расположен насос, необходимо установить вытяжную вентиляцию. Во-вторых, в качестве дополнительно источника электроэнергии должен быть предусмотрен электрогенератор на случай отключения стационарного электричества. В-третьих, перед установкой оборудования необходимо позаботиться о достаточно прочном напольном покрытии (в некоторых случаях требуется дополнительный фундамент), поскольку конструкция в целом отличается не только внушительными габаритами, но и немалым весом
Для того чтобы устройство функционировало максимально возможный срок, важно соблюдать несколько правил в процессе его эксплуатации. Во-первых, при утечке фреон вызывает у человека удушье, поэтому в качестве меры безопасности в помещении, где будет расположен насос, необходимо установить вытяжную вентиляцию
Во-вторых, в качестве дополнительно источника электроэнергии должен быть предусмотрен электрогенератор на случай отключения стационарного электричества. В-третьих, перед установкой оборудования необходимо позаботиться о достаточно прочном напольном покрытии (в некоторых случаях требуется дополнительный фундамент), поскольку конструкция в целом отличается не только внушительными габаритами, но и немалым весом.
Буровые работы для теплового насоса.
Исходя из опыта монтажа и эксплуатации геотермальных агрегатов, мы рекомендуем бурить скважины не менее 100м. Практика показывает, что лучшие показатели эффективности и стабильности тепловой машины, будет наблюдаться, например, для двух скважин по 150 м, чем для трех по 100м. Безусловно, для обустройства таких шахт требуется специальная техника и роторный метод производства бурения. Малогабаритные шнековые установки не способны обеспечить нужной длины скважин.
Так как, геотермальный контур является важнейшей составляющей, и правильность его обустройства является залогом успешного функционирования всей системы, то подрядчик, осуществляющих бурение должен соответствовать ряду критериев:
- обязательно иметь опыт производства подобного вида услуг;
- иметь специальный инструмент для погружения зондов;
- давать гарантию погружения зонда на проектную глубину и гарантировать его целостность и герметичность в процессе производства работ;
- после погружения проводить мероприятия по тампонированию скважины для увеличения ее теплообмена и производительности, зачеканить ствол шахты до обратной засыпки.
В целом, при правильном проектировании и квалифицированном монтаже, геотермальные зонды очень надежны, и способны Вам прослужить до 100 лет.
Процесс опускания геотермального зонда в пробуренную скважину:
Геотермальный зонд на станине, перед проведением проверки на герметичность («опрессовки» давлением):
Компоненты системы отопления на тепловом насосе
Компрессор — сердце системы отопления на тепловом насосе. Он концентрирует рассеянное низкопотенциальное тепло, повышая его температуру за счет сжатия, и передает теплоносителю в систему. При этом электроэнергия тратится исключительно на сжатие и перенос тепловой энергии, а не на нагрев теплоносителя — воды или воздуха. По усредненным подсчетам, на 10 кВт тепла тратится до 2,5 кВт электричества.
Накопительный бак для горячей воды (для инверторных систем). Аккумулирующий бак накапливает воду, выравнивающую тепловые нагрузки отопительной системы и ГВС.
Хладагент. Так называемое рабочее тело, находящееся под низким давлением и кипящее при низких температурах, поглотитель низкопотенциальной энергии источника тепла. Это газ, циркулирующий в системе (фреон, аммиак).
Испаритель, обеспечивающий отбор и передачу тепловой энергии насосу из низкотемпературного источника.
Конденсатор, передающий тепло от хладагента воде или воздуху в системе.
Терморегулятор.
Первичный и вторичный грунтовый контур. Передающая тепло от источника к насосу и от насоса в домашнее отопление циркуляционная система. Первичный контур состоит из: испарителя, насоса, труб. Вторичный контур включает в себя: конденсатор, насос, трубопровод.
Тепловой насос воздух-вода 5-28 кВт Тепловой насос воздух-вода на отопление и ГВС 12-20 кВт Тепловой насос для горячего водоснабжения бытовой 185 кВт Тепловой насос воздух-вода 132 кВт Низкотемпературный тепловой насос воздух-вода 10-80 кВт с режимом работы при 25 градусов и СОР 4,3
Принцип работы теплового насоса заключается в поглощении и последующем выделении тепловой энергии в процессе испарения и конденсации жидкости а так же в смене давления и последующем изменении температуры конденсации и испарения.
Тепловой насос изменяет движение тепла — заставляет двигаться в обратном направлении. То есть ТН тот же гидравлический, перекачивающий жидкости снизу-вверх, вопреки природному движению сверху-вниз.
Хладагент подвергается сжатию в компрессоре и передается конденсатору. Высокое давление и температура конденсирует газ (фреон чеще всего), тепло передается теплоносителю в систему. Процесс повторяется, когда хладагент проходит испаритель снова — давление снижается и запускается процесс низкотемпературного кипения.
В зависимости от источника низкопотенциального тепла, каждый вид насосов имеет свои нюансы.
Расчёт для систем отопления, таблица
Главным показателем, который показывает мощность того или иного теплового прибора, является параметр КПТ (в англоязычной литературе он известен под аббревиатурой COP). КПТ — коэффициент преобразования тепла, который вычисляется путём деления общей мощности устройства на количество потребляемого электричества за единицу времени. Например, некий насос X потребляет 2 кВт/ч электрической энергии, а вырабатывает при этом 5 кВт/ч тепловой энергии — в таком случае значение КПТ = 5/2 = 2,5.
