Принцип работы тепловых насосов — схемы и видео руководство

Сжигание классического топлива (газ, дрова, торф) является одним из древних способов получения тепла. Однако истощение традиционных источников энергии побудили человека искать более сложные, но не менее эффективные альтернативные варианты. Одним из ни стало изобретение теплового насоса, работа которого основана на школьных законах физики.

Содержание статьи:

Работа теплового насоса

Очень сложный на первый взгляд принцип работы тепловых насосов базируется на нескольких простых законах термодинамики и свойствах жидкостей и газов:

1. Когда газ переходит в жидкое состояние (конденсация), выделяется тепло
2. Когда жидкость переходит в газ (испарение), поглощается тепло

Большинство жидкостей могут закипать при достаточно высоких температурах, близких к 100 градусам. Но встречаются вещества и с достаточно низкими температурами кипения. У фреона она около 3-4 градусов. Превращаясь в газ, он легко сжимается и внутри емкости начинает расти температура.

Теоретически фреон можно сжимать до получения любых желаемых температур, но на практике ограничиваются 80-90 градусами, необходимыми для полноценной работы классической системы отопления.

Каждый сталкивается с тепловым насосом не один раз в день, когда проходит мимо холодильника. Однако в нем он работает в обратном направлении, забирая тепло продуктов и рассеивая в атмосферу.

Видео о технологии работы

Схема теплового насоса

Работоспособность большинства тепловых насосов базируется на тепле грунта, в котором на протяжении года температура практически не колеблется (в пределах 7-10 градусов). Тепло перемещается между тремя контурами:

1. Контур отопления
2. Тепловой насос
3. Рассольный (он же земляной) контур

Классический принцип работы тепловых насосов в отопительной системе состоит из следующих элементов:

1. Теплообменник, отдающий внутреннему контуру тепло, забираемое у земли
2. Сжимающее устройство
3. Второе теплообменное устройство, передающее отопительной системе энергию, получаемую во внутреннем контуре
4. Механизм, понижающий давление в системе (дросселе)
5. Рассольный контур
6. Земляной зонд
7. Отопительный контур

Труба, которая выполняет роль первичного контура, помещается в колодец или закапывается непосредственно в землю. По ней перемещается незамерзающий жидкий теплоноситель, температура которого повышается до аналогичной характеристики земли (около +8 градусов) и поступает во второй контур.

Вторичный контур забирает тепло у жидкости. Циркулирующий внутри фреон начинает закипать и преобразовываться в газ, который направляется в компрессор. Поршень сжимает его до 24-28 атм, благодаря чему происходит увеличение температуры до +70-80 градусов.

На данном рабочем этапе происходит концентрирование энергии в один небольшой сгусток. Благодаря этому увеличивается температура.

Разогретый газ поступает в третий контур, который представлен системами горячего водоснабжения или даже отопления дома. При передаче тепла возможны потери до 10-15 градусов, но они оказываются не существенны.

Когда фреон остывает, происходит уменьшение давления, и он вновь превращается в жидкое состояние. При температуре 2-3 градуса он поступает обратно во второй контур. Цикл повторяется снова и снова.

Основные виды

Устроен принцип работы тепловых насосов так, чтоб они легко эксплуатировались без перебоев в широком диапазоне температур – от -30 до +40 градусов. Наибольшую популярность получили следующие два вида моделей:

• Абсорбционного типа
• Компрессионного типа

Абсорбционного типа модели имеют достаточно сложное устройство. Они передают полученную тепловую энергию непосредственно при помощи источника. Их эксплуатация значительно снижает материальные затраты на расходующиеся электричество и топливо. Компрессионного типа модели для переноса тепла потребляют энергию (механическую и электрическую).

В зависимости от применяемого теплового источника насосы подразделяются на следующие виды:

1. Перерабатывающие вторичное тепло – самые дорогостоящие модели, получившие популярность для обогрева объектов в промышленности, в которых вторичное тепло, вырабатываемое другими источниками, расходуется в никуда
2. Воздушные – забирающие тепло из окружающего воздуха
3. Геотермальные – выбирают тепло из воды или земли

По видам входного/выходного теплоносителя все модели можно классифицировать следующим образом – грунт, вода, воздух и их различные сочетания.

Геотермальные тепловые насосы

Популярными являются геотермальные модели насосов, которые подразделяются на два вида: замкнутого или открытого типа.

Простое устройство открытых систем позволяет нагревать проходящую внутри воду, которая в последствии вновь поступает в землю. Идеально она работает при наличии неограниченного объема чистого жидкого теплоносителя, который после потребления не наносят вред среде.

Замкнутые системы геотермальных тепловых насосов делят на следующие разновидности:

• Водный – коллектор располагается в водоеме на непромерзаемой глубине
• С вертикальным расположением – коллектор помещается в скважину на глубину до 200 м и применим в местностях с неровным ландшафтом
• С горизонтальным расположением – коллектор помещается в землю на глубину 0.5-1 м, очень важно обеспечить на ограниченной площади большой контур

Насос типа воздух-вода

Одним из наиболее универсальных вариантов является модель «воздух-вода». В теплые периоды года она весьма эффективна, но зимой производительность может существенно падать.

Преимуществом системы является простой монтаж. Подходящее оборудование может монтироваться в любом удобном месте, например, на крыше. Тепло, которые в виде газа или дыма удаляется из помещения, может использоваться повторно.

Тип вода-вода

Тепловой насос «вода-вода» один из самых эффективных. Но его использование может быть ограничено наличием поблизости водоема или недостаточной глубиной, на которой в зимний период не наблюдается существенного падения температуры.

Низко потенциальная энергия может выбираться из следующих источников:

• Грунтовые вода
• Водоемы открытого типа
• Сточные промышленные воды

Наиболее прост принцип работы тепловых насосов у моделей, отбирающих тепло в водоеме. Если принято решение использовать подземные воды, может потребоваться бурение колодца.

Тип грунт-вода

Тепло из грунта можно получать на протяжении всего года, так как на глубинах от 1 м температура практически не меняется. В качестве носителя тепла используют «рассол» — незамерзающую жидкость, которая циркулирует по пластиковым трубам.

Один из недостатков системы «грунт-вода» — необходимость большой площади для достижения желаемой эффективности. Нивелировать его стараются укладкой труб кольцами.

Коллектор можно располагать в вертикальном положении, но потребуется скважина глубиной до 150 м. На дне монтируются зонты, отбирающие тепло грунта.

Плюсы и минусы отопительных систем с тепловым насосом

Тепловые насосы нашли широкое применение в системах отопления частной жилой площади или промышленных площадей. Они постепенно вытесняют более классические источники энергии благодаря надежности и экономичности.

Среди многочисленных преимуществ, которые предоставляет эксплуатация теплового насоса, выделяют:

• Экономия материальных средств на техническом обслуживании систем и теплоносителе
• Насосы работают полностью в автономном режиме
• В окружающую среду не выделяются вредные продукты горения и прочие токсичные вещества
• Пожаробезопасность монтируемого оборудования
• Возможность легко реверсировать работу системы

• Большие первоначальные вложения на обустройства отопительной системы – от 3 до 10 тысяч долларов
• В холодные периоды, когда температура отпускается ниже -15 градусов, необходимо подумать об альтернативных вариантах отопления
• Отопление, основанное на работе теплового насоса, наиболее эффективно только в системах низкотемпературным теплоносителем

Еще одно схематичное видео:

Подводим итоги

Узнав и освоив принцип работы теплового насоса, можно подумать и принять решение о целесообразности его установки и использования. Первоначальные затраты, которые могут показаться очень масштабными, в скором времени окупятся и начнут приносить своеобразную прибыль в виде экономии на классическом топливе.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы

На чтение 7 мин.

