Принцип работы тепловых насосов: стоит ли их устанавливать дома

Тепловой насос – насколько выгодный, нужно ли устанавливать, какой лучше

Нужен ли тепловой насос, выгодная ли это покупка? Сама идея теплового насоса на первый взгляд блестящая, – забирать энергию у окружающей среды и отапливать ею дом. Снаружи дома устанавливается большой теплообменник, с помощью которого выкачивается дармовая энергия.

Работает тепловой насос по принципу холодильника – забирает тепло у окружающей среды и сбрасывает его внутри дома.
(Холодильник забирает тепло у куска мяса в морозильнике и точно также сбрасывает его внутрь дома).

Дрова, уголь, газ, нефть становятся не нужными, сжигать больше ничего не нужно?

Но так ли просто отобрать тепло у природы и перенести его под оболочку дома? Что скрывают продавцы тепловых насосов? Рассмотрим подробнее принцип, устройство различных видов тепловых насосов, и их экономическую целесообразность. Что в итоге, — стоит ли устанавливать, использовать тепловой насос?

Классификация

Тепловые насосы классифицируют следующим образом:

  • «Вода – Вода», – насос забирает энергию у воды (грунта) снаружи и отдает ее теплоносителю в системе отопления.
  • «Воздух – Вода» – насос забирает энергию у воздуха которой греет теплоноситель отопления.

Гораздо реже встречаются «Воздух-Воздух» и «Вода–Воздух».

Конструкция

Тепловой насос представляет из себя блок компрессора с вторичным теплообменником, который передает энергию системе отопления, и первичный теплообменник, который находится в окружающей среде и забирает тепло из нее.

Температура кипения хладогента в тепловом насосе составляет минус 55 градусов. Он значительно холоднее, чем окружающая среда и может подогреваться даже морозным воздухом с температурой минус 30 градусов.

Для своей работы тепловой насос потребляет электроэнергию в большом количестве, — работают компрессор, насосы, вентиляторы, электроника.

Эффективность работы теплового насоса принято оценивать коэффициентом преобразования – отношением выработанной энергии к потребленной.

В рекламных заявления производителей этот коэффициент обычно находится в пределах от 2 до 5. Т.е. согласно рекламе, к примеру, насос потребляющий 3 кВт энергии вырабатывает 6 -15 кВт при различных условиях своей работы, что достаточно для отопления небольшого дома.

Теплообменник в грунте

Для теплового насоса «Вода-Вода» первичный теплообменник представляет из себя трубу большой длины, которая должна находиться в грунте. Этот теплообменник можно разместить в вертикальных скважинах и получить 50 ватт энергии с метра трубы.

Для насоса мощностью 10 кВт необходимо 200 метров, — на практике это 6 скважин длинной по 33 метра. Глубже, кстати, мало кто бурит, оптимальная глубина скважины – до 40 метров.

Но теплообменник можно разместить и горизонтально. Тогда согласно практическому опыту можно получить 20 ватт с метра погонного этой трубы. Для указанной мощности нужно зарыть уже 500 метров.

Это очень большой объем земляных работ, и перепашка участка на глубину до 3,5 метров (труба в два этажа, на 3,5 и 2,5 метров).

В месте нахождения такого теплообменника земля будет промерзать на большую глубину и оттаивать только летом в лучшем случае (образование линзы льда, заболачивание). Обычные растения на охлажденном участке не растут.

Согласно опыта эксплуатации вертикальный теплообменник в скважинах обходится дешевле, эффективней, более предпочтительный.

Выгодно ли оборудование с теплообменником «Вода-Вода»

У грунтовых насосов температура на теплообменнике всегда стабильная и коэффициент преобразования на уровне 2,5 или даже чуть больше.
(- в рекламах можно встретить значение 5 – но это на стенде. Грунт вокруг скважины постепенно охлаждается и вертикальный теплообменник выходит на коэффициент 2,5, при съеме мощности в 50 Вт/м.)

Но стоимость этого насоса для небольшого дома – не менее 15 тыс у.е. Здесь имеются в виду только фирменные надежные вещи. Первичные запросы менеджеров могут быть более скромными, но если учитывать все затраты, весь объем, а также и выявленные менеджерами «невыгодные обстоятельства», то указанная цифра даже заниженная.

В сравнении с самым дорогим отоплением электричеством с помощью электрокотла, окупаемость грунтового теплового насоса составит не меньше 15 лет. В сравнении с дешевым магистральным газом, окупаемость отодвигается куда-то в далекое будущее. ( Выбрать наиболее экономичное отопление )
Но стоимость котлов, хоть «электро», хоть «газо», — сущие копейки в сравнении с тепловым насосом.

Приобретение теплового насоса по такой цене — сродни капитальным вложениям. А во что вкладывать-то? Оборудование это через 10 лет все равно станет устаревшим и приравняется к хламу. Не лучше ли эти деньги пристроить, например, в банк, а отопление оплачивать с процентов, которых с лихвой хватит хоть на «электро», хоть на «газо».

В итоге через 15 лет все деньги (с приростом) останутся в кармане, а в доме все это время будет тепло без всяких проблем.

Вкладывать средства в тепловой насос с теплообменником в грунте экономически не выгодно.

Теплообменник «Воздух-вода» — что с мощностью

Гораздо предпочтительней на первый взгляд тепловой насос «Воздух-вода». Его теплообменник — блок с вентилятором, похожий на кондиционер, который устанавливается на платформе у дома, поворачивающейся против ветра. Казалось-бы это проще и дешевле чем грунтовые теплообменники. Но сейчас еще невозможно получать тепло из воздуха эффективно.

Оказывается, что у насосов «Воздух-вода» при температурах воздуха минус 12 – минус 20 градусов, отдаваемая мощность весьма низкая, а коэффициент преобразования составляет 1,5 – 1,3.

Продающие компании этот факт стараются умолчать и не сообщают сведений о реальной отдаваемой мощности при разных температурах.

Рассмотрим, что же происходит на самом деле.

Отдача в зависимости от температуры воздуха

Для насоса мощностью в 10 кВт потребление компрессором и другим оборудованием составит 2,5 – 3,0 кВт. А отдаваемая мощность при температурах – 12 – 20 градусов (ниже аппараты не работают) составляет около 3,5 -4,7 кВт в лучшем случае.

(Эти данные для температуры в системе отопления дома 55 градусов. При 35 градусах коэффициент и отдаваемая мощность несколько больше, – но кому нужна такая температура радиаторов, когда на улице мороз? Да и 55 градусов явно недостаточно….)

Как отапливать дом, когда на улице холодно? Для отопления дома в тепловом насосе «Воздух-вода» вмонтирован электротен, который и выдаст недостающие 6 – 7 кВт для отопления. Т.е. все это нагромождение технологий в хороший мороз превращается в простой электрокотел.

Когда на улице плюс 5 – 10 градусов, то для отопления дома нужно всего лишь пару киловатт энергии. Но теперь насос может выдать заявленные 10 кВт, которые не нужны. При этом потребляет 3,5 кВт электроэнергии, т.е. его реальный коэффициент преобразования намного меньше единицы (для дома забирается всего 2 кВт).

Отсутствие окупаемости у воздушного теплового насоса

Сгладить ситуацию может применение еще одной дорогостоящей вещи – теплоаккумулятора, который позволит запускаться насосу кратковременно, но на полную мощность с коэффициентом 4 — 5. Как работает теплоаккумулятор

Оптимальной для насоса является температура воздуха примерно от минус 5 градусов до 0, когда его коэффициент преобразования составит 2,5 – 3,0.
При температурах воздуха ниже 8 градусов С более 50 процентов энергии будет вырабатываться за счет электротена.

Для климата средней полосы, где морозы не редкость (20 дней в году ниже 10 градусов), если посчитать стоимости оборудования и потребление электроэнергии, то трудно отыскать даже окупаемость, в сравнении с самым дорогим отоплением – электричеством.

С магистральным газом вообще не сравнимые…. Там где в основном температура зимой находится в пределах -5 — +5 градусов картина несколько иная, но тоже далеко не блестящая.

Учитывая техническую сложность, поломки, забор энергии на оттаивание в мороз (есть и такое, о чем молчат продавцы), то на сегодняшний день тепловой насос «Воздух-вода» является скорее дорогостоящей игрушкой требующей затрат и ухода.

Где применяются тепловые насосы

У нас фирмы-установщики тепловых насосов держатся на одной рекламе.
При существующих наших тарифах на газ и электричество устанавливать тепловые насосы не выгодно.

А что в Европе? А в странах запада тепловой насос набирает популярность с каждым годом. И государства стимулируют его внедрение путем компенсации части стоимости оборудования – примерно 1/5. Тарифы на газ и на электричество там в разы больше наших. Морозы меньше.

Читайте также:
Сварка инвертором для начинающих тонкого металла

Поэтому стоимость теплового насоса по сравнению с расходами на обычное отопление электричеством или газом в Европе не является слишком большой. В странах Европы установка теплового насоса сейчас выгодна. У нас – нет.
Можно отапливать дом твердым топливом и электричеством ]

Тепловые насосы: недостатки, преимущества, проблемы и выгоды, виды ТН

Перед строительством собственного жилья хозяевам приходится обдумывать множество вещей. Одним из самых важных вопросов, встающих перед ними, становится выбор системы обогрева помещений и способ получения горячего водоснабжения. Так как электроэнергия постоянно дорожает, владельцам приходится рассматривать и изучать потенциальные альтернативные источники. Например, солнечные коллекторы или тепловые насосы (ТН). Несмотря на то, что оборудование нельзя назвать новым, у нас оно появилось сравнительно недавно, поэтому его устройство незнакомо, непривычно, непонятно. Поэтому разобраться в том, что такое тепловые насосы, оценить серьезность недостатков и их неоспоримые преимущества, необходимо.

Как работает тепловой насос?

ТН — парокомпрессионная установка, забирающая тепло у холодных источников. Чтобы понять принцип действия чудо-конструкции, надо вспомнить о том, как функционирует холодильник, который тоже можно назвать небольшим тепловым насосом. Продукты с комнатной температурой помещаются в агрегат, затем тепло выкачивается из камеры и скапливается во внешнем радиаторе, отдающем его помещению. По этой причине для нормальной его работы нужно оставлять между стеной и прибором свободное место.

Подобный принцип, который называют циклом Карно, используется и в бытовых кондиционерах. Для тепловых насосов тоже характерно извлечение тепловой энергии из окружающей среды: из воздуха, грунта, подземных вод или водоемов. Передача тепла происходит за счет конденсации, испарения хладагента. В тепловых насосах, как и в холодильниках, в этой роли также чаще выступает фреон.

Любой тепловой насос имеет испаритель, конденсатор, и компрессор, повышающий давление. Все приборы соединены трубопроводом в единый замкнутый контур. По этим трубам циркулирует фреон — углеводород, у которого температура кипения очень низкая. В холодной части контура он находится в жидком состоянии, в теплой — превращается в газ.