Коэффициент преобразования большинства устройств находится в пределах от 3 до 7, однако чем выше КПТ, тем дороже будет стоить прибор. Следует также помнить, что значение КПТ зависит от температуры окружающей среды — если она слишком низкая, то значение КПТ начнёт стремиться к 1 (фактически для нагрева теплоносителя используется только электричество, а внешнее тепло принимать участие в обогреве здания не будет).
Фото 4. Таблица с расчетом мощности теплового насоса типа воздух-вода от производителя Sapun.
Применение того или иного насоса должно быть оправдано с инженерной точки зрения. Для покупки прибора сперва производят расчёт теплопотерь здания. Для этого используется следующая формула: КТ = (ОЗ * МТП * КС)/860. Расшифровывается она так:
- Количество тепла (единицы измерения — кВт/ч).
- ОЗ — общий объем здания.
- МТП — максимальный температурный перепад. Для определения этого показателя следует отнять температуру в помещении от уличной температуры. Например, вы хотите, чтобы в помещении температура зимой составляла 20 °C, тогда как на улице она будет находиться рядом с отметкой —10 °C — в таком случае МТП = 20 — (-10) = 30.
- КС — специальный поправочный коэффициент, который учитывает тип стен. Для деревянных — показатель КС равен 3—4 единицам, для кирпичных стен — 2—3, для кирпичных в два слоя — 1—2, для кирпичных в 2 слоя с утеплителем — 0,5—1.
- Число 860 — поправочный коэффициент, на который делится итоговое значение, чтобы перевести килокалории в киловатт-часы.
Внимание! Эта формула — приблизительная, поскольку температурный режим здания сильно зависит от его конструктивных особенностей. Поэтому при покупке инженеры рекомендуют покупать отопительный насос «с запасом»
Преимущества тепловых насосов
У тепловых насосов есть ряд существенных преимуществ:
- В первую очередь стоит отметить долговечность таких систем. Тепловые насосы могут работать 20-25 лет, после чего компрессор насоса может быть заменен и система продолжит свою работу.
- Кроме того, системы тепловых насосов безопасны, поскольку отсутствуют топливо, открытый огонь и опасные газы.
- Следующий положительный фак — экологическая чистота системы, которая в процессе функционирования не образует вредные окислы, а применяемые в них фреоны не содержат хлороуглеродов.
Основным недостатком системы является высокая стоимость. В связи с этим, выбирая тепловой насос, не стоит заказывать оборудование максимальной мощности. Это неоправданно дорого и не имеет смысла, так как фактическое количество холодных дней обычно не превышает двух-трех недель за год. Оптимальный тепловой насос должен иметь мощность, равную 60 — 80% от максимальной. А для покрытия пиковых нагрузок можно установить резервный котел с традиционным видом топлива либо использовать встроенные в тепловые насосы ТЭНы.
Как сделать насос вода-вода своими руками
Изготовление теплового насоса вода-вода своими руками многократно сложнее бытового холодильника. Представленный ниже рабочий образец собран по схеме «труба в трубе». Производительность — 4 кВт тепла на 1 кВт потребленной электроэнергии.
Компрессор
Здесь применен спиральный компрессор ZR-24. Смонтирован внутри бухт-теплообменников, которые поставлены друг на друга.
Установлен манометр давления после компрессора.
Конденсатор
Потребуется медная трубка диаметром 1/2 дюйма с оконечными патрубками для соединения с компрессорным контуром.
Длину теплообменного змеевика можно посчитать по формуле:
L=W/0,8(t1—t2)3,14d
W — мощность теплового насоса, равная четырехкратной электрической мощности компрессора.
t1 — температура воды после нагрева конденсатором. Принимается равной +35° С.
t2 — температура воды на входе. Для варианта теплых полов — +30° С.
d — диаметр медной трубки.
Медную трубу нужно свить бухтой диаметром 1 метр внутри ПНД (полиэтилен низкого давления) трубы диаметром 25 мм.
Испаритель
Расчет поверхности теплообмена медной трубки — по той же формуле. Медная труба диаметром 3/4 дюйма вставлена в ПНД трубу диаметром 32 мм и они вместе свиты бухтой диаметром 1 метр.
Сварка и заполнение фреоном
Когда все контуры собраны вместе с терморегулятором, надо пригласить специалиста по холодильникам для заполнения компрессорного контура фреоном.
Кроме того, понадобятся минимум 2 регулятора: по величине температуры внутрикомнатного воздуха и степени нагрева системы «теплый пол».
Принцип действия теплонасосов типа «воздух – вода»
Работу этого оборудования можно легко описать, не вдаваясь в технические тонкости:
- Внутри контура в компрессоре, конденсаторе и испарителе находится жидкий фреон.
- Попадая в испаритель, хладагент преобразуется в газообразное состояние и нагревается окружающим воздухом.
- Газообразный хладагент под высоким давлением перемещается в компрессор, там нагревается до +120°С и методом впрыскивания попадает в конденсатор.
- Газ в конденсаторе возвращается в жидкое состояние и делится теплом с окружающей средой.
В качестве источника энергии в разных моделях ТН могут выступать воздушные массы, почва, вода и др.
Принцип работы теплового насоса«воздух – вода заключается в отборе и переносе рассеянного тепла из окружающего воздуха в контур отопления комнаты. Циркуляция тепловой энергии непрерывно происходит с помощью солнечных лучей. Тепло от солнечной энергии частично поглощается воздухом, а остатки – почвой, поддерживая на ней постоянный уровень температуры.
В морозные зимы температура недр в водоемах сохраняется в диапазоне +4 – +6°С. Тепловой насос системы «воздух – вода» переносит в контур отопительной и водяной системы дома потенциальное тепло земли, водяных и воздушных масс.