Под понятием тепловой насос подразумевается совокупность агрегатов, предназначенных для накопления энергии тепла от различных источников в окружающей среде и передача этой энергии потребителям.

Для примера, подобными источниками могут быть стояки канализации, отходы различных крупных производств, выделяемое при работе тепло от различных электростанций и т.д. В итоге, источником могут выступать различные среды и тела, имеющие температуру более одного градуса.

Задача теплового насоса — преобразовать естественную энергию воды, земли или воздуха в тепловую энергию для нужд потребителя. Так как данные виды энергии постоянно самовосстанавливаются, то можно считать их безграничным источником.

Тепловой насос для отопления дома принцип работы

Принцип работы тепловых насосов основан на возможности тел и сред отдавать свою тепловую энергию другим таким же телам и средам. По этой особенности различают различные виды тепловых насосов, в которых обязательно присутствуют поставщик энергии и её получатель.

В названии насоса на первом месте указывается источник тепловой энергии, а на втором тип носителя, которому передаётся энергия.

В конструкции каждого теплового насоса отопления дома выделяют 4 основных элемента:

1. Компрессор, предназначенный для увеличения давления и температуры пара, возникающего вследствие кипения фреона.
2. Испаритель, представляющий из себя бак, в котором фреон из жидкого состояния переходит в газообразное.
3. В конденсаторе хладагент передаёт тепловую энергию внутреннему контуру.
4. Посредством дроссельного клапана регулируется количество хладагента, поступающего в испаритель.

Отопление тепловым насосом воздух воздух.

Тип теплового насоса воздух воздух обозначает, что тепловая энергия будет браться из внешней среды (атмосферы) и передаваться носителю, так же воздуху.

Принцип действия данной системы основан на следующем физическом явлении: среда в жидком состоянии, испаряясь, понижает температуру поверхности, откуда происходит её рассеивание.

Для наглядности кратко рассмотрим схему работы морозильной камеры холодильника. Фреон, циркулирующий по трубкам холодильника, забирает тепло из холодильника и сам при этом нагревается. В последствие собранное им тепло передаётся во внешнюю среду (то есть в помещение в котором расположен холодильник). Затем хладагент, сжимаясь в компрессоре, снова остывает и круговорот продолжается. Воздушный тепловой насос работает по тому же принципу — забирает тепло из уличного воздуха и обогревает дом.

Конструкция агрегата состоит из следующих частей:

• Внешний блок насоса представляют компрессор, испаритель с вентилятором и расширительный клапан.
• Теплоизолированные медные трубки служат для циркуляции фреона
• Конденсатор, с расположенным на нём вентилятором. Служит для рассеивания уже нагретого воздуха по площади помещений.

При работе воздушного теплового насоса при обогреве дома в определённом порядке происходят следующие процессы:

• Посредством вентилятора воздух с улицы втягивается в устройство и проходит через внешний испаритель. Фреон, совершающий круговорот в системе, собирает всю энергию тепла из уличного воздуха. В следствие этого из жидкого состояния он переходит в газообразное.
• В дальнейшем газообразный фреон сжимается в конденсаторе и переходит во внутренний блок.
• Затем газ переходит в жидкое состояние, при этом отдавая накопленное тепло воздуху комнаты. Этот процесс происходит в конденсаторе расположенном в помещении.
• Переизбыток давления уходит через расширительный клапан, а фреон в жидком состоянии уходит на новый круг.

Фреон постоянно будет забирать тепловую энергию из уличного воздуха, так как его температура всегда будет меньше. Исключением является тот случай, когда на улице сильные морозы. В таких условиях эффективность теплового насоса будет уменьшаться.

Для повышения мощности агрегата максимально увеличивают поверхности конденсатора и испарителя.

Как и у каждого сложного прибора у воздушного теплового насоса есть свои плюсы и минусы. Из плюсов стоит выделить:

1. В зависимости от потребности агрегат может повышать или понижать температуру обогрева дома.
2. Насос данного типа не засоряет окружающую среду вредными продуктами сгорания топлива.
3. Устройство легко устанавливается.
4. Воздушный насос абсолютно безопасен в плане возникновения пожара.
5. Коэффициент отдачи тепла насосом очень высок по сравнению с энергозатратами (на 1 кВт затраченной электроэнергии приходится от 4 до 5 кВт выделяемого тепла)
6. Отличаются доступной ценой.
7. Устройство удобно при использовании.
8. Система управляется автоматически.

Из минусов воздушной системы стоит упомянуть:

1. Небольшой шум, создаваемый при работе устройства.
2. Эффективность прибора зависит от температуры окружающей среды.
3. При низких уличных температурах возрастает потребление электричества. (ниже -10 градусов)
4. Система целиком зависит от наличия электричества. Проблема может быть решена установкой автономного генератора.
5. Воздушным насосом нельзя нагреть воду.

В целом приборы класса воздух-воздух идеально подойдут для обогрева деревянных домов, у которых, вследствие особенности материала, снижены естественные потери тепла.

Перед выбором воздушного насоса стоит выяснить следующие ключевые моменты:

• Показатель теплоизоляции помещений.
• Квадратуру всех комнат
• Число людей, живущих в частном доме
• Условия климата

В большинстве случаев на 10 кв. м. помещения должно приходится около 0,7 кВт мощности устройства.

Тепловые насосы для отопления дома вода вода.

При обустройстве отопительной системы в частном доме хорошо подойдут системы класса вода-вода. Помимо этого они смогут обеспечить жилище горячей водой. В качестве источников природного тепла подойдут различные водоёмы, подземные воды и т.д.

В основу работы насоса вода вода положен закон о том, что изменении агрегатного состояния (из жидкости в газ и наоборот) вещества, под воздействием различных факторов влечёт за собой высвобождение или поглощение энергии тепла.

Подобный тип насосов можно использовать для отопления дома даже при низких температурах окружающей среды, так как в глубоких слоях земли всё равно сохраняется плюсовая температура.

Принцип работы теплового насоса вода вода следующий:

• Специальный насос гонит воду по медным трубкам системы из внешнего источника в установку.
• В приборе вода из окружающей среды воздействует на хладагент (фреон), температура кипения которого от +2 до +3 градусов. Часть энергии тепла воды передаётся фреону.
• Компрессор всасывает газообразный хладагент и сжимает его. В результате этого процесса температура хладагента ещё больше возрастает.
• Затем фреон направляется в конденсатор, где и нагревает воду до необходимой температуры (40-80 градусов). Нагретая вода поступает в трубопровод отопительной системы. Здесь фреон возвращается в жидкое состояние и цикл начинается заново.

Стоит отметить, что приборы вода-вода используются для отопления дома площадью 50-150 кв.м.

