Принцип работы теплового насоса для отопления дома

Для трансформации, переноса и преобразования энергии тепла применяется специальное устройство, напоминающее кондиционер или холодильник. Тепловой насос не используется для обогрева – он только транспортирует больше тепла, чем получает от сети. При помощи прибора можно перекачивать энергию грунта, воздуха или воды в отопительные коммуникации.

Принцип работы и конструкция

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - Ремонт
Тепловой насос – холодильник наоборот

Теплонасос состоит из фреонового контура с компрессором, расширительным клапаном, теплообменников (конденсатор, испаритель) и трубопровода из меди. Узлы связываются воедино при помощи соединительной арматуры и автоматических деталей.



Принцип действия агрегата основывается на отборе низкопотенциального тепла:

  • воды (от +2 до +7 градусов);
  • воздуха (от -25 до +35 градусов);
  • почвы (от -5 до +5 градусов).

В процессе забора тепловых ресурсов исходная среда охлаждается, а хладагент внутреннего контура начинает кипеть и трансформируется в пар. Газ сжимается компрессором и резко теряет объем, одновременно нагнетая температуру и давление. Действие разогретого фреона заключается в передаче тепловых ресурсов в отопительную магистраль.  Тепловые насосы работают по замкнутому принципу, используя только энергию без прямого нагрева теплоносителя.

Агрегат позволяет получить из 1 кВт использованных энергоресурсов 3-5 кВт тепла.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - Ремонт
Принцип работы

Разновидности тепловых насосов

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - РемонтТепловые насосы для отопления частного дома классифицируются по нескольким признакам. В зависимости от типа передачи энергии:

  • Компрессионные – состоят из компрессора, конденсатора, испарителя и расширителя. Оборудование работает по принципу цикла сжатия и расширения теплоносителя с дальнейшим обогревом.
  • Абсорбционные – функционируют на основе абсорбента и хладона. Абсорбционный прибор отличается эффективностью и является насосом нового поколения.

По тепловому источнику можно подобрать аппарат:

  • воздушный – извлекает тепловые ресурсы из атмосферы;
  • геотермальный – забирает энергию из воды или почвы;
  • вторичный – работает со вторичным теплом воды или воздуха.

Устройства вторичного тепла могут забирать энергию канализационных стоков.

Теплонасосный аппарат также различается по среде забора и трансформации энергии, особенностям и способам эксплуатации.



Система «грунт-вода»

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - Ремонт
Грунт-вода

Устройства позволяют получать тепло из недр земли круглогодично. По типу геотермального контура можно подобрать следующие модификации:

  • Горизонтальный – система в виде труб, расположенных ниже промерзания почвы, на глубине 1,5-2 м. Температурный режим на протяжении года достигает +3…+15 градусов, поэтому тепло можно получить в любой момент.
  • Вертикальный – коллектор имеет вид скважины 50-200 м в глубину. Внутри находятся специальные зонды, которые забирают тепло у постоянного температурного градиента.

При обустройстве вертикального контура нужно учитывать геологический состав почвы. На участке, где находится горизонтальный контур, нельзя строить дома, укладывать плитку.

Система «вода-вода»

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - Ремонт
Вода-вода

Чтобы обогреть помещение, понадобится использовать энергию подземных вод с постоянной температурой +7 и выше градусов. Технология предусматривает подачу воды центробежным насосом на специальную станцию. Тепловая энергия передается на антифриз нижним контуром прибора. Этот вариант допускается на участках:

  • без подземных вод или с минимальным уровнем их залегания;
  • со скважинами, в которых не понижается отметка воды;
  • с минимальным солевым составом и загрязненности;
  • оснащенных дренажным колодцем, способным принимать от 2200 л стоков в час.

Оптимальный вариант для оборудования «вода-вода» – местность рядом с рекой или другим водоемом.

Система «вода-воздух»

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - Ремонт
Воздух-вода

Тепловые насосы греют не воздух внутри комнат, а сам теплоноситель. Его можно применять для обогрева, приготовления ГВС. Система отличается рядом преимуществ:

  • устанавливается без бурения внешнего контура;
  • отличается надежностью и долговечностью;
  • эффективна осенью и весной.

К минусам насосов относятся:

  • понижение СОР при достижении температуры до +1,2 градусов;
  • использование реверса для оттайки наружного блока.

Станции не являются единственным средством получения тепла. Они функционируют совместно с котлом отопления.



Система «воздух-воздух»

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - РемонтУстройства, работающие по типу «воздух-воздух», получают тепловую энергию из уличных воздушных масс. Внешне они напоминают кондиционеры, но могут работать при низкой температуре. Нагрев холодного воздуха производится в конденсаторе. К преимуществам ТН относятся:

  • стоимость, сравнимая с ценой кондиционера;
  • быстрый монтаж;
  • отсутствие рисков утечки носителей тепла.

В числе недостатков систем:

  • возможность эксплуатации только при температуре до -20 градусов;
  • необходимость монтажа специального блока внутри каждой комнаты;
  • отсутствие условий для получения горячей воды.

Тепловое оборудование «воздух-воздух» можно использовать, чтобы дополнительно обогревать дачу или загородный дом.