Теперь надо рассмотреть, как работает тепловой насос. Двигаясь по источнику тепла (например, по трубам, уложенным в грунт) теплоноситель нагревается на несколько градусов даже в том случае, если температура мала и составляет всего 4-5°. Потом он поступает в испаритель и отдает тепло во внутренний контур системы, которая заполнена фреоном. Даже небольшого количество тепла хватает для перехода хладагента из жидкого состояния в газообразное.

Хладагент, превратившийся в пар, поступает в компрессор, где он сжимается. Повышение давления приводит к повышению его температуры. Далее горячий фреон следует в конденсатор, где отдает тепло тому теплоносителю, который функционирует в системе отопления дома. Им может быть вода, воздух, тот же фреон. Нагретый теплоноситель поступает с систему горячего водоснабжения и отопления, а хладагент, отдавший тепло, охлаждается, превращается в жидкость, поступает в испаритель, в котором снова нагревается, и кругооборот его в контуре повторяется.

Преимущества или недостатки?

Так как данные устройства появились у нас относительно недавно, многие россияне до сих пор относятся к ним с большим недоверием. В США, Европе и Японии их используют давно и успешно. Однако нельзя сказать, что такое оборудование для нашей страны абсолютная загадка, «терра инкогнита».

В СССР тоже проводились эксперименты, касающиеся таких альтернативных источников энергии. Однако широкого распространения эта технология так и не получила. Поэтому важно понять, почему, и имеет ли большой смысл замена привычных систем на эко-новинку? Приставка «эко» в этом случае может означать как экологию, так и экономию.

Достоинства

Первое и несомненное преимущество тепловых насосов — значительная экономия электроэнергии. Да, им, в отличие от солнечных коллекторов, она необходима, однако в гораздо меньших количествах. Например, электрический котел (или обогреватель) забирает столько же энергии, сколько выдает тепла. Тепловой насос, наоборот, тратит минимум электроэнергии, а тепла производит в три-семь раз больше. Оборудование может потратить 5 кВт/ч, однако тепла оно выделяет не менее 17 кВт/ч. Высокий КПД — самое привлекательное качество тепловых котлов.

Другие плюсы установки альтернативной системы:

  1. Серьезная экономия на энергоносителях. Цены на все виды топлива неумолимо растут, а тепловой насос позволит получать большее количества тепла при сократившихся расходах на электроэнергию.
  2. Возможность установки в любой местности, так как источником тепла способны стать воздух вода либо грунт. Особенно актуально оборудование для участков, расположенных далеко от газовой магистрали.
  3. Реверсивность установки. Тепловые насосы универсальны. Зимой они обеспечивают тепло, жарким летом дают возможность обеспечить помещению прохладу. Однако такой функцией оснащают не все модели.
  4. Долговечность. Оборудование, за которым ухаживают должным образом, способно бесперебойно работать 25-50 лет. Замена компрессора может потребоваться раз в 10-15 (максимум 20) лет.
  5. Возможность использования в любых условиях: там, где нет электричества, устанавливают бензиновый либо дизельный двигатель.
  6. Экономия на техническом обслуживании. Оборудование не потребует на него больших расходов.
  7. Бесперебойная работа при температуре -15°.
  8. Полная автоматизация теплового насоса.
  9. Безопасность для окружающей среды.
  10. Бесплатность источника тепла.

Помимо плюсов есть у систем и слабые стороны.

Недостатки

К ним относится:

  1. Цена тепловых насосов и стоимость обустройства геотермальной системы. Причем окупится оборудование далеко не сразу. Владельцам придется ждать как минимум 5 лет. Исключение — воздушные устройства, не требующие дополнительных вложений.
  2. Необходимость добавления дополнительного источника тепла в тех регионах, где температура нередко бывает ниже -20°. Такая система называется бивалентной. Если не справляется тепловой насос, то подключается теплогенератор (газовый котел, электрообогреватель).
  3. Экологичность, все же находящаяся под вопросом. Для человека угрозы нет, но она существует для экосистемы. Например, в грунте живут микроорганизмы — анаэробы. При сильном охлаждении пространства около труб им грозит неминуемая гибель.
  4. Почти необходимость обеспечить в доме трехфазную электросеть. Для исправной работы теплового насоса надо свести к минимуму перепады напряжения, которые способны спровоцировать поломку установки.

Оптимально использование такого оборудования в системах, где низкотемпературный теплоноситель, пример — «теплый пол».

Чтобы понять, целесообразна ли покупка и установка теплового насоса, владельцам придется оценить все плюсы и минусы. Главные «противники» — экономия электроэнергии (топлива) и серьезные расходы на приобретение и установку. К существенным минусам ТН относят низкий КПД в холодное время года, однако есть модели, которые могут вырабатывать тепло даже при -35°. Но заплатить за них придется еще дороже.

Стоит ли тратиться на покупку и установку ТН? Каждый решает сам. Единоразовое вложение даст шанс навсегда забыть о больших счетах за отопление. Кроме того, в пользу оборудования свидетельствует его полная безопасность для жильцов, и почти полная — для окружающей среды.

Тепловые насосы: виды систем

Если решения принято в пользу этой альтернативы, то следующий шаг — знакомство с разновидностями таких систем. Их существует несколько. Воздушные (аэротермальные) установки забирают тепло из воздуха, геотермальные используют тепловую энергию земли, гидротермальные — наземных/подземных вод.

Воздушные

Аэротермальные насосы используют тепловую энергию воздуха, находящегося снаружи здания. Эта конструкция максимально проста, поэтому дополнительное оборудование ей не требуется. Воздух сразу поступает в испаритель, там он передает тепло хладагенту, а тот, в свою очередь, теплоносителю внутри дома.

Из-за простоты системы затраты на нее минимальны, однако в этом случае самой важный критерий — производительность установки, но она сильно зависит от температуры внешней среды. В тех регионах, где зимы теплые (от 0° до +5°), такое оборудование будет самым экономичным вариантом из всех возможных.

Если температура зимой в местности, где стоит дом, нередко минует отметку -15°, то тепловые насосы использовать попросту не имеет смысла: производительность ТН в холода сильно падает, а об окупаемости его даже думать не придется. В этом случае рациональнее включать традиционный электрообогреватель либо котел.

Другой «влиятельный» фактор — влажность воздуха. В тех районах, где он сухой, а температура зимой не падает ниже -15°, тепловые насосы устанавливать можно. Холодному, влажному климату такое оборудование противопоказано: тепловые установки не смогут эффективно работать из-за обмерзания и обледенения.

Водяные

Эти гидротермальные источники тепла могут использоваться по-разному.

  1. Река, озеро или море. В этом случае коллектор располагают на дне водоема. Эти трубы с жидкостью-антифризом притапливают грузом. Так как температура теплоносителя высока, то оборудование обещает серьезную экономию. Однако целесообразно делать такую установку лишь в тех домах, которые расположены не расстоянии 50 метров, но не более, так как эффективность оборудования уменьшается с каждым лишним метром.
  2. Канализационные стоки. Коллектор, установленный в них, можно использовать как для отопления частных и многоэтажных домов, так и для систем горячего водоснабжения. Этот способ с успехом применяют в некоторых российских городах, чаще для обеспечения обогрева и ГВС промышленных зданий.
  3. Грунтовая, скважинная вода. Это система предполагает наличие двух колодцев. Из одного воду забирают, в другой сбрасывают. Такая установка сложна в монтаже и трудозатратна.
Читайте также:
Почему насос не качает воду из скважины: как решить вопрос

Самые лучшие условия у тех, кто живет недалеко у глубокого водоема. Если климат позволяет, а дом расположен у реки, озера или на побережье, то шанс получить бесплатное отопление и ГВС упускать нельзя.

Грунтовые

Это самый практичный вариант: грунт — стабильный источник, который накапливает тепло в течение сезона. На 10-метровой глубине температура неизменна, она составляет +10 °. С каждым метром она падает примерно на один градус: на расстоянии 5-7 метров от поверхности земли температура земли может колебаться в минимальных пределах — От +5 до +8°.

Если говорить о способах «добычи» тепла, то их есть два — горизонтальный и вертикальный.

Горизонтальный коллектор

Этот коллектор — труба, расположенная параллельно поверхности земли. Глубину для нее рассчитывают отдельно для каждого конкретного участка. В одних случаях ее закладывают на глубине 1-1,2 м, либо ниже уровня промерзания грунта (1,5-1,7 м), в других — еще глубже — на 2-3 м. Последний вариант дает возможность обеспечить большую стабильность температуры. Иногда для максимальной эффективности системы устраивают двойной коллектор — двухслойный.

Трубы для коллектора используют разные: их диаметр может быть 25, 30, 32 либо 40 мм. Возможная форма коллектора — зигзаг, змейка, петли, спирали. Минимальное расстояние между соседними трубами 600 мм, чаще оно составляет 800-1000 мм. Удельный теплосъем полностью зависит от характеристик грунта:

  • сухой песок — 10 Вт/м, такая же глина — 20 Вт/м;
  • глина средней влажности — 25 Вт/м;
  • глина, в которой содержится много воды, — 35 Вт/м.

Чтобы было понятно, какие площади должен занимать такой коллектор, лучше привести самый показательный пример, для участка с влажной глиной. В этом «тяжелом российском случае» для отопления дома в 100 м 2 потребуется конструкция, имеющая площадь 400 м 2 . Мало кто может позволить такие масштабные работы. К тому же на этом участке не должно быть никаких построек.

В трубы коллектора закачивают специальную жидкость — антифриз, который еще называют «рассолом». Например, раствор пропиленгликоля или этиленгликоля (30%). Антифриз забирает у грунта тепло, затем следует к тепловому насосу, где отдает его хладагенту. Затем «охладевший» раствор снова возвращается под землю.

Вертикальный зонд

Эта конструкция серьезно экономит площадь участка, зато глубина его значительна. Есть два варианта — одна U-образная труба или их система. В первом случае ее заглубляют на 80-100 м, затем заливают бетонным раствором. Во втором несколько конструкций соединяют и закапывают на глубину «всего» 20 м.

Так как бурение на большую глубину требует «дозволения» властей, обещает расставание с большой суммой, то чаще используют несколько труб-зондов, расположенных не так глубоко. Расстояние между ними — 5-7 м. В этом случае удельный теплосъем с коллектора-зонда зависит от породы:

  • сухие осадочные породы — 20 Вт/м;
  • каменистая почва — 50 Вт/м;
  • осадочные породы, насыщенные водой — 50 Вт/м;
  • каменистая почва с высоким уровнем теплопроводности — 70 Вт/м;
  • грунтовые подземные воды — 80 Вт/м.

Достоинства вертикальных зондов — меньшая площадь, максимальный теплосъем и стабильная температура, а значит, большая эффективность за счет глубины, которая является минусом, так как требует больших трат на обустройство вертикального коллектора.

Как выбрать тепловой насос?

Если тепловые насосы кажутся владельцам дома перспективными системами, то оценивать любую модель надо по нескольким критериям. К ним относятся:

  • размеры отапливаемого дома;
  • климатические условия в местности;
  • наличие рядом с доступных источников;
  • желание потратить на оборудование ту или иную сумму.