При выборе устройства данного класса стоит обратить внимание на определённые условия:

• В качестве источника энергии предпочтение следует отдать открытым водоёмам (легче монтаж труб), на расстоянии не более 100 м. К тому же глубина водоёма для более северных районов должна быть не менее 3 метров (на такой глубине вода обычно не промерзает). Трубы, подводимые к воде должны быть утеплены.
• Жёсткость воды сильно влияет на работу насоса. Не каждая модель способна функционировать при высоких показателях жёсткости. Вследствие этого до приобретения устройства берётся проба воды и исходя из полученных результатов подбирается насос.
• По типу работы агрегаты делятся на моновалентные и бивалентные. Первые отлично справятся с ролью основного источника тепла (вследствие своей большой мощности). Вторые могут выступать дополнительным источником обогрева.
• С мощностью насоса возрастает его кпд, но в то же время и увеличивается потребление электричества.
• Дополнительные возможности прибора. Например: корпус с шумоизоляцией, функция нагрева воды для бытовых нужд, автоматическое управление и др.
• Для расчёта необходимой мощности прибора нужно общую площадь помещений умножить на 0,07 кВт (показатель энергии на 1 кв.м.). Эта формула действительна для стандартных помещений, с высотой не более 2,7 м.

Принцип работы теплового насоса, его типы, применение

Проблема истощения энергетических ресурсов Земли становится все более острой. Ученые, энергетики и просто потребители все чаще задумываются об альтернативных источниках энергии. Одним из таких восполняемых самой природой источников можно назвать геотермальные. Многие задумываются над тем, как осуществить термальное отопление для дома. Сделать это можно благодаря установке теплового насоса. Эти устройства становятся все популярнее. Что такое тепловой насос? Это приспособление, сочетающее в себе функциональные особенности кондиционера, водонагревателя и котла отопления. Главная его особенность – высокая степень экологичности, поскольку принцип действия теплового насоса включает задействование в качестве топлива энергию возобновляемых источников природной среды. Сегодня тепловые насосы для отопления дома, их принцип действия, являются экономически самыми выгодными агрегатами, поскольку их эксплуатация не базируется на топливе.

Схема теплового насоса:

• Испаритель. Устанавливается на глубине 5–6 метров.
• Компрессор. Устанавливается для увеличения давления паров хладагента.
• Конденсатор. Через него термическая энергия передаётся теплоносителю.

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы

Как работает тепловой насос? Чтобы понимать принцип работы теплового насоса, потребуется вспомнить, как работает холодильный агрегат, в котором испаряется рабочее вещество и возвращается холод. В нем оно конденсируется, вырабатывая энергию. Потом часть тепла отдаётся на коллектор, после достижения необходимых значений передаётся теплоносителю и распространяется по комнате.

Термальное отопление дома тепловым насосом, принцип действия которого основан на том, что все тела, температура которых выше абсолютного нуля, могут выделять тепло, возможно в широком диапазоне температур. Работа теплового насоса управляется специальными терморегуляторами. Если температура превысит заданное значение, терморегулятор отключает этот прибор от сети, и, наоборот, при падении – включает. Тем самым в помещении поддерживается постоянная температура.

Схема работы теплового насоса

Тепловые насосы, схема которых основана на том, что из окружающей среды они получают температуру от 0 до +7 градусов Цельсия, преобразовывают её до 35–50 градусов. Подробная схема выглядит следующим образом:

1. Неглубоко в грунте устанавливается специальный трубопровод, в который заложен испаритель. Глубина должна выбираться таким образом, чтобы в любое время года там была температура выше нуля.
2. К испарителю присоединяют другой трубопровод, залитый хладагентом. Если в нем обеспечить высокое давление, то хладагент вскипает даже при одном градусе по Цельсию. Данный процесс сопровождается поглощением энергии, которая идет в теплоносители, которые размещены в грунте.
3. С помощью компрессора выкачиваются пары хладагента. Кроме того, компрессор ещё больше повышает давление в арматуре, благодаря чему хладагент разогревается более эффективно.
4. Затем пары охлаждающей жидкости перемещаются к конденсатору, где изменяется агрегатное состояние вещества. При этом выделяется энергия.
5. Система теплоснабжения загородного дома поглощает выделенную энергию, которая образовалась вследствие трансформации агрегатного состояния. Охлаждающая жидкость транспортируется по регулирующему дросселю, после чего возвращается к испарителю.

Выгода использования тепловых насосов

Рациональность отопления тепловым насосом заключается в его высокой степени экономичности. Чтобы получить 1 кВт энергии, нужно израсходовать приблизительно 0,2–0,3 кВт электроэнергии на питание компрессора. Выходит, что КПД равняется фантастическим 400–500 процентов. Кроме того, для работы эксплуатируется бесплатная энергия, которая при этом полностью возобновляется. Причём найти источник можно повсеместно. Тепловые насосы для отопления дома настраиваются под конкретные условия эксплуатации, поэтому избытка энергии нет.

Классификация тепловых насосов

Тепловые насосы по принципу работы разделяются на абсорбционные и компрессионные. Первые более выгодны экономически, но они имеют сложную конструкцию, что вызывает некоторые трудности в процессе монтажа.

Они классифицируются следующим образом:

• Геотермальные. Обогрев дома тепловым насосом выполняется за счёт подземного тепла. Принцип действия таких насосов для отопления дома основан на том, что температура грунтовых вод даже зимой не бывает ниже 7 градусов.
• Воздушные. Забирают тепло атмосферного воздуха. Их установка происходит снаружи, проведение грунтовых работ не требуется. Широко используются при совместной работе с котлом отопления.
• Вторичное тепло. Тепловые насосы для отопления дома, принцип работы которых построен на тепловых сбросах, эксплуатируются теперь чаще.

Стоит упомянуть, что принцип работы всех типов тепловых насосов не отличается, но разные устройства имеют свои конструктивные отличия и функционируют по-разному.

Достоинства и недостатки тепловых насосов

В сравнении с использованием газового котла, термальное отопление имеет больше преимуществ. Основными  достоинствами, которыми обладает устройство теплового насоса, является высокая степень экономичности – потребляется незначительное количество электроэнергии, а также абсолютная экологическая безвредность. Среди других достоинств можно выделить следующие:

• Высокая степень надёжности агрегата. При его корректном использовании срок службы может превышать 15 лет. Перепады в электросети не наносят вреда деталям.
• Комфорт в использовании. Отопление тепловым насосом полностью бесшумное, работа системы не зависит от погодных условий.
• Гибкость настраиваемых характеристик. Каждый агрегат настраивается полностью под конкретные условия работы и предпочтения клиентов.
• Универсальность. Устройство обладает большим диапазоном мощностей, с его помощью можно обеспечить теплом практически любое помещение.
• Эффективность теплового насоса. Принцип работы тепловых насосов основывается не на выработке энергии, а на её переносе, поэтому можно утверждать, что его КПД существенно больше единицы.

При большом количестве плюсов, термальное отопление имеет один недостаток – высокую стоимость оборудования и монтажа, поскольку для его установки нужно выполнить целый ряд подготовительных работ. Но термальное отопление имеет два неоспоримых преимущества – экономически выгодный вид источника тепла и экологическую чистоту получения энергии.