Критерии выбора системы

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - Ремонт
Тепловой насос для квартиры 80 м²

Перед покупкой теплового насоса требуется учитывать:

  • Расходы на обустройство системы. Для подключения ТН в Москве понадобится уложить горизонтальный контур. Выкапывается котлован (10 тыс. руб./смена за аренду экскаватора), затем производится подготовка к работе (5 тыс. руб.). Скважина стоит 1000 руб./мп с учетом монтажа и обвязки зонда. Чтобы система могла нормально работать, понадобится 350 м контура или 350 тыс. руб.
  • Энергопотребление. ТН мощностью 9 кВт потребляет 2,7 кВт/ч электричества, что дешевле аналогичного электрокотла.
  • Окупаемость. Альтернативное отопление с учетом затрат на монтаж и расхода электричества оправдает себя через 3 года.
  • Климатические условия региона проживания. ТН неэффективны в областях с морозными зимами. Они не смогут забрать из грунта, воздуха или воды нужное количество тепла.
  • Мощность устройства. Владелец одноэтажного дома 10х10 квадратов должен сделать подсчеты на основании: максимальной отрицательной температуры (-20 градусов); разницы температуры на улице и в комнате (20 – -20=40); теплопотерь стен (кирпич – 13,5 кВт). К последнему показателю минимальной мощности нужно добавить около 50 %.
  • Емкость накопительного резервуара. При 3-х запусках насоса нужно 30 л воды, при 5 запусках – 20 л.

При подборе оборудования принимаются во внимание состояние дома и особенности местности, где он расположен.

Преимущества и недостатки

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - РемонтОтопительные коммуникации с теплонасосом обладают рядом достоинств:

  • экономия энергоносителя: при расходе 1 кВт/ч получается 4 кВт/ч тепла;
  • сокращение затрат на ремонт системы;
  • универсальность – подходит для монтажа в регионах без газовых магистралей, ЛЭП, т.к. будет работать от воздуха, грунта или воды;
  • полная автоматизация системы – при длительном отсутствии собственник может выставить постоянный температурный режим +10 градусов;
  • экологическая безопасность – не вырабатывает окислов, кислот и бензойных соединений;
  • отсутствие аварийных ситуаций – теплоноситель и узлы системы не нагреваются до критических температур;
  • возможность эксплуатации при температуре до -15 градусов;
  • реверсивность – установки охлаждают дом в летнее время, отводя тепло из комнат и направляя в резервную среду;
  • длительное использование: без капитального ремонта насос применяется 25-50 лет, компрессорная запчасть выходит из строя раз в 15-20 лет.

К минусам применения тепловых насосов относятся:



  • финансовые затраты для организации геотермальной системы;
  • длительная (5-10 лет) окупаемость системы;
  • необходимость применения дополнительного обогрева в холодных регионах.

В системах теплый пол допускается использовать фанкойлы, передающие тепло или холод воздуху от воды. Если у вас старое жилье, понадобится перепланировка отопления.

Популярные производители тепловых насосов

Тепловые насосы в основном выпускают компании из Азии. Первыми на европейский рынок начали поставлять продукцию Daikin, Mitsubishi Electric и Hitach. Оборудование также выпускают производители из Южной Кореи (LG и Samsung), Китая (Midea и Gree).

У европейских брендов Dimplex, Nibe, Alpha-Inno Tec, AJ Tech, CIAT, Technibel, Atlantic, Airwell, Buderus также имеются модификации ATW.

Тепловой насос своими руками

Принцип работы теплового насоса для отопления дома - РемонтИзготовить тепловой насос самостоятельно возможно только для отопления небольшого дома.

  1. Приобрести старый холодильник и разобрать его, удалив автоматику.
  2. Сделать конденсатор из стального бака на 100 л, разрезанного пополам. В баке ставится медный змеевик со стенками 1 мм в толщину.
  3. Изготовить змеевик, намотав медную трубку на газовый или кислородный баллон с соблюдением одинакового расстояния между витками.
  4. Зафиксировать витки, продев проволоку в отверстия алюминиевых уголков.
  5. Сварить части бака.
  6. Сделать испаритель из пластиковой емкости на 60-80 л. В нем устанавливается змеевик и резьба для сливных и подающих патрубков.
  7. Установить технику в помещении и подвести к ней 2 воздуховода, врезанных в переднюю створку.
  8. Выполнить спайку медных труб, закачать фреон.
  9. Сделать стартовый запуск и подключить конструкцию к отоплению.

Воздух будет подаваться по верхнему каналу в морозильную камеру, остывать и подаваться в корпус. После прогрева теплообменником на задней стенке воздушные массы поступят в помещение.

По итогу работы получается система с контуром замкнутого типа. В ней циркулирует хладагент, забирая и транспортируя энергию с испарителя на конденсатор. У полученной тепловой энергии – маленькая мощностью, поэтому требуется дополнительно подключать теплый пол или радиаторы низкоинерционного типа.

Температура воды на выходе будет не более 50-60 градусов.



Схема

Сэкономить на самостоятельном изготовлении устройства и его монтажа поможет бивалентная схема отопительной системы. Она подразумевает расчет мощности ТН на основании минимальной температуры. На протяжении года установка будет работать не на полную мощность.

Нанос в данном случае – пассивный агрегат, к которому подключается котел газового ли твердотопливного типа. К последнему подключается байпас.

Тепловые модификации насосов относятся к эффективному, но дорогостоящему оборудованию. При длительном сроке окупаемости они будут единственной альтернативой в местностях без газоснабжения.




Поделись!


×