Каждый пункт этого небольшого списка влияет на выбор класса модели. Большой дом требует максимально мощного оборудования, а оно означает как серьезные расходы, так и трудозатраты. Вид источника напрямую влияет на качество будущего отопления. Регионы с холодным климатом значительно ограничивают список кандидатов, а иногда вовсе не позволяют обустройство такого экологичного оборудования. Платежеспособность, возможность сразу расстаться с большой суммой — самый главный «ограничитель» для тепловых насосов на российских просторах.

Расчет мощности установки

Мощность ТН зависит от многих факторов. В список входит предполагаемый объем теплоотдачи системам дома, площадь поверхности змеевиков в конденсаторе и испарителе, объем хладагента. По этим причинам целесообразнее доверить расчет мощности специальным программам, которые учитывают и другие данные.

Самый популярный вариант — использование онлайн сервисов-калькуляторов. В них требуется ввести такие параметры:

  • для расчета объема — общую площадь здания, высоту потолков;
  • регион, где построен дом — для определения среднегодовой температуры;
  • степень утепления объекта — для определения производительности установки.

Для расчета используются коэффициенты: в них преобразуют два последних параметра. Затем их умножают на объем помещения. Полученный результат сравнивают с таблицей, в которой мощность насоса связана с объектом.

Обычно получаются такие значения:

  • чтобы отопить дом, имеющий площадь 100-150 м 2 , необходим тепловой насос мощностью 5-8 кВт, а для подогрева воды потребуется запас по мощности — 12-16 кВт;
  • для отопления здания площадью 350 м 2 понадобится прибор, который сможет обеспечить 28 кВт.

Понятно, что цифры все же получаются приблизительными, однако ориентироваться на них можно.

Советы

Так как оборудование это дорогое и его нельзя назвать элементарным, покупка теплового насоса — дело ответственное. Чтобы выбрать идеальный агрегат, надо:

  • сначала провести все расчеты, создать проект, но всю работу с цифрами, а также проектирование следует доверить профессионалам;
  • весь комплекс услуг — монтажные работы и сервисное обслуживание — заказывать в одной компании, которая будет ответственна за работу системы;
  • проверять всю документацию: как самого оборудования, так и фирмы, которая будет заниматься «установкой установки»;
  • при выборе модели отдавать предпочтение высококачественной продукции европейских производителей.

Тепловые насосы — оборудование, которое в теплых регионах можно и нужно рассматривать в качестве достойной альтернативы традиционным системам. Число таких установок ежегодно растет во многих странах мира. Безусловно, за ними будущее, ведь ресурсы Земли не бесконечны.

В России самая большая беда не дороги и не слишком умные люди, это цены. Однако есть надежда, что ситуация со временем изменится, и безопасное оборудование станет более доступным. Для уменьшения расходов на электричество можно задействовать две системы — ТН и солнечный коллектор (для лета) или тепловой насос и теплогенератор (для зимы), но в этом случае траты возрастут.

Поближе познакомиться с безопасными системами поможет это видео:

Тепловой насос для отопления загородного дома

Тепловые насосы для отопления дома, позволяющие извлекать тепловую энергию из грунта и воды, пользуются большой популярностью на западе. В России с ними знакомы очень немногие, однако благодаря широкому функционалу, экологичности и эффективности, они становятся востребованными и у нас. Рассмотрим их более подробно и разберемся, подходит ли такое оборудование для построения надежной отопительной системы в частном доме.

Что из себя представляет тепловой насос

Тепловой насос для дома — это специальная парокомпрессионная установка, способная переносить тепловую энергию от холодных источников к горячим. Энергия передается посредством конденсации и испарения хладагента, циркулирующего в замкнутом контуре.

Устройство работает от электросети, при этом электричество расходуется только на принудительную циркуляцию хладагента, поэтому его расход не слишком велик.

Принцип работы такого оборудования строится на цикле Карно, используемом в бытовых холодильниках, которые по своей сути также являются тепловыми насосами. При помещении в холодильник продукта, температура которого выше температуры внутри камеры, его тепло через решетку радиатора выводится наружу и разогревает воздух в комнате. Чем большее количество продуктов будет помещено в холодильник одновременно, тем выше будет теплоотдача из-за их охлаждения и тем сильнее разогреется комната.

Читайте также:
Нужно ли красить потолочный плинтус из пенопласта в цвет потолка

Принцип работы

Тепловой насос для загородного дома функционирует за счет способности хладагента забирать и отдавать тепловую энергию в процессе смены агрегатного состояния.

Схематично такое устройство можно отразить в виде трехконтурной системы:

  • Теплоноситель, который переносит энергию от источника.
  • Циркулирующий по контуру хладагент, забирающий тепло с первого контура и передающий его третьему.
  • Теплоприемник, в качестве которого выступает вода, транспортирующая тепловую энергию в систему отопления дома.

Рассмотрим весь принцип работы устройства:

  • жидкий фреон поступает в испаритель, где превращается в газ, используя для этого энергию, получаемую от источника из первого контура;
  • подогретый фреон до температуры в 6 -10 градусов в виде газа переходит в компрессор, где осуществляется его сжатие;
  • при росте давления газообразный фреон сильно разогревается до температуры около 60 градусов;
  • разогретый газ отдает свое тепло системе отопления и при охлаждении снова переходит в жидкое состояние;
  • давление снижается посредством клапана;
  • цикл начинается заново.

Главное отличие теплового насоса от холодильника в назначении. Если второй используется для генерации холода, то первый позволяет нагревать теплоноситель в системе отопления. Из-за этого насос нередко называют «холодильником наоборот».

Виды тепловых насосов

Выделяют 3 вида тепловых насосов для отопления дома по источнику энергии:

  • почва;
  • грунтовые воды;
  • воздух.

Рассмотрим каждый из них подробнее.

Грунтовые

Источником тепла для таких устройств выступает грунт на земельном участке. Земля может дать достаточно тепловой энергии для разогрева фреона и прогрева отопительной сети. Насосом можно будет пользоваться в течение всего года, так как при заглублении приемника на несколько метров температура грунта будет примерно одинаковой.

Трубопровод при этом может устанавливаться двумя разными способами:

  • Горизонтально. Предполагает использование лежащего контура..
  • Вертикально. Используются вертикальные, связанные между собой теплоприемники.

Требуемое заглубление определяется в зависимости от типа насоса. Геотермальное устройство с горизонтальным коллектором может устанавливаться на глубине 1,5 – 2 метра. Точный уровень заглубления выбирается индивидуально и зависит от глубины промерзания почвы в зимой.

Коллектор насоса должен размещаться ниже сезонного уровня промерзания грунта.

Водяные

Разница между водяным и грунтовым устройствами лишь в том, что первые используют грунтовые воды в качестве источника тепловой энергии.

Их можно применять только на тех участках, где грунтовые воды располагаются ниже сезонного промерзания грунта. При этом, если есть возможность использовать водяное оборудование, специалисты рекомендуют применять именно его, так как оно гарантирует тепловую стабильность и надежную работу отопительной системы в любое время года.

Перед закупкой оборудования требуется проведение геологической разведки, которая должна показать глубину залегания подземных вод и их химический состав.

Анализ химического состава направлен на выявление наличие солей железа и других примесей в воде. Если примесей мало или почти нет, допускается использование геотермального зонда, в противном случае нужно использовать грунтовый тепловой насос для отопления загородного дома.

Воздушные

Воздушные теплонасосы характеризуются простотой монтажа и надежностью. Они способны забирать тепловую энергию непосредственно из воздуха, не требуют проведения геологической разведки и выполнения затратных земляных работ.

Все узлы воздушного теплонасоса располагаются на поверхности, что сильно удешевляет процедуру построения отопительной системы.

Однако при всех достоинствах в большинстве регионов России использовать такое оборудование не получится. Насос гарантирует надежную работу отопительной сети только при условии, что температура воздуха будет не ниже 15 градусов.

К сожалению, в нашей стране зимой бывает намного холоднее и остаться в сильный мороз без отопления вряд ли кто-то захочет.

Насколько хорошо прогревается дом

Прежде чем переходить к подбору теплового насоса для отопления дома, рекомендуется оценить возможную эффективность оборудования и соответствие функциональности индивидуальным требованиям.

Чтобы оценить, насколько хорошо устройство будет обогревать ваш коттедж, необходимо обратить внимание на коэффициент преобразования m, который равняется отношению передаваемой оборудованием энергии к энергии, используемой компрессором.

Современные теплонасосы имеют величину m, равную 3 и более. Эффективность использования систем напрямую зависит от того, какое именно отопление будет сконструировано в доме. Проще и удобнее всего строить отопление «теплый пол». В этом случае будет вполне достаточно нагревать теплоноситель до 30-35 градусов.

Если же нужно построить отопление с традиционными радиаторами, которые придется разогревать до температуры в 70 и более градусов, необходимо выбирать насосы со значением m не менее 4,5.

В любом случае использование теплонасоса дает возможность обеспечить в доме комфортную температуру.

Как выбрать тепловой насос для загородного дома

Чтобы выбрать тепловой насос для отопления дома, необходимо изучить рынок и ознакомиться с техническими характеристиками различного оборудования. При этом необходимо обращать внимание на 2 важнейших параметра устройств:

  • Коэффициент преобразования энергии. Мы уже говорили об этом параметре, но повторимся снова, так как именно он во многом определяет способность оборудования обеспечить комфортную температуру в доме для постоянного проживания. Для российских регионов обычно рекомендуется выбирать насосы с m = 4,2-5,2.
  • Тип контроллера. Самым функциональным является микропроцессорный контроллер, способный обеспечить полностью автономную работу системы отопления.

Другие важные характеристики:

  • уровень производительности;
  • номинальная мощность установки;
  • тип хладагента и его точка кипения;
  • наличие частотного управления.

Многие современные производители предлагают покупателям возможность заполнить опросный лист, в котором отмечаются особенности дома и личные пожелания пользователей. На основе ответов вам помогут подобрать тепловой насос для отопления дома.

Установка и монтаж

В теории монтаж теплонасоса владелец участка может выполнить самостоятельно, однако мы рекомендуем доверить эти работы профессионалам. Благодаря большому опыту и специализированным знаниям они смогут установить систему быстро и без ошибок.

В любом случае монтаж теплонасоса включает в себя одни и те же этапы:

  • подготовка — разметка и разбивка участка;
  • земляные работы — бурение скважины, загрузка геотермального зонда, удаление грунта и т.д.;
  • раскладка труб;
  • заправка теплоносителя;
  • обвязка теплонасоса;
  • монтаж сети теплоснабжения;
  • пуск и наладка.

Итог: стоит ли устанавливать тепловой насос в частный дом

Целесообразность покупки и установки теплонасоса зависит от многих факторов, в первую очередь — от возможности подключения к магистральной сети газоснабжения и потребности в автономности отопления.

Если подключиться к газовой магистрали невозможно или она располагается далеко и придется потратить несколько сотен тысяч рублей, лучше выбрать теплонасос — он позволит построить функциональную и надежную систему теплоснабжения, работающую независимо от коммунальных служб.