‘; blockSettingArray[0][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[0][«elementPlace»] = 2; blockSettingArray[1] = []; blockSettingArray[1][«minSymbols»] = 0; blockSettingArray[1][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[1][«text»] = ‘

‘; blockSettingArray[1][«setting_type»] = 6; blockSettingArray[1][«elementPlace»] = 0; blockSettingArray[3] = []; blockSettingArray[3][«minSymbols»] = 1000; blockSettingArray[3][«minHeaders»] = 0; blockSettingArray[3][«text»] = ‘

Тепловой насос для отопления дома. Принцип работы

В условиях растущих цен на топливо многие задумываются о снижении расходов. Учёные ломают голову над получением дешёвой энергии и максимальном использовании сил природы. Именно на простых законах физики и использовании природных стихий построен принцип действия теплового насоса.

 

Содержание статьи

Понятие теплового насоса и принцип его работы

Если сильно упростить структуру насоса, производящего тепло, то получится работа холодильника или кондиционера, но в более глобальном масштабе. Такая тепловая установка не требует топливного котла. Её нужно правильно смонтировать и подключить к источнику электропитания. Это вовсе не обозначает, что насос отапливает дом электричеством — киловатты тратятся на функционирование системы.

Устройство насоса

Принцип действия теплового насоса не особо отличается от выбранного вида — тепло забирается во внешней среде и передаётся в дом. Такие установки имеют всего три главных компонента:

• Зонд, собирающий тепло.
• Сам тепловой насос, включая компрессор.
• Система отопления здания с теплообменной камерой.

Первый и последний пункт теплонасосной установки — это трубы и радиаторы. Теплообменный зонд представляет собой большой горизонтальный змеевик, вертикальные трубы или открытый забор воды из естественного водоёма. Суть системы заключается в самом насосе. В нём 6 составляющих:

• капилляр;
• хладагент;
• компрессор;
• испаритель;
• конденсатор;
• терморегулятор.

Принцип работы теплового насоса

Вернуться к содержанию
 

Разновидности тепловых насосов

Общий принцип теплонасосных установок заключается в обмене температур между носителями. Тепло первичного источника передаётся системе отопления без использования топлива. Эти источники можно поделить на 3 группы:

• геотермальные;
• аэротермические;
• гидротермальные.

Это три разных стихии — воздух, вода и земля. Именно от этих природных носителей тепловой энергии происходит отопление дома. Помимо отличий в «стихии» установки отличаются и типом монтажа. Они делятся на 2 вида:

• Открытого типа.
• Закрытых разновидностей.

Контур геотермального теплового насоса

Достоинства и недостатки насосов разных видов

Наиболее простой и быстромонтируемый вид теплоустановки — это аэротермический. Теплообмен происходит с воздухом, не требуя монтажа большого количества оборудования. Плюсами являются:

• лёгкость установки без труб и радиаторов;
• безопасность и экологичность эксплуатации;
• возможность использования в летнее время для охлаждения.

Минусами этого типа установок признана её неэффективность в холодных регионах. Уже при 0 градусов Цельсия аэротермическая установка работает с 50% мощностью. При падении температуры до минус 20 С использование воздушного насоса становится нерентабельным. Эта установка не подходит для регионов с сильными морозами, также её монтаж будет не рентабельным в местах с частым безветрием.

Насос вода-вода требует более сложного монтажа и соблюдения обязательного условия — на участке должен быть водоём, непромерзающий зимой до самого дна. Это является недостатком такой установки, в ряде случаев её просто невозможно смонтировать. Преимуществами этой системы являются высокая эффективность, возможность эксплуатации в морозы и более низкая стоимость установки относительно геотермальной.

Схема теплового насоса вода-вода

Список плюсов значительно шире:

• длительный срок работы при разовых вложениях;
• максимальная эффективность при любой погоде;
• эксплуатация и на охлаждение, и на обогрев здания;
• возможность использования в регионах с сильными морозами.

Теплонасосные установки уверенно завоёвывают внимание владельцев частных домов и компаний, имеющих малоэтажные строения. Этот вид отопления позволяет серьёзно снизить расходы на обогрев, снижая стоимость эксплуатации жилых и офисных зданий. Почти все виды установок возможно смонтировать самостоятельно, не прибегая к услугам специалистов. Для этого достаточно лишь приобрести сам насос и расходные материалы, а также ознакомится с особенностями монтажа.
Вернуться к содержанию
 

Особенности монтажа теплового насоса

Почти все теплонасосные установки допускают возможность самостоятельного монтажа. Возможность самому установить насос при вертикальном расположении зонда исключена — требуется бурение скважины на глубину не менее 100 метров. Во всех остальных случаях достаточно соблюсти простые требования.

Монтаж теплового насоса – это трудозатратное дело

Минимальные требования

Система вода-вода не может функционировать без поверхностного водоёма в шаговой доступности при самостоятельной установке. Возможен монтаж силами профессионалов вертикальной системы, если есть источник подземных вод.

Горизонтальный грунтовой насос требует наличия свободного участка земли, незанятой под огород, сад и не имеющей тяжёлых строений. При этом его площадь должна в 2─4 раза превышать размер земли, занятой отапливаемым строением. Система вода-воздух или воздух-воздух требует хотя бы минимальной ветрености и должна быть установлена не более, чем в 20 метрах от здания.

Устройство теплового насоса требует наличия обязательного источника электропитания. При невозможности подключения насоса к стационарному электроснабжению допускается использование бензинового или дизельного генератора.
Вернуться к содержанию
 

Монтаж воздушного теплового насоса

По сути, эта система представляет собой большой кондиционер в случае принципа воздух-воздух. В этом случае процесс монтажа прост — необходимо выбрать правильное месторасположение и обеспечить вход воздуховода в здание с обязательной установкой фильтров.

При выборе места установки воздухозаборников нужно учесть шум, производимый ими в работе. А также требуется обеспечить возможный отход конденсата для предотвращения обледенения. Воздушный теплонасос наиболее простой в монтаже.
Вернуться к содержанию
 

Установка водяного горизонтального насоса

Сначала необходимо собрать геоконтур из обычных полимерных труб необходимо при помощи грузил опустить на дно водоёма вместе с испарителем. Допустима установка в водоёмах со сточными или промышленными водами, не повреждающими полимер.

Теплообменник водяного горизонтального теплового насоса

Монтаж горизонтального насоса грунт-вода

Эта система наиболее популярна в частном секторе. Она понятна для самостоятельного монтажа, но требует большого объёма земляных работ. Возможно простое «U-образное» расположение труб под землёй на большое расстояние или же монтаж змеевидной системы на ограниченном участке.

Необходимо учесть, что для получения 1 кВт тепловой энергии требуется 50 кв. м. коллекторов. При змеевидном расположении труб они должны быть удалены друг от друга на расстояние в 0,7─1 м. КПД горизонтальной системы при правильном монтаже достигает 3─5 кВт тепловой энергии на один потраченный киловатт электричества.
Вернуться к содержанию
 

Вертикальные насосные установки

Самостоятельно смонтировать вертикальный насос невозможно — требуется бурение на глубину не менее 100 м. Для начала необходимо оплатить и получить разрешение на скважину. Такие теплонасосные установки наиболее дорогие, но максимально эффективные.

При монтаже вертикальной системы вода-вода открытого типа с использованием подземных водоёмов возможны дополнительные бонусы. Эта система позволяет одновременно обеспечить здание автономными источниками питьевой воды.

Вернуться к содержанию
 

Нюансы расчётов при установке теплового насоса

Поняв, как работает тепловой насос, необходимо правильно рассчитать его мощность. Расчёт теплового насоса кажется простым только на первый взгляд. Лучше всего доверить эту работу специалистам, особенно если здание находиться в регионе с холодным климатом.

Грунтовый теплообменник вертикального теплового насоса

• R — теплопотери здания;
• V — объёмы дома в м³;
• T — максимальный перепад температур дом-улица;
• k — коэффициент теплопроводности здания (СНиП).

Сама формула выглядит так: R=k*V*T. Единицей измерения результата умножения являются ккал. Для перевода их в кВт необходимо произвести деление на 860. Полученный результат покажет максимально необходимую мощность насоса.
Вернуться к содержанию
 

Случаи низкой рентабельности насоса

Неправильные расчёты могут привести к недостаточной мощности. В тёплых областях это приведёт к монтажу излишне мощной системы, но в морозных регионах не позволит качественно отапливать здание.

Выше сказано, что воздушный насос неэффективен при морозах в минус 20 С. На самом деле сейчас уже существуют модели, способные функционировать при температуре в минус 32 С, оставаясь рентабельными. Пока такие системы реализуются по очень высокой стоимости и их эксплуатация обоснована только при невозможности выбора другого вида отопления.

А также необоснованные затраты будут при монтаже вертикальных систем в тёплых регионах. Их применение будет обоснованным только в очень жарком климате в случае эксплуатации с целью охлаждения при выборе реверсивных моделей насосов. Монтаж вертикальных систем в тёплых регионах для отопления нерентабелен — окупаемость установки с 5─7 возрастёт до 15─20 лет.

Если теплонасосная установка уже запланирована на этапе строительства дома, то стоит заранее рассчитать монтаж системы тёплых полов. Это наиболее выгодная система отопления с использованием тепловых насосов. Подключение к действующей радиаторной системе также эффективно, но менее рентабельно.

Принцип работы теплового насоса. Как работает тепловой насос?

Все больше и больше интернет пользователей интересуются альтернативами способами отопления: тепловыми насосами.

Для большинства это абсолютно новая и неизвестная технология, поэтому и возникают вопросы типа: «Что такое тепловой насос?», «Как выглядит тепловой насос?», «Как работает тепловой насос?» и пр.

Здесь мы постараемся просто и доступно дать ответы на все эти и еще много других вопросов, связанных с тепловыми насосами.

Что такое Тепловой Насос?

Тепловой насос — устройство (другими словами «тепловой котел»), которое отбирает рассеянное тепло из окружающей среды (грунт, вода или воздух) и переносит его в отопительный контур вашего дома.

Тепловой насос Грунт-Вода

Благодаря солнечным лучам, которые непрерывно поступают в атмосферу и на поверхность земли происходит постоянная отдача тепла. Именно таким образом поверхность земли круглый год получает тепловую энергию.

Воздух частично поглощает тепло от энергии солнечных лучей. Остатки солнечной тепловой энергии почти полностью поглощается землей.

Кроме того, геотермальное тепло из недр земли постоянно обеспечивает температуру грунта +8°С (начиная с глубины 1,5-2 метра и ниже). Даже холодной зимой температура на глубине водоемов остается в диапазоне +4-6°С.

Именно это низкопотенциальное тепло грунта, воды и воздуха переносит тепловой насос из окружающей среды в отопительный контур частного дома, предварительно повысив температурный уровень теплоносителя до необходимых +35-80°С.

ВИДЕО: Как работает тепловой насос Грунт-Вода?

Что делает Тепловой Насос?

Тепловые насосы — тепловые машины, которые предназначены для производства тепла с использованием обратного термодинамического цикла. Тепловые насосы переносят тепловую энергию от источника с низкой температурой в систему отопления с более высокой температурой. В процессе работы теплового насоса происходят затраты энергии, не превышающие объем произведенной энергии.

Прямой цикл Карно

В основе работы теплового насоса лежит обратный термодинамический цикл (обратный цикл Карно), состоящий из двух изотерм и двух адиабат, но в отличии от прямого термодинамического цикла (прямого цикла Карно) процесс протекает в обратном направлении: против часовой стрелки.

В обратном цикле Карно окружающая среда выступает в роли холодного источника тепла. При работе теплового насоса тепло внешней среды благодаря совершению работы передается потребителю, но с уже более высокой температурой.

Передать тепло от холодного тела (грунт, вода, воздух) возможно только при затрате работы (в случае с тепловым насосом — затраты электрической энергии на работу компрессора, циркуляционных насосов и пр.) или другого компенсационного процесса.

Еще тепловой насос можно назвать «холодильником наоборот», так как тепловой насос это та же холодильная машина, только в отличии холодильника тепловой насос забирает тепло снаружи и переносит его в помещение, то есть обогревает помещение (холодильник же охлаждает путем отбора тепла из холодильной камеры и выбрасывает его через конденсатор наружу).

Как работает Тепловой Насос?

Теперь поговори о том как работает тепловой насос. Для того, что понять принцип работы теплового насоса нам нужно разобраться в нескольких вещах.

1. Тепловой насос способен извлекать тепло даже при отрицательной температуре.

Большинство будущих домовладельцев не могут понять принцип работы теплового насоса Воздух-Вода (в принципе любого воздушного теплового насоса), так как не понимают каким образом может извлекаться тепло из воздуха при отрицательной температуре зимой. Вернемся к основам термодинамики и вспомни определение теплоты.

Теплота — форма движения материи, представляющая собой беспорядочное движение образующих тело частиц (атомов, молекул, электронов и др.).

Даже при температуре 0˚С (ноль градусов по Цельсию), когда замерзает вода, в воздухе все еще есть теплота.  Ее значительно меньше чем, например при температуре +36˚С, но тем не менее и при нулевой и при отрицательной температуре происходит движение атомов, а значит и происходит выделение теплоты.

Движение молекул и атомов полностью прекращается при температуре -273˚С (минус двести семьдесят три градуса по Цельсию), что соответствует абсолютному нулю температуры (ноль градусов по шкале Кельвина). То есть и зимой при минусовой температуре в воздухе есть низкопотенциальное тепло, которое можно извлекать и переносить в дом.

2. Рабочая жидкость в тепловых насосах — хладагент (фреон).

Хладагент R-410А, используемый в тепловых насосах

Что такое холодильный агент? Хладагент — рабочее вещество в тепловом насосе, которое отбирает теплоту от охлаждаемого объекта при испарении и передает тепло рабочей среде (например, воде или воздуху) при конденсации.

Особенность хладагентов в том, что они способны закипать и при отрицательных и при относительно низких температурах. Кроме того хладагенты могут переходить из жидкого состояния в газообразное и наоборот. Именно во время перехода из жидкого состояния в газообразное (испарения) происходит поглощение теплоты, а во время перехода из газообразного в жидкое (конденсации) происходит передача теплоты (отделение тепла).

3. Работа теплового насоса возможна благодаря его четырем ключевым компонентам.