Если возможность подключить недорогой газ имеется, то многие владельцы домов выбирают именно его, так как цена одного теплонасоса без монтажа составляет около 200 тысяч рублей. С другой стороны, его эксплуатация требует примерно столько же затрат, но он работает полностью автономно.

Выбирайте в соответствии со своими возможностями и желаниями. А если вы только планируете строительство загородного дома, обращайтесь в компанию Render House. Мы строим коттеджи под ключ, подключаем все коммуникации.

Принцип работы тепловых насосов: альтернативный способ отопления дома

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.

Читайте также:
Серый диван - 135 фото сочетаний с основными актуальными стилями

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.

  1. 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.
  2. 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.

    1. Экономичность. С ней мы уже разобрались и пришли к обратному результату.
    2. 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.
    3. Экологичность. С этим не поспоришь.
    4. Универсальность. В летний период предлагается использовать тепловой насос для охлаждения помещений. Вам не кажется, что дороговатый получается кондиционер?
    5. 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.
    6. 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

    Если понравилось, поделись с друзьями

    12 комментариев

    Александр,
    Ваши заявление по поводу экономичности абсолютно голословны. Да, тепловые насосы – вещь дорогая. Но разве Вы сравнили их со стоимостью установки традиционных газовых котлов? И стоимость последующей эксплуатации осветили? Почему Вы не упомянули о том, что расходы на отопление при установке теплового насоса снижаются до 70%?
    По данным финнов, у которых похолоднее, чем у нас, тепловые насосы окупаются за 10-15 лет. Поэтому предлагаю Вам не вводить в заблуждение своих читателей и подкрепить Ваши рассуждения ФАКТАМИ.

    Спасибо Маргарита за дельный совет. Обязательно дополню статью в ближайшее время. Но если быть откровенным, то эти ваши 70%, которые экономятся на топливе, по сравнению с традиционными системами отопления, съедаются почти полностью расходами на обслуживание системы, затратами на электроэнергию и естественно стоимостью самой системы. Наш народ никак не поймет, что халявы в этом мире не существует даже за большие деньги. Ну нет на сегодняшний день таких систем, за работу которых не придется платить они по своей сути не выгодны продавцам ресурсов – хоть за газ, хоть за уголь, дрова или электроэнергию платить придется.

    Прочитала мудрые мысли мужчин здесь. Всем большое спасибо! Потому что это важная для меня информация.
    Моя ситуация….Место – горы Болгарии. Зимой может быть холодно, но недолгое время. Болгары установили для горячей воды водонагреватели на 120 литров! Конечно, самые дешевые и самым пошлым образом выполнили работы. Повесили они их прямо в жилой комнате! Один водонагреватель уже дал протечку и полы встали, как иголки у ежа :))
    Все сняла. Нет водонагревателей, нет отопления. Опопление – вонючие дешевые электронагреватели ..Их тоже до основания ликвидировала. Вот сижу читаю про ТК….У меня площадь 75 м кв.
    Маленькая..да..но там как- то надо жить…Нет центрального отопления и горячей воды. Вот что мне делать в этой ситуации?
    Устанавить камин будет проблематично тоже и место занимает . Апартаменты на 3 этаже, + еще один этаж выше.
    Да и не хочу я дым и огонь..
    И это шале. Дерева много. Есть там камин на первом этаже, в ресторане…И это другое здание.
    Ну, мужчины российские, посоветуйте мне, пожалуйста, как лучше сделать отопление и гор воду…
    Болгарские мужчины специфические.. .И в работе тоже, что реально огорчает С ними не только каши не сваришь, с ними ничего не сделаешь так, чтобы хорошо и надежно :))

    Читайте также:
    Обустройство фронтона крыши дома своими руками: разбор популярных вариантов отделки

    кто это вам сказал, что “у финнов похолоднее чем у нас”, советую вам не обобщать, Александр в принципе прав, чудес на свете не бывает и очень часто под видом очередного ноу-хау нам впаривают технологично оформленную залипуху, все-таки самым экономичным и экологичным источником энергии является природный газ, иначе бы западная европа и сша не потребляли бы его в таком огромном количестве…

    Я согласен с мнением первого комментария, все приведенные аргументы на словах и с деланны человеком далёким от энергетики. Во первых не произведён сравнительный анализ от внедрения газового, электро отопления и теплового насоса. Не проведен анализ окупаемости капиталовложений при эксплуатации скажем на длительном периоде, хотя бы 10 лет. Газовые котлы тоже не будут работать по 40 лет. Мнение автора статьи наверно связано с тем что она принадлежит к той касте которая противостоит всему новому в энергетики и является дилером нефте и газовых компаний

    Тепловые насосы при покупке и установке (монтаж + земляные работы) действительно не самое дешевое удовольствие и заказываются они обычно людьми состоятельными, теми для кого цена продукта не имеет значения. А заказывают потому, что при правильном (хоть и дорогом) монтаже сокращаются расходы на электрическую энергию. Но не из-за экономии денег на электроэнергию заказывают, а из-за ограниченных электрических мощностей (например 15 кВт*ч на коттедж) и отсутствия других источников энергии. И такая схема отопления действительно способна сократить расходы на электричество в три-четыре раза, т.е. при тех же подключенных мощностях отапливается в три раза большее помещение. На деле если пытаться уложиться в скромный бюджет, то необходимо иметь “инженерные мозги” и всю систему производить самому, отдельно закупая компрессор, автоматику, трубы и самому потом производить монтаж и эксплуатацию, но технически это не так просто, нужно быть и “холодильшиком” и “электриком” и “КИПовцем” + “землекопом”.

    Может ли тепловой насос “выжать” тепло из носители в 17-20 градусов? И получить те же 45 на выходе? Вопрос про то, что, зачем зарываться в землю, чтобы “достать” всего лишь 5 -8 градусов. А может просто охлаждать “носитель” обраткой из системы отопления?

    В таком случае теплоноситеь поступит в котель с температурой ниже на несколько градусов. В котле температуру нужно будет поднять до определенной величины, а значит затратить дополнительную энергию. И если сложить затраты энергии на работу теплового насоса, то, уверяю “овчинка” не будет стоить выделки. Учитывая КПД результат будет отрицательным. Система как-то работает и даже окупается, в определенных климатических зонах, если есть “дармовой” источник тепловой энергии. А “обратка”, согласитесь, таковой не является

    Зачем обсуждать то, чего не имеешь….
    У меня стоит котел земля-вода. Марку не называю. Сочтут за рекламу
    Пользуюсь 8 лет и очень доволен. На выходе вода 60 градусов. За все время эксплуатации была два раза долита незамерзающая жидкость и заменен датчик давления на компрессоре.
    Я бы сказал, что непревзойденный плюс такого отопления и приготовления горячей воды, это универсальные настройки. Возможность задавать температуру отопления и гор. воды по часам . Уехал в отпуск, температура в доме +15. За день до приезда котел нагревает дом на заданную температуру. Даже если что то сломалось, котел встает в аварийный режим, включаются тены и отопление все равно работает. Года два вообще не лезу в котел. Все работает само. Иногда мимоходом на датчики глянешь, из праздного любопытства….

    Я тоже узнаю за геокотлы(ТН) для себя пока не сделали газ. значит, у нас в городке чел занимается отоплением у него магазины, он себе для эксперимента сделал тепловой насос в магазине, и газовый тоже. контур бурил скважины для зондов замкнутой системы. народ интересуется и люди не бомжи живут, краснодар. я долго изучал расспрашивал писал на сайты. сделал постулат когда надо ставить ТН, с чем согласен тот владелец у кого уже есть такое отопление. в каких случаях надо ставить геотермальный котел и только если имеются все нижеописанные причины вот только тогда.
    а) надо сразу проектировать дом под ТН теплые полы ВЕЗДЕ и теплые стены это к бабки не ходи
    б)если подключить газ с проектом врезкой котлом и и счётчиком стоит дороже даже если цена одинакова к примеру 600 за ТН с контуром и 700 за газ полностью с котлами обслуживанием гарантией – то всё же ГАЗ. и не спорьте
    в)если по границе участка водный объект то можно смотреть в сторону ТН даже если уже есть в доме газ. здесь получается геоконтур бесплатный то есть не бурить не копать но ставить ТН с открытой системой, забор воды желательно скважину не глубокую и маленький насос, а если халявный водопровод то ваще супер
    г)наличие надежных электросетей с новыми трансформаторами и желательно чтоб халявка была
    д)ставит только ТН с открытой системой тк достигается максимум тепла а это только у кого рядом река или куда сливать воду, а то что бурят сливные скважины это гемор со временем замучитесь бурить новые. проверено и даже можем подраться
    И вот когда есть все пункты АБВГД у вас во дворе вот только тогда смело ни кого не слушая делаете геотермальный тепловой насос. это из практики первопроходцев. кстати у меня все пункты с совпадают но я подожду газа уже начали газификацию (участок новостройки). вот это правда за тепловые насосы, модератор опубликуй.
    отвечу на выше заданный вопрос – в таком случае после первого цикла когда набирает в системе отопления до +60 (есть до +75 2 замкнутых цикла хладагента в контуре через конденсат с двумя компрессорами – это я примерно точно как называется не знаю это ТН с КПД 1 к 7 пока только на рекламных проектах видел такие ТН ) то первый контур что охлаждает заледенеет и котел встанет , тоесть сам себя заморозит, вот почему самая температура для геоконтура это +12 это с максимальной отдачей будет можно и более, менее +8 по заявлении кентов которые занимаются продажей ТН будет уже не айс, тогда проще поставить воздух-вода.
    и еще забыл, конечно же на северном полисе ни о каких ТН и речи не идет если у вас нет буровой установки чтоб пробурить на километр, самое то это южный федеральный округ ни и для толстосумов в Москве. Всё, народ, в остальных случаях только ГАЗ!

    Здравствуйте. Все как бы так про газ, отопление газом. Но стоимость подведения м врезки. на расстояние даже 100 метров сопоставима с установкой ТН. Как то однобоко вопрос освещаеться. Ну и надо учитывать повышеную опасность газа. Ну весь мир марширует не в ногу а мы в ногу. Нормально.

    В ногу, не в ногу. Однобоко не однобоко. Суть не в этом – дело в энергетических затратах, которые на поверку оказываются не меньше чем при отоплении газом. Безопасность? А кто вам сказал, что электричество менее опасно, чем газ. У каждого есть свое мнение и свои обстоятельства. Мой друг занимается установкой ТН уже года 3 – монтирует воздушные установки. В 80 процентах случаях, через год другой, люди возвращаются к газу. Такие системы хороши там, где кроме электричества ничего нет – в том числе и лесов, чтобы дров насобирать. Ну а вообще, в каждом регионе свои условия и утверждать конкретно нельзя – нужно считать и анализировать.