Для того, чтобы понять принцип работы теплового насоса его устройство можно разделить на 4 основные элементы:

1. Компрессор, который сжимает хладагент для повышения его давления и температуры.
2. Расширительный клапан — терморегулирующий вентиль, который резко понижает давление хладагента.
3. Испаритель — теплообменник, в котором хладагент с низкой температурой поглощает тепло от окружающей среды.
4. Конденсатор — теплообменник, в котором уже горячий хладагент после сжатия передает тепло в рабочую среду отопительного контура.

Именно эти четыре компонента позволяют холодильным машинам производить холод, а тепловым насосам — тепло. Для того, чтобы разобраться как работает каждый компонент теплового насоса и для чего он нужен предлагаем просмотреть видео о принципе работы грунтового теплового насоса.

ВИДЕО: Принцип работы теплового насоса Грунт-Вода

Принцип работы теплового насоса

Теперь попытаемся подробно описать каждый этап работы теплового насоса. Как уже говорилось ранее — в основе работы тепловых насосов лежит термодинамический цикл. Это значит, что работа теплового насоса состоит из нескольких этапов цикла, которые повторяются снова и снова в определенной последовательности.

Рабочий цикл теплового насоса можно разделить на четыре следующие этапы:

1. Поглощение тепла из окружающей среды (кипение хладагента).

В испаритель (теплообменник) поступает хладагент, который находиться в жидком состоянии и имеет низкое давление. Как мы уже знаем при низкой температуре хладагент способен закипать и испаряться. Процесс испарения необходим для того, чтобы вещество поглотило тепло.

Согласно второму закону термодинамики тепло передается от тела с высокой температурой к телу с более низкой температурой. Именно на этом этапе работы теплового насоса хладагент с низкой температурой проходя по теплообменнику отбирает тепло от теплоносителя (рассола), который ранее поднялся из скважин, где отобрал низкопотенциальное тепло грунта (в случаи с грунтовыми тепловым насосами Грунт-Вода).

Дело в том, что температура грунта под землей в любое время года составляет +7-8°С. При использовании геотермального теплового насоса типа Грунт-Вода устанавливаются вертикальные зонды, по которым циркулирует рассол (теплоноситель). Задача теплоносителя — нагреться до максимально возмножной температуры во время циркуляции по глубинным зондам.

Когда теплоноситель отобрал тепло из грунта, он поступает в теплообменник теплового насоса (испаритель) где «встречается» с хладагентом, который имеет более низкую температуру. И согласно второму закону термодинамики происходит теплообмен: тепло от более нагретого рассола передается менее нагретому хладагенту.

Здесь очень важный момент: поглощение тепла возможно во время испарения вещества и наоборот, отдача теплоты происходит при конденсации. Во время нагрева хладагента от теплоносителя он меняет свое фазовое состояние: хладагент переходит из жидкого состояния в газообразное (происходит процесс закипания хладагента, он испаряется).

Пройдя через испаритель хладагент находиться в газообразной фазе. Это уже не жидкость, но газ, который отобрал тепло у теплоносителя (рассола).

2. Сжатие хладагента компрессором.

На следующем этапе хладагент в газообразном состоянии попадает в компрессор. Здесь компрессор сжимает фреон, который за счет резкого увеличения давления нагревается до определенной температуры.

Аналогичным образом работает и компрессор обычного бытового холодильника. Единственное существенное отличие компрессора холодильника от компрессора теплового насоса — значительно меньшая производительность.

ВИДЕО: Как работает холодильник с компрессором

 

3. Передача тепла в систему отопления (конденсация).

После сжатия в компрессоре хладагент, который имеет высокую температуру поступает в конденсатор. В данном случае конденсатор — это тоже теплообменник, в котором во время конденсации происходит отдача теплоты от хладагента к рабочей среде отопительного контура (например воде в системе теплых полов, или радиаторов отопления).

В конденсаторе хладагент из газовой фазы снова переходит в жидкую. Этот процесс сопровождается выделением тепла, которое используется для системы отопления в доме и горячего водоснабжения (ГВС).

4. Понижение давления хладагента (расширение).

Теперь жидкий хладагент нужно подготовить к повторению рабочего цикла. Для этого хладагент проходит через узкое отверстие термо-регулирующего вентиля (расширительного клапана). После «продавливания» через узкое отверстие дросселя хладагент расширяется, вследствие чего падает его температура и давление.

Этот процесс сравним с распылением аэрозоля из балончика. После распыления балончик на короткое время становиться холоднее. То есть произошло резкое падение давления аэрозоля вследствие продавливания наружу, температура соответственно тоже падает.

Теперь хладагент снова находиться под таким давлением, при котором он способен закипеть и испаряться, что необходимо нам для поглощения тепла от теплоносителя.

Задача ТРВ (термо-регулирующий вентиль) — снизить давление фреона путем расширения его на выходе из узкого отверстия. Теперь фреон снова готов закипать и поглощать тепло.

Цикл снова повторяется до тех пор, пока система отопления и ГВС не получит от теплового насоса необходимый объем тепла.

 

конструктивные особенности и принцип работы

Содержание статьи:

Чтобы с успехом применять тепло окружающей среды и направлять его в дом или квартиру, используется такое устройство, как тепловой насос. Это современный прибор для кондиционирования и отопления воздуха. Принцип его действия достаточно прост. Да и своими руками тепловой насос устанавливается хоть и сложно, но возможно.

Видео-обзор основных характеристик и работы теплового насоса

Для чего нужно это устройство

Во время организации горячего водоснабжения и отопления частного или загородного дома далеко не всегда удается реализовать именно тот проект, который задумывался изначально. Особенно это касается нужного энергоносителя. Хорошо, когда рядом проведен газопровод, тогда достаточно оформить газификацию дома, и можно наслаждаться теплом. Хуже, когда газ доступен только в баллонах. Переходить на отопление традиционными дровами и углем – достаточно хлопотно и дорого, учитывая цену угля, а греться с помощью электричества – тоже недешево и расточительно.

К счастью, разработки в сфере новых источников энергии уже вполне доступны для простых людей. Подобные технологии могут извлекать тепло из воды, земли и даже воздуха. К таким новым устройствам и относится тепловой насос.

Внешний вид теплового насоса. Он может устанавливаться даже на улице

Принцип работы теплового насоса

Понять принцип работы теплового насоса достаточно просто. Как вы уже поняли, этот прибор сочетает в себе и котел для отопления, и источник горячей воды, и кондиционер. В отличие от других генераторов тепла, в тепловом насосе возобновляемая низкотемпературная энергия окружающей среды может использоваться для нагрева воды и отопления. Это устройство способно «добывать» рассеянную энергию солнца из воздуха.

Любой тепловой насос принцип работы имеет следующий: это тот же холодильник, только наоборот. Последний переносит тепло на радиатор из внутренней камеры и именно поэтому внутри него всегда холодно. Тепловой насос же переносит рассеянное тепло в дом из окружающей среды. На этот процесс уходит практически 80% мощности прибора.