    Читайте также:
    Регулировка батарей отопления в квартире: как регулировать, как убавить отопление в батарее, отрегулировать, как пользоваться радиатором

    Тепловой насос принцип работы

    Принцип работы теплового насоса

    Стоимость эксплуатации традиционных источников тепла – нагревателей, котлов, работающих на различных видах топлива и пр. – с каждым годом возрастает, привычный комфорт – горячая вода и отопление – становится все дороже.

    Владельцы квартир и особенно частных домов озабочены тем, как уменьшить расходы, но пока это им мало удается.

    А ведь альтернатива есть – тепловой насос.

    Что такое тепловой насос

    Тепловой насос представляет собой парокомпрессионную установку, которая переносит тепло от холодных, низкопотенциальных источников тепла к горячим, высокопотенциальным.

    Тепло передается за счет конденсации и испарения хладагента, в качестве которого чаще всего используется фреон, циркулирующий по замкнутому контуру. Электроэнергия, от которой работает тепловой насос, тратится только на эту принудительную циркуляцию.

    Принцип работы теплового насоса основан на так называемом цикле Карно, который прекрасно знаком вам по работе холодильных установок. На самом деле, бытовой холодильник, стоящий на вашей кухне, также является тепловым насосом. Когда вы помещаете в него продукты, пусть даже холодные, но температура которых все-таки выше, чем температура в камере холодильника, по закону сохранения энергии выделяемое ими тепло никуда не девается. Поскольку температура внутри повышаться не должна, тепло выводится наружу через решетку радиатора, нагревая воздух в кухне. Чем больше продуктов вы поместите одновременно в холодильник, тем больше будет теплоотдача.

    Простейшим вариантом теплового насоса станет открытый холодильник, помещенный на улице, радиатор которого находится в комнате. Но пусть холодильник исполняет свои прямые обязанности, ведь уже существуют специальные устройства – тепловые насосы, имеющие кпд гораздо выше. Принцип их действия достаточно прост.

    Как работает тепловой насос

    Любой теплонасос состоит из испарителя, конденсатора, расширителя, понижающего давление, и компрессора, который давление повышает.

    Все эти устройства соединены в один замкнутый контур трубопроводом. По трубам циркулирует хладагент, инертный газ с очень низкой температурой кипения, поэтому в одной части контура, холодной, он представляет собой жидкость, а во второй, теплой, он переходит в газообразное состояние.

    Двигаясь дальше, газ перемещается в компрессор, где под действием высокого давления сжимается, а его температура при этом повышается. Став горячим, газ поступает в конденсатор, который также является теплообменником. В нем происходит передача тепла от горячего газа к теплоносителю обратного трубопровода, входящего в отопительную систему дома. Отдав тепло, газ охлаждается и снова переходит в жидкое состояние, в то время, как нагретый теплоноситель поступает в систему горячего водоснабжения и отопления. Проходя через редукционный клапан расширителя, сжиженный газ снова попадает в испаритель – цикл замыкается.

    В холодное время года тепловые насосы работают на обогрев дома, а в жару – на его охлаждение. В этом случае принцип работы тот же, только летом тепло в теплоноситель поступает из внутренних помещений, а не снаружи.

    Конструктивные особенности тепловых насосов

    В настоящее время используются тепловые насосы, имеющие разные конструкции.

    Так, насос с открытым циклом применяют, когда дом расположен рядом с водоемом. В этом случае теплоноситель, вода, поступает в открытый контур, проходит весь цикл и, охлаждаясь, вновь сливается в водоем.

    Геотермальные насосы закрытого типа прокачивают теплоноситель – воздух или воду, по трубам, заложенным глубоко в землю и проложенным по дну водоема. Закрытый цикл в экологическом плане считается более безопасным. К закрытому типу относятся насосы с вертикальным и горизонтальным теплообменником, которые используются, когда поблизости нет водоемов. Вертикальные тепловые насосы применяются, когда площадь земельного участка, на котором расположен дом, невелика. Иногда вертикальные насосы устанавливают в пробуренных поблизости скважинах.

    Разновидности тепловых насосов и систем

    Грунтовые тепловые насосы

    Количества тепловой энергии, получаемой от грунта, достаточно для разогрева хладогента до уровня, где тот меняет агрегатное состояние, превращаясь в пар. Удобно то, что на глубине уже в несколько метров сезонные температурные колебания не наблюдаются. Это позволяет пользоваться прибором круглый год, и в доме всегда будет горячая вода.

    Есть два способ размещения трубопровода в грунте:

    1. Горизонтальный коллектор – это система горизонтально лежащего контура.
    2. Геотермальный зонд – приемники расположены вертикально и связаны между собой.

    Геотермальные насосы с горизонтальным коллектором предполагают заглубление на полтора-два метра. Главное пройти отметку уровня промерзания грунта. Для каждого региона она своя. В среднем это 1,2 метра. Если требуется отопить здание, площадью до 100 кв. м., придется выкопать котлован или вырыть сеть траншей, площадью в 2-3 сотки. Это не обязательно делать под самим сооружением. Главное не садить на задействованном участке растения, имеющие корни, уходящие глубоко в землю.

    Водяные тепловые насосы

    Для использования такого теплового насоса принцип действия взят тот же. Но отличается тип источника.

    В данном случае это грунтовые воды. Естественно, глубина их залегания должна быть доступна в регионе. Но если такая возможность есть, система отличается тепловой стабильностью, так как подземные воды имеют постоянную температуру круглый год. Это делает устройство пригодным для применения в течение всех четырех сезонов. Перед монтажом проводят геологическую разведку, чтобы убедиться, что вода течет на глубине 30-40 метров.

    Однако требуется и химический анализ. Если в составе мало солей железа и ряда других примесей, можно ставить геотермальный зонд.

    В противном случае это нецелесообразно ввиду наличия риска преждевременного выхода из строя и низкой производительности.

    В данном случае применяют грунтовый тепловой насос или воздушный. Именно это требование является причиной того, что среди всей массы рабочих ныне установок тепловые насосы водяного типа используются реже – порядка 5% случаев.

    Воздушные тепловые насосы

    Главное преимущество этого способа организации отопления и подачи горячей воды – отсутствие необходимости вести полномасштабное строительство.

    Не нужно бурить скважины для геотермальных зондов. Нет необходимости рыть траншеи, как в случае с грунтовым тепловым насосом. Все узлы размещаются на поверхности. В итоге сметная стоимость значительно ниже. Времени на установку и обустройство затрачивается меньше. Но при всем кажущемся комфорте это устройство далеко не идеально.

    Работа будет эффективной при температуре воздуха не ниже – 15 °С.

    Схематично теплонасос можно представить в виде системы, которая имеет три контура:

    • В первом контуре расположен тепловой носитель, который переносит энергию от источника низкопотенциального тепла.
    • В следующем циркулирует хладагент. Он может испаряться, забирая тепловую энергию из первого контура, или заново конденсироваться, передавая тепло третьему контуру.
    • В последнем контуре циркулирует теплоприемник (обычно вода), который переносит тепло по батареям для отапливания дома.

    Основные виды

    Тепловая энергия, которая расходуется на отопление загородного дома и для подачи горячего водоснабжения, это результат преобразования энергии из внешней среды при помощи термонасоса. Помпа концентрирует эту низкотемпературную энергию и переносит ее по отопительной системе.

    Чаще всего бытовые насосы используют тепло солнечного освещения или тепло поверхности Земли, которое скапливается в верхних частях земной коры или подземных водах на протяжении года. То есть по конструкции все теплонасосы можно разделить на воздушные, водяные и грунтовые.

    Грунтовые помпы

    Насосы для охлаждения

    Этот вид насосного оборудования получает тепло от грунта. Температура земли на глубине более 3 м почти не подвергается сезонным перепадам. По замкнутому контуру труб, устроенным в грунте, циркулирует этанол или антифриз. Трубопровод теплообменника можно прокладывать в грунте горизонтальным или вертикальным способом.

    Трубы при горизонтальной системе нужно установить в землю ниже промерзания грунта (чаще всего это 1,6−2,1 м). Теплообменник этого типа занимает значительную площадь. Так, для отопления дома в 100 м² требуется примерно 10−20 м² земли.

    На участке, который занят коллектором, можно высаживать только те растения, у которых корневая система не уходит в грунт очень глубоко, также запрещается сооружать какие-то капитальные постройки.

    При устройстве вертикального теплообменника трубы устанавливают перпендикулярно уровню земли и погружают в грунт примерно на 150−220 м. Число монтируемых зондов будет зависеть от мощности обогревательной системы. То есть для отопления дома 100 м² потребуется 2 зонда длиной примерно 90 м, находящихся друг от друга с интервалом 4−6 м.

    Читайте также:
    Подключение унитаза к канализации: чугунной, видео-инструкция как правильно подключить, подсоединить своими руками, подсоединение с косым выпуском, схема, фото и цена

    Разновидности тепловых насосов

    Этот вид помп «забирает» энергию у подземных вод. Такой тепловой насос характеризуется высокой эффективностью и хорошей стабильностью. Это обусловлено отличной теплоотдачей внутри системы и постоянным термальным режимом подземных вод.

    Воздушные агрегаты

    Воздушные насосы

    В плане простоты установки воздушный тепловой насос для отопления дома имеет значительное преимущество, в отличие от своих аналогов. Для использования воздуха в качестве источника теплой энергии не потребуется бурить скважины либо выполнять иные масштабные земельные работы. То есть воздушная помпа в установке обходится намного дешевле, чем другие два вида насосов.

    Невзирая на это огромное преимущество у воздушного оборудования существует один серьезный недостаток. Эта помпа может эффективно работать только при температуре воздуха выше -17C. Снижение температуры ниже установленной границы, что зимой часто случается во многих регионах, приводит к значительному уменьшению коэффициента эффективности этого оборудования.

    Откуда насос берет тепло?

    Функционирует тепловой насос, благодаря эксплуатации природных низкопотенциальных источников тепловой энергии, среди которых:

    • окружающий воздух;
    • водоемы (реки, озера, моря);
    • грунт и грунтовые артезианские и термальные воды.

    Теплоноситель, забирающий на себя тепло из окружающей среды, циркулирует по внешнему контуру. Он попадает в испаритель насоса и отдает хладагенту примерно 4 -7 °C, притом, что его температура кипения равна -10 °C. В результате хладагент закипает и дальше переходит в газообразное состояние. Уже охлажденный теплоноситель во внешнем контуре направляется на следующий виток для набора температуры.

    Состоит функциональный контур теплового насоса из:

    • испарителя;
    • хладагента;
    • электрического компрессора;
    • конденсатора;
    • капилляра;
    • терморегулирующего управляющего устройства.

    Процесс, как работает тепловой насос, выглядит примерно так:

    • хладагент после закипания, двигаясь по трубопроводу, попадает в компрессор, работающий при помощи электроэнергии. Это устройство сжимает хладагент, находящийся в газообразном состоянии, до высокого давления, что вызывает повышение его температуры;
    • горячий газ попадает в другой теплообменник (конденсатор), в котором тепло хладагента отдается теплоносителю, циркулирующему по внутреннему контуру отопительной системы, или воздуху в помещении;
    • остывая, хладагент переходит в жидкое состояние, после чего проходит сквозь капиллярный редукционный клапан, теряя давление, и затем снова оказывается в испарителе;
    • таким образом, цикл завершился, и процесс готов повториться.