Для отопления дома применяется три разновидности данных устройств, которые отличаются видом теплоносителя:

• Насос, работающий по принципу «воздух-вода». Тепло извлекается из воздуха с помощью вентиляторов и испарителя;
• Вода-вода. В качестве теплоисточника используются грунтовые воды, но если есть водоем на участке, то тепло можно получать и из него. Вначале энергия утилизируется в тепловом насосе, потом охлажденная жидкость поступает обратно через поглощающую скважину;
• Грунт-вода. Как уже ясно из названия, грунт используется как теплоисточник. С помощью зондов или коллекторов извлекается тепло, которое потом перемещается к тепловому насосу. Далее энергия поступает в отопительную систему. Если у вас маленький земельный участок, то лучше всего применять зонды, а есть площадь большая, то подойдут коллекторы, однако их нужно устанавливать ниже того уровня, где промерзает грунт.

Принцип работы теплового насоса. В его функции входит и отопление, и охлаждение

Помимо теплового насоса, система отопления дома состоит из устройства распределения тепла и устройства забора. А сам прибор включает в себя следующие части:

1. Компрессор. Питается от сети.
2. Испаритель.
3. Конденсатор.
4. Дроссельный клапан.

В компрессоре газообразный хладагент сжимается и за счет этого нагревается. Потом под высоким давлением и температурой поступает в теплообменник-конденсатор, где начинает охлаждаться, отдавая полезное тепло в систему отопления, и преобразуется в жидкость. После прохождения через расширительный вентиль газ расширяется, давление уменьшается с резким понижением температуры ниже окружающей среды (грунта и т.д.). Затем хладагент попадает в теплообменник-испаритель, испаряясь и забирая тепло от окружающей среды (например, грунта). Потом он переходит в газообразное состояние и снова поступает в компрессор.

Что касается принципа работы этого универсального устройства, то он называется «цикл Карно», разработанный еще в XIX веке. Разберемся по порядку:

• Незамерзающая смесь в виде воды со спиртом, гликолевой смеси или соляного раствора подается в коллектор. Она забирает тепловую энергию и перемещает ее в насос;
• В испарителе энергия транспортируется к хладагенту. Так называется вещество, имеющее низкую температуру кипения. После этого оно закипает и переходит в газообразное состояние. Вначале это осуществляется при низком давлении. Температура составляет всего лишь 5 градусов;
• Давление закипающего хладагента увеличивается, повышается его температура;
• Тепловая энергия через конденсатор поступает в теплоноситель, находящийся в системе отопления дома, хладагент охлаждается, чтобы «забрать» оставшееся тепло, переходит в первоначальное жидкое состояние и перемещается в коллектор. После чего весь процесс начинается сначала.

В холодильнике продукты питания отдают тепло, которое нагревается хладагентом, поступающим по трубам. После этого оно передается на заднюю стенку. А в тепловом насосе именно это тепло и применяется для нагрева теплоносителя. Потребление электричества у этого устройства значительно меньше, чем у стандартного электрокотла. Например, при потреблении 1 кВт насос вырабатывает целых 4 кВт тепловой энергии. Высокий КПД явно ощутим.

Структурная схема теплового насоса

Преимущества теплового насоса

У этого прибора масса преимуществ перед традиционными отопительными устройствами. Основные из них следующие:

• Экономичность, то есть сравнительно небольшое потребление электроэнергии, которое возможно благодаря очень высокому КПД (порой он доходит до 800%), что позволяет получать от 3 до 8 кВт тепловой энергии всего лишь на 1 кВт мощности. После охлаждения на выходе аппарат может выдавать до 2,5 кВт мощности;
• Безопасность использования. Тепловой насос не выделяет сажи, выхлопа, отсутствует открытое пламя, не может быть никакой утечки газа, разлива мазута, запаха солярки. Все это создает благоприятные условия применения данного устройства;
• Из этого вытекает экологичность теплового насоса. С помощью него сохраняются невозобновляемые энергоресурсы и защищается окружающая среда, т.к. выбросы CO2 в атмосферу значительно сокращаются. При использовании потенциальной тепловой энергии для окружающей среды применяется до 2 раз меньше первичной энергии, чем во время сжигания топлива;
• Комфортная работа прибора. Насос функционирует бесшумно, уж точно не громче холодильника. Наличие многозонального климатического контроля и погодозависимой автоматики расширяет возможности этого прибора;
• Надежность. Тепловой насос не зависит от перебоев электроэнергии, поставки топлива и его качества, в его устройстве насчитывается не так уж и много подвижных частей;
• Универсальность. Вид используемой энергии может быть тепловой или электрический;
• Совместимость теплового насоса с любой циркуляционной системой отопления. Благодаря современному дизайну он может устанавливаться в любых помещениях.
• Долговечность. Срок службы аппарата достигает 20 – 25 лет.

При потреблении всего лишь 1 кВт электроэнергии тепловой насос «добывает» 3 кВт энергии из окружающей среды

Эти характеристики дают возможность устанавливать своими руками тепловые насосы в любом помещении. С их помощью осуществляется теплоснабжение городских комплексов и объектов, расположенных далеко от инженерных коммуникаций. Это может быть дачный поселок, АЗС на объездной трассе и т.д. Таким образом, этот прибор успешно применяется и в промышленном, и в частном строительстве.

Расчет оборудования

Перед покупкой следует выполнить расчет теплового насоса. Он зависит от домашних теплопотерь. Причем вычислить их следует в каждом помещении. Обычно тепло уходит через окна или стены (сказывается разница температур), проветривание помещений, то есть естественную вентиляцию, неплотности в перекрытиях и т.д. Просуммировав все теплооттоки, можно получить общую потребность объекта в тепле. В основном на 1 кв.м. необходимо примерно 60 – 100 Вт энергии.

Возьмем для примера следующие показатели: площадь коттеджа равна 250 квадратных метров, тепловые потери – 60 Вт на 1 квадратный метр. В таком случае необходимое количество тепла – 15 кВт. Плюс еще стоит добавить примерно 700 Вт, которые «заберет» приготовление санитарной горячей воды. В итоге требуемая мощность теплового насоса будет равна около 16 кВт. Далее она умножается на повышающий коэффициент, если нужна будет компенсация после отключения электроэнергии из-за работы устройства. При четырехчасовом отсутствии света повышающий коэффициент равен 1,2.

Что отталкивает многих людей от установки тепловых насосов, так это высокие цены. Покупка и монтаж обойдутся в гораздо большую сумму, чем подобные операции с электрическим котлом. Однако в течение полутора лет затраты окупятся сторицей, а если у дома площадь меньше 100 кв.м., то и за более короткий срок. Тем более, данное оборудование способно охлаждать помещение летом, то есть выполнять функцию кондиционера.

Тепловой насос “воздух-вода” не требуют нижних контуров и при их применении отпадает потребность в земляных работах по рытью траншей или бурению скважин

Выводы

Таким образом, тепловой насос – это современный вид оборудования для отопления и кондиционирования помещений. Пока он не особо прижился среди широких слоев населения России из-за высокой стоимости, однако все идет к тому, что прибор вскоре вытеснит традиционные электрические котлы и обогреватели, потребляющие чересчур много электроэнергии.

Понравилась статья? Поделитесь с друзьями:

Тепловые насосы — принцип работы!

ТЕПЛОВОЙ НАСОС — как это работаети почему это выгодно.