    Примерный расчет теплопроизводительности

    На протяжении часа через насос по внешнему коллектору проходит 2,5-3 кубометра теплоносителя, который земля в состоянии нагреть на ∆t = 5-7 °C (прочитайте также: “Важно знать: как продумать расчет теплового насоса”). Чтобы рассчитать тепловую мощность данного контура, следует воспользоваться формулой:

    Q = (T1 – T2) x V, где: V – расход теплоносителя в час (м3/час); T1 – T2 — разница температуры на входе и входе (°C) .

    Виды тепловых насосов

    В зависимости от вида потребляемого рассеянного тепла тепловые насосы бывают:

    • грунт-вода – для их работы в водяной отопительной системе используются закрытые грунтовые контуры или геотермальные зонды, находящиеся на глубине (подробнее: “Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы”);
    • вода-вода – принцип работы теплового насоса для отопления дома в данном случае основывается на использовании открытых скважин для забора грунтовых вод и их сброса (прочитайте: “Как подобрать водяной насос для отопления”). При этом внешний контур не закольцован, а система отопления в доме – водяная;
    • вода-воздух – устанавливают внешние водяные контуры и задействуют отопительные конструкции воздушного вида;
    • воздух-воздух – для их функционирования используют рассеянное тепло наружных воздушных масс плюс воздушная система отопления дома.

    Преимущества тепловых насосов

    1. Экономичность и эффективность. Принцип действия тепловых насосов, изображенных на фото, основан не на производстве тепловой энергии, а на переносе ее. Таким образом, КПД теплового насоса должен быть больше единицы. Но как такое возможно? В отношении работы тепловых насосов используется величина, которая называется коэффициентом преобразования тепла или сокращенно КПТ. Характеристики агрегатов данного типа сравнивают именно по этому параметру. Физический смысл величины заключается в определении соотношения между количеством полученного тепла и затраченной на его получение энергии. Например, если коэффициент КПТ равен 4,8, это означает, что электроэнергия в 1кВт, затраченная насосом, позволяет получить 4,8 кВт тепла, причем безвозмездно от природы.
    2. Универсальное повсеместное применение. В случае отсутствия доступных для потребителей линий электропередач работу компрессора насоса обеспечивают при помощи дизельного привода. Поскольку природное тепло есть повсюду, принцип работы этого устройства позволяет использовать его повсеместно.
    3. Экологичность. Принцип работы теплового насоса основан на малом потреблении электроэнергии и отсутствии продуктов горения. Используемый агрегатом хладагент не содержит хлоруглеродов и полностью озонобезопасен.
    4. Двунаправленный режим функционирования. В отопительный период тепловой насос способен обогревать здание, а в летнее время охлаждать его. Тепло, отобранное у помещения, можно применять для обеспечения дома горячим водоснабжением, а, если имеется бассейн, подогревать в нем воду.
    5. Безопасная эксплуатация. В работе тепловых насосов отсутствуют опасные процессы – нет открытого огня, и не выделяются вредные для здоровья человека вещества. Теплоноситель не имеет высокой температуры, что делает устройство безопасным и одновременно полезным в быту.
    6. Автоматическое управление процессом обогрева помещений.

    Принцип работы теплового насоса, достаточно подробное видео:

    Некоторые особенности эксплуатации насосов

    Чтобы обеспечить эффективную работу теплового насоса, необходимо соблюдать ряд условий:

    • помещение должно быть качественно утепленным (теплопотери не могут превышать 100 Вт/ м²);
    • тепловой насос выгодно использовать для низкотемпературных отопительных систем. Данному критерию соответствует система теплого пола, поскольку ее температура 35-40°C. КПТ во многом зависит от соотношения между температурой входного контура и выходного.

    Принцип работы тепловых насосов заключается в переносе тепла, что позволяет получать коэффициент преобразования энергии величиной от 3 до 5. Другими словами каждый 1 кВт использованной электроэнергии приносит в дом 3-5 кВт тепла.

    Принцип действия

    1. Хладагент поступает в испарительный контур и изменяет своё агрегатное состояние. При переходе из жидкого состояния в газообразное и из среды поглощается тепло.
    2. С помощью компрессора газ под значительным давлением перемещается вместо, где необходимо отдать тепло. При этом температура самого хладагента многократно увеличивается.
    3. Сжатый газ в теплообменнике конденсируется, отдавая при этом накопленную энергию.
    4. Высвободившееся тепло передаётся жидкости, которая циркулирует в системе отопления дома.

    Установка, способная поддерживать процесс передачи тепла таким образом, называется тепловым насосом. Энергия способна без ограничения постоянно перемещаться от устройства, где осуществляется её отбор, к радиаторам отопления, поэтому этот процесс напоминает способ перекачки каких-либо жидких или газообразных веществ. Даже несмотря на то, что тепловой насос, применяемый для отопления дома, потребляет значительное количество электроэнергии, в итоге такой способ обогрева обойдётся значительно дешевле использования традиционных печей и котлов.

    Основные элементы конструкции

    Тепловые насосы, используемые для отопления, состоят из следующих элементов:

    • Компрессора. Это устройство служит для значительного повышения температуры хладагента. В современных теплообменных приборах часто используются спиральные модели нагнетателей.
    • Испарителя. Этот элемент представляет собой ёмкость, в которой жидкое рабочее вещество переходит в газообразное, при этом, температура хладагента существенно увеличивается за счёт поглощения тепловой энергии.
    • Конденсатора. Это устройство предназначено для передачи тепла от разогретого хладагента отопительному контуру.
    • Дроссельный клапан. Механизм, который способен перекрывать доступ хладагента из одной части установки к другой, тем самым, разделяя систему на участки с низким и высоким давлением.

    Тепловые насосы комплектуются различными дополнительными устройствами:

    • коммуникационное устройство – для управления системой через персональный компьютер или мобильный телефон;
    • блок охлаждения – для локальной или центральной системы охлаждения;
    • дополнительный насосный блок – для отопления полов;
    • циркуляционный насос – для циркуляции горячей воды.

    Тепловой насос на даче: выгоды и проблемы

    Можно ли потратить 1 кВт⋅ч электроэнергии, а взамен получить 3-4 кВт⋅ч тепла для отопления и горячего водоснабжения загородного дома? И платить по счетчику только за 1 кВт⋅ч, беспечно обогревая площадь в 30-40 кв. м? Да! Современные технологии творят чудеса. Именно о такой новаторской системе получения теплой воды мы сегодня и поговорим.

    Затратив на входе 1 кВт⋅ч, на выходе она действительно дарит вам в 3-4 раза больше тепла. Причем дарит в прямом смысле: казалось бы, ниоткуда, «из воздуха» появляется дополнительная энергия, которая материализуется в комфортном и теплом отдельно стоящем доме. В этом и есть главный плюс чуда техники под названием «теплонасосные системы», а сокращенно — «тепловые насосы».

    Читайте также:
    Почему возникает конденсат на бачке унитаза и как бороться с этим явлением

    Разумеется, за таким четырехкратным экономическим эффектом стоят и самые современные технологии, и серьезная наука. Поэтому не судите строго за вынужденную сухость и «технократичность» изложения.

    Как это работает

    Всезнающая «Википедия» определяет тепловой насос как устройство для переноса тепловой энергии от источника низкопотенциальной тепловой энергии (с низкой температурой) к потребителю (теплоносителю) с более высокой температурой.

    По сути, тепловой насос аналогичен бытовому холодильнику, о сложной работе которого мы попросту не задумываемся. Только там основная цель — производство холода: испаритель забирает тепло из камеры холодильника, а конденсатор «сбрасывает» его в окружающую среду. В тепловом насосе картина строго обратная.

    Конструкция теплового насоса — это замкнутая система, в которую входят:

    • испаритель,
    • компрессор,
    • конденсатор,
    • расширительный клапан (дроссель).

    Они соединены трубопроводами, по которым циркулирует хладагент (фреон). Но сам тепловой насос как таковой — лишь часть теплонасосной системы отопления. Его испаритель непосредственно связан с первым контуром системы — зарытым в грунт теплообменником, который передает низкопотенциальную энергию грунта хладагенту (второй контур).

    1. Получая тепловую энергию грунта из первого контура, хладагент нагревается, вскипает и переходит из жидкого состояния в газообразное (испаряется).
    2. Компрессор сжимает нагретый газообразный хладагент, при этом его температура повышается. Кстати, именно на работу компрессора в основном и уходит вся потребляемая из сети электроэнергия — тот самый условный 1 кВт⋅ч, о котором шла речь в начале статьи.
    3. Из компрессора подогретый фреон попадает в конденсатор. Здесь он охлаждается, отдавая свое тепло в контур системы водяного отопления дома (третий контур).
    4. Выходя из дросселя, фреон расширяется, его температура падает, в результате он переходит в жидкую фазу и возвращается в испаритель.
    5. После этого рабочий цикл повторяется заново. Типичный бытовой холодильник, только работающий «в обратную сторону».

    Типы тепловых насосных систем

    Исследователи и конструкторы теплонасосных установок разработали несколько вариантов отбора тепла у природы: из грунта, из воды и даже из воздуха. Практический интерес для российских дачников представляет случай съема тепла из грунта — прямо из земли садового участка.

    При этом тепловая энергия грунта отбирается теплоносителем (обычно это незамерзающая жидкость на основе пропиленгликоля или этиленгликоля) первого контура. Известны два типа грунтовых теплообменников: горизонтальный коллектор и геотермальный зонд.

    Горизонтальный грунтовый коллектор

    Это система труб, уложенных на глубине ниже уровня промерзания (то есть около 2 м) в специально вырытые траншеи. Трубы могут соединяться последовательно или параллельно, располагаться в одной плоскости или даже образовывать пространственную спираль.

    Параметры такого теплообменника зависят от длины труб, которую рассчитывают исходя из:

    • потребной мощности насоса,
    • грунта данного места (влажный — лучше),
    • уровня солнечной радиации и т.д.

    В любом случае площадь, занимаемая таким коллектором, сравнительно велика. В средней полосе России примерное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 погонный метр трубы теплообменника, составляет 20-30 Вт. Это означает, что для обеспечения теплом коттеджа площадью около 50 кв. м потребуется коллектор площадью 150-200 кв.м.

    На площадке, под которой располагается коллектор, можно сажать кусты и деревья, устанавливать малые архитектурные формы (беседки, перголы и арки, садовые скульптуры, стационарные садовые светильники и т.д.). Но какая-либо серьезная застройка там запрещена. Такой запрет позволяет тепловым «запасам» грунта, остывшего за зиму, восстанавливаться естественным путем. А это происходит в том числе за счет летних дождей. Поэтому ничто не должно препятствовать проникновению влаги в почву. Так что «энергетическое поле» вашего участка будет представлять собой только садово-огородный ландшафт, даже без теплиц.