 

Принцип действия теплового насоса

Использование альтернативных экологически чистых источников энергии может предотвратить назревающий энергетический кризис в Кыргызстане. Наряду с поисками и освоением традиционных источников (газ, нефть), перспективным направлением является использование энергии, накапливаемой в водоемах, грунте, геотермальных источниках, технологических выбросах (воздух, вода, стоки и др.). Однако температура этих источников довольно низкая (0–25°С) и для эффективного их использования необходимо осуществить перенос этой энергии на более высокий температурный уровень (50–100 °С). Реализуется такое преобразование тепловыми насосами (TH), которые, по сути, являются парокомпрессионными холодильными машинами.

 

 

 

Принцип работы теплового насоса подобен бытовому холодильнику. Только в холодильнике тепло переносится из внутренней камеры на заднюю стенку, а в тепловом насосе из окружающей среды в систему отопления.

Выходящая при работе теплового насоса энергия состоит из следующих компонентов: ? тепловой энергии отбирается из источников низкопотенциального тепла, перечисленных выше, добавляется ? электроэнергии, использующейся для работы компрессора.

 

Чем исключительна данная технология? При подводе 1 кВт эл. энергии на совершение работы компрессора, в результате получаем 4~5 кВт тепловой энергии. Хотим обратить Ваше внимание: «Это не КПД, это коэффициент трансформации, который характеризует эффективность работы холодильной машины. На 1 кВт подведенной Эл. энергии получаем 4~5 кВт, а в некоторой случаях и больше тепловой энергии».

 

Схематично тепловой насос можно представить в виде системы из трех замкнутых контуров: в первом, внешнем, циркулирует теплоотдатчик (тепловой носитель, собирающий теплоту окружающей среды), во втором — хладагент (вещество, которое испаряется, забирая теплоту теплоотдатчика, и конденсируется, отдавая теплоту теплоприемнику), в третьем — теплоприемник (вода в системах отопления и горячего водоснабжения здания).

Внешний контур (коллектор) это уложенный в землю или в воду трубопровод, в котором циркулирует незамерзающая жидкость — антифриз.

Во второй контур, где циркулирует хладагент встроены теплообменники — испаритель и конденсатор, а также устройства, которые меняют давление хладагента — дроссель и компрессор.

Третий контур – это внутренний контур, то есть сама система отопления здания или система горячего водоснабжения.

Рабочий цикл . Жидкий хладагент продавливается через дроссель, его давление падает, и он поступает в испаритель, где закипает, отбирая теплоту, поставляемую коллектором из окружающей среды. Газ, в который превратился хладагент, всасывается в компрессор, ужимается и, нагретый, выталкивается в конденсатор. Конденсатор является теплоотдающим узлом теплонасоса: здесь теплота принимается водой в системе отопительного контура. При этом газ охлаждается и конденсируется, чтобы вновь подвергнуться разряжению в расширительном вентиле и вернуться в испаритель. После этого рабочий цикл начинается заново.

Выгодной особенностью теплового насоса является то, что в летний период, включив систему «в обратном направлении» можно получить кондиционирование. То есть тепло будет отбираться внутренним контуром здания и сбрасывать его в грунт, воду или воздух.

Тепловой насос работает по принципу цикла Карно, впервые описанном еще в 1824 году и нашедший практическое описание в 1852 году лордом Кельвином.

Рассол* циркулирует в коллекторе и поглощает тепловую энергию из земли, воздуха или воды.

Тепловой насос имеет теплообменный элемент, который называется испарителем. Тепловая энергия в нем переходит от рассола к хладагенту** (при испарении вещество поглощает тепло). У этого вещества низкую температуру кипения, что заставляет его вскипеть и превратиться в газ.

Давление хладагента повышается с помощью компрессора, что ведет к увеличению его температуры.

В конденсаторе хладагент перенаправляет тепловую энергию в отопительную систему дома (при конденсации вещество отдает тепло).

Вспомогательный охладительный элемент выжимает остаточную тепловую энергию, и хладагент преобразовывается в жидкую форму.

В расширительном вентиле давление падает.

Хладагент возвращается в испаритель, и процесс начинается заново.

* Рассол – это незамерзающая смесь, например, на основе спирта или гликоля.
** В настоящее время используется только экологически безопасные хладагенты, такие как углекислота или углеводороды. Раньше использовался Фреон.

Виды источников тепла

Грунт
Не требуется бурение Почва имеет стабильную температуру Низкие затраты на установку	Тепловой насос накапливает тепло грунта с помощью коллектора, уложенного на глубину около метра.
Скважина
Нет необходимости в большом участке Скважина имеет стабильную температуру на протяжении всего года Не влияет на участок	При использовании в качестве источника тепла скважины, в нее погружается коллектор, имеющий U-образную форму. Нет необходимости использовать одну очень глубокую скважину, можно пробурить несколько неглубоких, более дешевых скважин, главное получить общую расчетную глубину.
Водоём
Нет необходимости в большом участке Водоём имеет стабильную температуру Не влияет на участок	Используется коллектор, уложенный на дно водоёма чтобы собирать солнечное тепло, накопленное за лето. Принцип тот же, что и в случае с грунтовым коллектором.
Воздух
Низкие затраты на установку Не влияет на участок	Использование воздушного теплового насоса освобождает от необходимости бурить или копать. Вместо этого вы получаете тепло из окружающего воздуха с помощью внешнего блока. Все ключевые компоненты расположены внутри здания, что предотвращает их от повреждения.

Сравнение с другими типами отопления

Тепловой насос работает от электросети, пользуя затраченную энергию значительно эффективнее любых котлов, сжигающих топливо. Значение КПД у него в несколько раз больше единицы. К примеру, расходуя 1 кВт электроэнергии, Вы получите 3-4 кВт тепла. Таким образом, получаете 2-3 кВт тепла бесплатно из окружающей среды.

Пример

Для дома с отапливаемой площадью 300 метров и хорошим утеплением (теплопотери 70 Вт\м2), учитывая потребность в горячей воде на 4 человека, в год нужно около 50000 кВтч тепловой энергии.

Если рассматривать вариант добычи этой энергии из газа, то подсчет будет следующим:

С одного кубического метра природного газа получают около 6 кВт тепловой энергии. При КПД газового котла в 90%, мы получим 6*0.9=5.4кВт тепловой энергии из одного кубического метра. Итого за год будет затрачено 50000\5.4=9260 кубических метров природного газа.

Для этого же дома среднегодовой коэффициент эффективности теплового насоса (КПД) будет около 3,5. Итого за год будет затрачено 50000\3,5= 14200 кВтч электроэнергии.

Учитывая текущую дифференциацию цен на газ и электричество в Кыргызстане, для нашего примера стоимость 1 кВт тепла, полученного от теплового насоса дешевле более чем в 15 раз.

Тепловые насосы — обзор технологий

Тепловой насос – это экологически чистая система отопления, горячего водоснабжения и кондиционирования, которая приносит тепло из окружающей среды в Ваш дом.

Тепловой насос использует тепло, рассеянное в окружающей среде – в земле, воде или воздухе, доставляя его настолько продуктивно, что стоимость отопления существенно снижается. Нет надобности в каком либо топливе. Сбережение средств часто настолько значительны, что стоимость установки такой системы окупается всего за несколько лет.

Тепловой насос также может работать как на обогрев так на охлаждение. Их легко использовать, они занимают мало места.

Тепловые насосы имеют большой срок службы и работают полностью в автоматическом режиме. Обслуживание установок заключается в сезонном техническом осмотре и периодическом контроле режима работы.