    Вертикальный коллектор, или геотермальный зонд

    Вертикальный коллектор — другой тип грунтового теплообменника. Он представляет собой вертикальную скважину глубиной 30-100 м (иногда и более), в которой размещается U-образный или коаксиальный (труба в трубе) теплообменник.

    У него есть и другое название — геотермальный зонд.

    Важнейшее преимущество вертикальных грунтовых теплообменников — в том, что для их устройства требуется минимальная площадь.

    Два примера применения тепловых насосов

    1. Один из лучших примеров на территории России — «Активный дом» под Москвой. Он сооружен в 2011 году и стал поистине символическим объектом в области энергоэффективности дачного строительства.

    В нем установлен тепловой насос, использующий 33% раствор этиленгликоля, который циркулирует в коллекторах охлаждения скважного исполнения. Для их производства на придомовом участке в шахматном порядке пробурили 8 скважин глубиной до 30 м.

    В этом примере есть один очень важный, можно сказать решающий параметр: здесь четко определен радиус действия скважного модуля в 6 м. То есть одна скважина должна отстоять от другой не менее, чем на 12 м.

    Главное достоинство установки — пресловутый расход 1 кВт⋅ч поступающей извне мощности для получения 3-4 кВт⋅ч тепловой энергии.

    Серьезный недостаток таких теплообменников — немалая стоимость буровых работ, приближающаяся к цене импортного оборудования.

    Тем не менее, в Московской области большинство установок приходится на долю тепловых насосных систем именно с вертикальными грунтовыми теплообменниками.

    На видео ниже вы можете посмотреть, как вообще происходит бурение скважин и закладка в них геотермальных зондов:

    2. Еще один пример, на этот раз из Набережных Челнов. Компания Rockwool построила там энергоэффективный дом Natural Balance общей площадью 186 кв. м.

    Отопление и горячее водоснабжение в этом доме обеспечивает тепловой насос. На приусадебном участке пробурили десять скважин глубиной по 35 м, в которые опустили теплообменники.

    Трубы, соединяющие зонды с тепловым насосом, расположены на глубине более 1 м, поэтому площадка со скважинами используется как обычный садовый участок с плодовыми деревьями, огородом, цветниками, садовыми скамейками и прочими атрибутами современного загородного дома.

    Велика ли эффективность теплового насоса?

    Уровень эффективности теплового насоса определяется коэффициентом преобразования (коэффициентом мощности), который показывает отношение полученной тепловой энергии к количеству электрической энергии, затраченной на работу компрессора. В любое время года для тепловых насосов «грунт-вода» величина коэффициента составляет около 4. Это означает, что при потреблении 2 кВт∙ч электрической энергии установка производит 8 кВт∙ч тепловой энергии.

    Я выбрал для примера скромные 2 кВт∙ч, потому что это тот минимум, который может получить одно домохозяйство в обычном садоводческом товариществе в регионе с ограниченным энергопотреблением. А мощности в 8 кВт∙ч тепловой энергии достаточно, чтобы отопить грамотно утепленный дом площадью до 100 кв. м и более.

    Второе назначение

    Тепловые насосы могут работать не только в режиме отопления, но и в режиме кондиционирования всех комнат. То есть если собрать гидравлическую развязку в котельной, обычный тепловой насос можно использовать и для охлаждения. У передовых котловых компаний уже есть модели тепловых насосов, которые легко переходят с одного режима на другой. Оба эти варианта не отличаются сложностью и не требуют больших вложений.

    Читателям, которым в целом понравилась идея тепловых насосов, надо помнить, что традиционные отопительные радиаторы не пригодны для охлаждения воздуха, а «теплые» полы превращаются в «ледяные». Поэтому эффективное совмещение функций отопления и охлаждения возможно только при использовании воздушных систем отопления/кондиционирования. Этот вариант распространен в США, где тепловой насос большую часть года работает именно в режиме охлаждения.

    Стоит ли устанавливать тепловой насос у себя на даче?

    Расходы на эксплуатацию теплонасосных и традиционных газовых систем отопления примерно одинаковы. Поэтому при наличии магистрального газа разумнее использовать привычное газовое отопление, чем платить сотни тысяч рублей за тепловой насос и его обустройство. Для примера можно привести цену теплового насоса мощностью 6 кВт производства компании Viessmann – 756 тыс. рублей.

    Схожие по мощности аппараты отечественного производства с импортными комплектующими обойдутся уже на 200 тыс. руб. дешевле. Хотя учитывая легендарно заоблачные цены на подключение магистрального газа, теплонасосная система может стать экономически оправданной.

    Если магистрального газопровода поблизости нет, выбор типа отопления заметно упрощается. Применять дизтопливо дорого, электричество — еще дороже. В последнем случае нередки строгие лимиты на электроэнергию. Именно в такой ситуации тепловой насос может быть наиболее выгодным вариантом. Он:

    • не требует пожароопасных емкостей с топливом, нуждающихся в периодической заправке, не говоря уже об отсутствии неприятных запахов и естественных выбросов продуктов сгорания;
    • окупается приблизительно через 7-10 лет. Хотя сейчас этот срок стал заложником курса российской валюты.
    Читайте также:
    Отделка стен в прихожей, какой материал лучше выбрать

    Тепловые насосы — это хорошо отработанные конструкции. Срок их службы до капитального ремонта — обычно 15-25 лет. По безопасности они эквивалентны бытовым холодильникам и превосходят любые газовые и дизтопливные котлы.

    Европейские стандарты экономии

    Европейский лидер по использованию тепловых насосов — Швеция, где в новых домах около 95% систем отопления основано на этой технологии.

    За шведами с некоторым отставанием идут финны и немцы. Их энергетическая политика направлена на сокращение энергозависимости от стран с богатыми ресурсами. И тепловые насосы — лишь часть этой обширной программы. В ее рамках в большинстве стран ЕС успешно внедрены системы поддержки производителей энергии из возобновляемых источников. Так, сегодня у пользователей тепловых насосов есть привилегия льготный тариф на энергию, которая тратится на работу таких аппаратов.

    В Финляндии частному застройщику возвращается 20% от стоимости оборудования и 40% (в форме налоговых вычетов) — от суммы затрат на монтаж оборудования (до 2012 года было 60%).

    В России судьба тепловых насосов не столь безоблачна. Гуманные цены на газ и отсутствие реальной заинтересованности в энергосбережении не позволяют рассчитывать на скорое развитие возобновляемых источников энергии. Однако интерес реальных потребителей к этой теме растет с каждым годом. И это легко объяснимо, ведь во многих случаях использование тепловых насосов становится практически единственной возможностью создать современную и экономичную систему отопления в загородном доме.

    Тепловые насосы для отопления дома: виды, плюсы и минусы

    Содержание:

    Как снизить расходы на отопление частного дома? Для любого, кто планирует строительство загородного жилья, это один из наиболее актуальных вопросов. Ответом на него являются тепловые насосы (ТН), которые позволяют уменьшить затраты на обогрев до 80%. Тепловые насосы – сравнительно новый метод обогрева дома и обеспечения горячего водоснабжения, который, тем не менее, набирает популярность. Далее мы поговорим о принципе работы такого оборудования, видах тепловых насосов, их особенностях, преимуществах и недостатках.

    Электроэнергия, газ и уголь – три основных вида отопления, которые используют российские домовладельцы. У каждого из энергоносителей свои особенности, но объединяет их одно – стабильный рост цены год от года. Это заставляет искать альтернативы. Одной из таких альтернатив являются тепловые насосы – парокомпрессионные установки, обеспечивающие перенос тепла от низкопотенциальных (холодных) источников тепловой энергии к теплоносителю.

    Принцип работы теплового насоса

    В конструкцию любого теплового насоса входят следующие устройства: конденсатор, испаритель, компрессор (повышает давление) и расширитель (понижает давление). Все перечисленные элементы объединены при помощи трубопровода и представляют собой один замкнутый контур. По этому контуру циркулирует охладитель. Фреон, хладон — это технический термин присвоенный группе фторсодержащих производных метана и этана. Он представляет из себя инертный газ, который обладает сверхнизкой температурой кипения. По этой причине в «горячей» части контура он находится в газообразном состоянии, а в «холодной» он становится жидкостью.

    Перемещаясь в компрессор, хладагент (чаще всего фреон) подвергается действию высокого давления и сжимается, из-за чего его температура повышается. Разогретый давлением газ поступает в другую часть теплообменника – в конденсатор. Тут промежуточный теплообменник передаёт тепло теплоносителю, который входит в систему отопления дома. Во время того, как хладагент отдает тепло, он конденсируется, снова становится жидким, а нагретый им теплоноситель подаётся в систему отопления. Жидкий фреон проходит через расширитель, где вскипает поглощая тепло. Затем перемещается в испаритель, где докипают остатки жидкой фракции – и цикл повторяется снова.

    Важной особенностью тепловых насосов является универсальность использования – при низких температурах воздуха они обеспечивают обогрев помещений, а в жаркую погоду – их охлаждение. Во втором случае (реверсивный тепловой насос) используется тот же принцип. Разница лишь в том, что в жару теплоноситель движется в другом направлении – он поступает не снаружи, а из дома, из внутренних помещений.

    Попробуем пересказать то же самое простыми словами.

    Давайте вспомним, как работает холодильник. В камеры холодильника помещаются продукты, имеющие комнатную температуру. По закону сохранения энергии накопленное ими тепло не может испариться в никуда – его необходимо вывести за пределы холодильника, что и делается при помощи радиатора, расположенного позади агрегата. Радиатор для этого и предназначен – для рассеивания, передачи в окружающий воздух тепла, «извлеченного» из продуктов.

    Теперь представим себе холодильник, который установлен на улице с открытой дверцей, а его радиатор демонтирован и установлен в доме. Даже если температура воздуха на улице будет на несколько градусов выше температуры кипения фреона, которым заправлен холодильник, агрегат будет передавать это тепло через радиатор в дом, извлекая его из окружающей среды. Это и есть простейший пример теплового насоса. Описанный принцип называется циклом Карно: именно на нем основана работа холодильных установок и климатической техники.

    Разновидности тепловых насосов: аэротермальные, гидротермальные, геотермальные

    Существует три основных вида тепловых насосов. Они отличаются источником получения тепла, ценой оборудования и стоимостью монтажа, параметрами работы.

    1. Аэротермальные (воздушные) насосы. Используют тепло из окружающего воздуха, из атмосферы. Особенность этого вида тепловых насосов в том, что для их монтажа не нужно тратиться на бурение скважин, рыть траншеи и проводить какие-либо иные трудоёмкие земляные работы – все узлы агрегата располагаются на поверхности. Это важный плюс, так как сметная стоимость существенно снижается, как и затраты времени на монтаж.

    При всех перечисленных преимуществах у аэротермальных насосов есть один важный недостаток – они перестают работать при серьезных морозах. На их стабильную работу можно рассчитывать только при температуре не ниже -25℃, по этой причине воздушные насосы не могут полностью обогреть помещение при похолодании в регионах с суровыми зимами.ТН не «тянет» сильные морозы. При падении температуры воздуха до -25° и ниже, он не будет справляться с отоплением дома, поэтому в этом случае необходимо иметь дополнительный теплогенератор – электрический обогреватель или камин. В этом случае чаще используют комбинацию теплового насоса и электрического котла. При достижении уличной температуры -18-22℃, воздушный тепловой насос отключается, а электрический тэн полностью его замещает.

    Еще один важный фактор, который нужно учитывать при выборе такого оборудования – это средняя влажность воздуха в том районе, где находится ваш дом. Идеальный вариант для таких систем – низкий уровень влажности и мягкие зимы. Если климат влажный и холодный, то установка воздушных тепловых насосов нецелесообразна: тепловые установки будут обледеневать и большее время стоять в режиме оттайки.

    2. Гидротермальные (водяные) насосы. Используют тепло воды близлежащего водоёма или грунтовых вод. Такие установки отличаются высокой стабильностью и эффективностью работы благодаря высокому коэффициенту теплоотдачи воды и низкому уровню температурных колебаний. Гидротермальный тепловой насос имеет смысл купить в следующих случаях:

    • на участке, где расположен ваш дом, залегают грунтовые воды в достаточном объёме или есть водоём;
    • глубина залегания грунтовых вод – не более 40 метров;
    • вода обладает свойствами, необходимыми для стабильной работы оборудования (низкий уровень содержания железа и иных примесей)

    Скважины . Вариант со скважинной водой в качестве источника тепла наиболее сложный в монтаже и затратный. Он предполагает бурение двух скважин: одна будет служить для забора воды, другая – для её сброса.

    Водоёмы . Какие водоёмы могут использоваться? К их числу относятся море, река или озеро, которые должны быть расположены не далее 50 метров от дома. Коллектор (трубы с хладагентом) укладывают на дно водоёма и утяжеляют грузом. Благодаря высокой температуре рабочей жидкости обеспечивается высокий КПД установки и существенная экономия на отоплении. Тем, кто живёт в регионе с мягким климатом, на побережье моря, или неподалёку от глубокого озера или реки, водяной тепловой насос способен стать источником бесплатной энергии на долгие годы.

    Стоки . Еще один источник воды, который может использоваться такими насосами – это канализационные стоки. Они успешно применяются в качестве источника тепла для систем горячего водоснабжения и отопления – как частных домов, так и многоэтажек.

    Читайте также:
    Серо-фиолетовый цвет в интерьере комнаты

    3. Геотермальные (грунтовые) насосы. Такой агрегат для подогрева рабочей жидкости в испарителе использует тепло грунта. Это бесконечный источник энергии, так как температура грунта ниже уровня промерзания не меняется и не зависит от погодных условий. Уже на глубине 3 метра температура грунта варьируется от +5 до +8℃, а на 10 метрах она составляет уже +10 ℃.

    Системы отопления, основой которых является геотермальный насос тепла, имеют высокую эффективность, могут круглогодично поддерживать в доме комфортный микроклимат.

    Использование грунтового теплового насоса подразумевает закладку трубопровода с хладагентом в грунт рядом с домом. При этом существует два варианта размещения трубы системы.

    Вертикальный геотермальный зонд . В этом случае трубы располагаются в вертикальной плоскости. Глубина их размещения может достигать 100 метров, что делает этот вариант достаточно затратным. Еще один нюанс – необходимость согласования с надзорными органами бурения скважин такой глубины. Преимуществом такого технического решения является экономия площади участка.

    Альтернативой глубокой закладки труб является схема, при которой используются несколько геотермальных вертикальных зондов. Они заглубляются в грунт на 20 метров и располагаются на расстоянии 5-7 метров друг от друга. При использовании такого метода эффективность зондов (удельный теплосъём) определяется типом грунта. Наиболее выигрышный – это каменистая обводненная почва, которая хорошо проводит тепло (70 Вт/м). Влажные осадочные породы обеспечивают до 50 Вт/м. Наименее «эффективны» будут сухие осадочные породы – в этом случае теплосъём не будет превышать 30 Вт/м.

    Подытожим: устройство геотермальных вертикальных зондов обходится дорого из-за глубокого бурения, однако имеет свои преимущества: высокий удельный теплосъем, гарантированная стабильность температуры, экономия площади участка и минимальные повреждения ландшафта.

    Горизонтальный контур (коллектор) . При такой схеме расположения труб они помещаются в грунт на незначительную глубину (ниже уровня промерзания грунта – от 1,2 до 3 метров), и располагаются на большой площади. Длина труб геоконтура в каждом отдельном случае рассчитывается индивидуально. Для этой цели могут быть использованы полиэтиленовые трубы разного диаметра (от 25 до 40 мм), которые располагаются на расстоянии 500-1000 мм друг от друга.

    В зависимости от проекта коллектор может иметь разную форму (спираль, зигзаг, петли и т.д.). После закладки трубы коллектора заполняются рабочей жидкостью (антифризом), который вбирает тепло от грунта, перемещает его к тепловому насосу и отдаёт хладагенту. После этого охлажденный антифриз снова возвращается в подземный контур и цикл повторяется.

    Эффективность насоса определяется характеристиками грунта, как источника тепла. К примеру, насыщенная влагой глина обеспечивает до 25 Вт на метр трубы, сухая глина 15-18 Вт/м, песок (сухой) – 10 Вт/м. Для примера – чтобы обеспечить отопление дома площадью 100 м2, потребуется свободная территория площадью в 400 квадратных метров. Из этого можно сделать вывод, что геотермальные насосы с горизонтальным коллектором подойдут владельцам участков с большой площадью, которая свободна от построек.

    Особенности эксплуатации тепловых насосов

    Для того чтобы снизить до минимума риски поломок теплового насоса и сделать его работу максимально эффективной, нужно позаботиться об обеспечении разницы температуры теплоносителя на входе и выходе из теплообменников, дельтой в 5℃ (температурный напор), а так же обустройстве в доме трехфазной электросети – это позволит обезопасить оборудование от перепадов напряжения. Еще один нюанс – должно быть проведено качественное утепление помещений (максимально допустимый уровень потерь тепла – не более 100 Вт/ м²).

    Основные преимущества и недостатки тепловых насосов

    Ключевое преимущество ТН в том, что их коэффициент полезного действия в разы выше, чем у обычного электрического оборудования для отопления или кондиционирования. К примеру, даже у современных, экономичных электрических обогревателей объёмы произведенного тепла примерно равны затраченной энергии.

    Тепловые насосы в этой сфере вне конкуренции – они производят тепловой энергии в 3-7 раз больше (СОР), чем используют электроэнергии. COP- это единица, которая измеряет эффективность работы теплового насоса.

    К другим достоинствам установки теплового насоса можно отнести:

    • Длительный рабочий ресурс. Если соблюдать правила эксплуатации и своевременно проводить техническое обслуживание, то насосы могут работать без поломок и ремонта десятилетиями (до 30 лет и более). Единственное «слабое звено» в таких системах – это компрессор, который может потребовать замены один раз в 15-20 лет;
    • Значительная экономия на топливе. В России цены на энергоносители всегда только растут, и в долгосрочной перспективе ТН позволяет экономить на них большие суммы;
    • Универсальность использования. У большинства моделей тепловых насосов есть одно замечательное свойство – реверсивность: в летнюю жару они охлаждают дом, а в холодное время года обеспечивают отопление;
    • Полная автоматизация. Правильная настройка работы ТН обеспечивает полную автоматизацию: пользователю остаётся только выставлять температуру нагрева помещений зимой и охлаждения – летом;
    • Широкая география использования. Разнообразие видов ТН позволяет эксплуатировать их в самых разных регионах, с разным климатом: в случае с тепловыми насосами источниками тепла может выступать грунт, воздух или вода;
    • Перспективы полной автономности. Если в качестве источника электроэнергии использовать солнечные панели, то можно построить в любой, даже самой отдаленной местности полностью автономный дом, который сам себя будет обеспечивать теплом, водой и электричеством;
    • Минимальное техническое обслуживание. Надежность и долговечность оборудования делает его малозатратным в эксплуатации;
    • Полностью бесплатный источник тепла. Мы пока не платим за воздух, которым дышим, воду в водоёмах и грунт под ногами: с помощью ТН они становятся бесконечным ресурсом для получения тепловой энергии.

    Между тем у данных систем есть и свои недостатки, о которых необходимо знать:

    Высокая стоимость самого оборудования и его монтажа. Так как первоначальные затраты достаточно велики, ТН окупится не сразу – в среднем на это уходит 3-7 лет. Быстро окупаются только аэротермальные (воздушные) насосы, которые требуют минимум затрат при установке.

    Ориентация на отопительные системы с низкой температурой теплоносителя. Выгоднее всего тепловые насосы использовать для систем тёплого пола с температурой 35-40°C.

    Воздействие геотермальных насосов на аэробные микроорганизмы. При работе грунтовых насосов земля вокруг труб подвергается постоянному охлаждению, что приводит к гибели аэробных бактерий, которые способствуют очищению стоков от вредных веществ.

    Выбираем тепловой насос: основные критерии

    Тем, кто планирует приобрести такое оборудование, рекомендуется выбирать подходящую модель по следующим критериям:

    • Климатические условия в регионе проживания. Для регионов с морозными зимами подойдет только ограниченное количество моделей;
    • Доступ к источникам тепловой энергии. Для геотермальных насосов – это наличие на участке свободной территории, для гидротермальных ТН – наличие вблизи водоёмов, грунтовых вод;
    • Площадь отапливаемого объекта, его энергоэффективность. Чем больше дом, тем более сложным и дорогостоящим будет тепловой насос: мощные модели требуют значительных затрат на монтаж.
    • Бюджет на покупку. Наиболее доступны по цене аэротермальные насосы, не требующие больших затрат на установку.

    Расчет мощности теплового насоса. Какой мощностью должен обладать насос? Чтобы рассчитать нужную вам мощность, нужно знать следующие параметры: объём теплоотдачи отопительным системам, общую площадь поверхности труб в испарители и конденсаторе, а также объём рабочей жидкости (хладагента).

    Удобным решением в этом случае будет использование для расчетов онлайн калькулятора. Чаще всего там требуется ввести:

    • высоту потолков и общую площадь дома (высчитывается отапливаемая площадь);
    • регион проживания (определяется средние температуры воздуха);
    • энергоэффективность объекта (степень утепления дома) – рассчитывается требуемая производительность теплового насоса.

    Пример расчетов. Для отопления дома площадью 150 м² рекомендуется ТН производительностью 11-13 кВт.

    Практические советы по выбору ТН

    Тепловые насосы представляют собой технически сложное, дорогостоящее оборудование, поэтому к его покупке стоит подойти со всей ответственностью.

    Перед покупкой необходимо обратиться к профильным специалистам для разработки проекта и произведения необходимых расчетов.

    Целесообразнее обращаться в одну компанию, которая предоставляет полный комплекс услуг: продажу оборудования, установку и сервисное обслуживание.

    Остались вопросы

    Спасибо за обращение, мы обязательно перезвоним.

    Рейтинг
    ( Пока оценок нет )
    Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
    Добавить комментарий

    ;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: