Тепловой насос: принцип работы для отопления дома. Тепловой насос для отопления дома принцип работы


Тепловой насос: виды и принцип работы тепловых насосов для отопления

Среди альтернативных источников энергии набирают популярность тепловые насосы для отопления дома. В Норвегии, Швеции, Америке уже больше 25 лет тепловые насосы успешно используются для обогрева дома, коттеджа, дачи, квартиры – дешевое тепло без вреда для природы.

Попробуем разобраться, как работает тепловой насос, виды и типы теплонасосов, их характеристики и особенности.

Устройство и принцип работы теплонасосов

Практически любая среда с температурой выше 1°C, окружающая нас, обладает некоторым количеством тепловой энергии. Часть этой бесплатной и возобнавляемой энергии с помощью теплового насоса можно использовать для обогрева своего дома, теплых полов и горячего водоснабжения.

Существует два типа тепловых насосов:

  • Компрессорные
  • Абсорбционные

Абсорбционные теплонасосы еще не распространились на частные дома и используются пока только в промышленности.

Определение! Отопление компрессорным тепловым насосом – метод, при котором низкопотенциальное тепло генерируется из окружающей среды (воздуха, воды, земли), а дальше переносится к теплоносителя, у которого более высокая температура.

На практике это выглядит так: в трубопровод, расположенном в грунте, поступает теплоноситель и нагревается на несколько градусов. Дальше теплоноситель попадает в испаритель (теплообменник) и собранную тепловую энергию передает на внутренний контур.

Хладагент, фреон (вещество под низким давлением, с низкой температурой кипения) из внешнего контура нагревается в испарителе и преобразуется в газ. Затем хладагент в виде газа поступает в компрессор, где под воздействием высокого давления сжимается, при этом его температура становится еще выше.

Горячий газ попадает в конденсатор, где тепловая энергия передается теплоносителю внутренней системы обогрева дома. Далее потерявший тепло хладагент возвращается в жидком состоянии в систему.

Холодильные установки имеют такой же принцип работы, поэтому некоторые виды теплонасосов можно использовать в летнее время для охлаждения дома в качестве кондиционера.

Благодаря тому, что теплонасос не производит тепло, а просто собирает и транспортирует из одной среды в другую, эффективности термопомбы более 100%.

Виды тепловых насосов для частного дома

Получать энергию можно из воды, грунта, воздуха. Различают несколько видов теплонасосов в зависимости от комбинирования этих источников и функций.

  • Вода-вода
  • Воздух-воздух
  • Вода-воздух
  • Грунт-вода

Тепловой насос вода-вода

Принцип работы данного типа устройства основан на энергии грунтовых или подземных вод, которые круглый год имеют плюсовую температуру. Для обогрева дома необходимо 2 скважины (одна для забора тепловой энергии, вторая для сброса воды) либо водоем (озера, реки) возле дома с соответствующей глубиной, в который погружается змеевик с грузом.

Тепловой насос воздух-воздух

Данный насос функционирует при воздушной отопительной системе. Воздушные тепловые насосы используют энергию из рассеянных воздушных масс и распространяют ее при помощи кондиционеров. Эффективность воздушной тепловой системы не очень велика, поэтому часто используется еще один источник тепла.

Тепловой насос вода-воздух

В данном случаем энергия генерируется из воздуха. Теплоносителем такой энергии служит вода. По мощности это устройство менее эффективно, чем другие виды теплонасосов, из-за низкой температуры воздуха зимой.

Тепловой насос грунт-вода

Устроен такой насос таким образом, что наружный контур под землей, а теплоноситель — вода. Устройство довольно эффективно, потому что температура почвы практически одинаковая весь год на глубине 5 метров.

Преимущества и недостатки тепловых насосов

К плюсам можно отнести:

  • Установку можно осуществить в любых климатических условиях
  • Экологичность – установка такого оборудования безопасна для здоровья человека и окружающей среды. Также помогает сохранить невозобновляемые природные ресурсы
  • Бесшумная работа и комфорт. Усправления системой с помощью автоматики
  • Пожарная безопасность – котел не перегревается, не горит, не взрывается, не выделяет угарный газ
  • Эффективность отопления. Но в сильные морозы, как показывает практика, процесс отопления не очень качественный
  • Существуют модели, которые в летнее время могут использоваться, как кондиционер, для охлаждения
  • Использовать системы отопления, для ГВС и теплого пола
  • Долговечность — срок эксплуатации 20-50 лет, если верно рассчитать мощность оборудования
  • Система отопления автономна, единственный централизированный элемент – подключение к электросети
  • Установка теплового насоса не требует согласований, как при монтаже газового оборудования

Также к преимуществам можно отнести тот факт, что собрать установку теплового насоса можно своими руками.

К минусам отопления дома тепловым насосом можно отнести:

  • Необходимость привлечения квалифицированных специалистов, которые рассчитывают мощность, устанавливают и обслуживают такие установки
  • Высокая стоимость агрегата, установки (если покупать). Окупаемость напрямую зависит от интенсивности эксплуатации системы отопления

Целесообразность, рентабельность использования тепловых насосов для отопления частных домов

Для существенной экономии семейного бюджета на обогреве дома на долгие-долгие годы необходимо на этапе проектирования и установки не пожалеть значительную сумму.

КПД теплонасосов зависит от производительности и качества. Например, воздушные тепловые насосы могут производить при +5°C 2-5 кВт тепла, в зависимости от модели, на 1 кВт потраченной электроэнергии. У водяных и грунтовых теплонасосов эффективность зависит от оборудования и может достигать до 1000% КПД, но необходимо хорошенько потратиться на покупку такого теплового насоса.

Окупаемость данной тепловой системы зависит от условий эксплуатации и отложена во времени. Энергия из окружающей среды бесплатна и возобновляема. И если в доме грамотно утеплены пол и стены (потери тепла не должны превышать на 1 кв.м 100 Вт), то тепловой насос будет максимально эффективен.

kotel-otoplenija.ru

Kwoman.ru: Тепловой насос: принцип работы для отопления дома

Сегодня тема отопления так называемого частного сектора крайне актуальна. Как показывает практика, там не всегда есть газопровод, поэтому люди вынуждены искать альтернативные источники тепла. Давайте в данной статье поговорим о том, что такое грунтовый геотермальный теплонасос или, как его называют в быту - тепловой насос. Принцип работы данного агрегата известен далеко не каждому, ровно как и его конструкция. С этими моментами мы и попытаемся разобраться.

Что нужно знать?

Вы можете говорить о том, что раз тепловые насосы такие эффективные, то почему так слабо распространены. Все дело заключается в высокой стоимости оборудования и монтажа. Именно по этой простой причине многие отказываются от данного решения и выбирают, скажем, электрические или угольные котлы. Тем не менее отбрасывать данный вариант не стоит по многим причинам, о чем мы обязательно скажем в данной статье. Тепловые насосы после установки становятся весьма экономичными, так как используют энергию грунта. Геотермальный насос - это 3 в 1. Он сочетает в себе не только отопительный котел и систему ГВС, но и кондиционер. Давайте поближе познакомимся с данным оборудованием и рассмотрим все его сильные и слабые стороны.

Принцип действия агрегата

Принцип работы теплового насоса для отопления заключается в использовании разности потенциалов тепловой энергии. Именно поэтому подобное оборудование может применяться в любой среде. Главное, чтобы её температура была не менее 1 градуса по Цельсию.

Мы имеем теплоноситель, который движется по трубопроводу, где, собственно, и нагревается на 2-5 градусов. После этого теплоноситель поступает в теплообменник (внутренний контур), где отдает собранную энергию. В это время во внешнем контуре есть хладагент, который имеет низкую температуру кипения. Соответственно, он превращается в газ. Поступая в компрессор, газ сжимается, в результате чего его температура становится еще выше. Дальше газ идет на конденсатор, где теряет свое тепло, отдавая его системе отопления. Хладагент приобретает жидкое состояние и поступает обратно во внешний контур.

Вкратце о видах тепловых насосов

Сегодня известно несколько популярных конструкций геотермальных насосов. Но при любом раскладе их принцип действия можно сравнивать с работой холодильной техники. Именно поэтому независимо от вида насос в летнее время может быть использован в качестве кондиционера. Так вот, тепловые насосы классифицируются по тому, откуда они могут добывать тепло:

  • Из грунта;
  • Из водоема;
  • Из воздуха.

Первый вид наиболее предпочтителен в холодных регионах. Дело в том, что температура воздуха зачастую опускается до -20 и ниже (на примере РФ), а вот глубина промерзания грунта обычно несущественная. Что касается водоемов, то они есть не везде, да и использовать их не слишком целесообразно. В любом случае, лучше выбирать грунтовый тепловой насос для отопления дома. Принцип работы агрегата мы немного рассмотрели, поэтому идем дальше.

«Грунт-вода»: как лучше разместить?

Получение тепла из грунта считается наиболее целесообразным и рациональным. Обусловлено это тем, что на глубине 5 метров практически не происходит температурных колебаний. В качестве теплоносителя используется специальная жидкость. Её принято называть рассолом. Она является полностью экологически безопасной.

Что касается метода размещения, то есть горизонтальный и вертикальный. Первый вид характерен тем, что пластиковые трубы, представляющие внешний контур, укладываются на площади горизонтально. Это весьма проблематично, так как работы по укладке должны проводиться на площади 25-50 квадратных метров. В случае с вертикальным расположением бурятся вертикальные скважины глубиной 50-150 метров. Чем глубже будут уложены зонды, тем эффективней будет работать геотермальный тепловой насос. Принцип работы мы уже рассмотрели, а сейчас поговорим еще о важных деталях.

Тепловой насос «Вода-вода»: принцип работы

Также не стоит сразу отбрасывать возможность использования кинетической энергии воды. Дело в том, что на большой глубине температура остается достаточно высокой и изменяется в небольших диапазонах, если это вообще происходит. Вы можете пойти несколькими путями и использовать:

  • Открытые водоемы, такие как реки и озера.
  • Грунтовые воды (скважина, колодец).
  • Сточные воды пром.циклов (обратное водоснабжение).

С экономической и технической точки зрения проще всего наладить работу геотермального насоса в открытом водоеме. При этом существенных конструктивных отличий между насосами «грунт-вода» и «вода-вода» нет. В последнем случае погружаемые в открытый водоем трубы снабжаются грузом. Что касается использования грунтовых вод, то конструкция и монтаж более сложные. Необходимо выделить отдельную скважину для сброса воды.

Принцип работы теплового насоса «Воздух-вода»

Такой тип насосов считается одним из наименее эффективных по целому ряду причин. Во-первых, в холодное время года температура воздушных масс существенно понижается. В конечном итоге это приводит к уменьшению мощности насоса. Он может не справиться с отоплением большого дома. Во-вторых, конструкция более сложная и менее надежная. Тем не менее расходы на монтаж и обслуживание существенно снижаются. Это обусловлено тем, что вам не нужен водоем, колодец, а также не требуется копать траншеи под трубы на дачном участке.

Размещается система на крыше здания или в другом подходящем месте. Стоит заметить, что подобная конструкция имеет один существенный плюс. Он заключается в возможности использования отработанных газов, воздуха, который покидает помещение, повторно. Этим можно компенсировать недостаточную мощность оборудования в зимний период.

Насосы «воздух-воздух» и кое-что еще

Подобные установки встречаются еще реже, нежели «Воздух-вода», на что есть целый ряд причин. Как вы уже догадались, в нашем случае в качестве теплоносителя используется воздух, который нагревается от более теплой воздушной массы из окружающей среды. Есть большое количество недостатков такой системы, начиная от низкой производительности и заканчивая высокой стоимостью.Тепловой насос "воздух-воздух", принцип работы которого вы знаете, неплох только в теплых регионах.

Тут есть и сильные стороны. Во-первых, дешевизна теплоносителя. Скорее всего, вы не столкнетесь с проблемой течи воздухопровода. Во-вторых, эффективность такого решения крайне высока в весенне-осенний период. Зимой же использовать воздушный тепловой насос, принцип работы которого мы рассмотрели, нецелесообразно.

Самодельный тепловой насос

Проведенные исследования показали, что срок окупаемости оборудования напрямую зависит от отапливаемой площади. Если речь идет о доме в 400 квадратных метров, то это примерно 2-2,5 года. А вот для тех, кто имеет жилье площадью поменьше, вполне можно использовать самодельные насосы. Может показаться, что сделать такое оборудование сложно, но на самом деле это несколько не так. Достаточно закупить необходимые комплектующие, и можно приступать к монтажу.

Первым делом приобретается компрессор. Можно взять такой, какой на кондиционере. Монтируют его аналогичным образом на стену здания. Помимо этого, нужен конденсатор. Его можно соорудить самостоятельно или же купить. Если пойти первым методом, то понадобится медный змеевик толщиной не менее 1мм, его помещают в корпус. Это может быть подходящий по габаритам бак. После монтажа бак сваривается, и делаются нужные резьбовые соединения.

Заключительная часть работ

При любом раскладе на окончательной стадии вам потребуется нанять специалиста. Именно знающий человек должен осуществлять пайку медных трубок, закачку фреона, а также первый запуск компрессора. После сборки всей конструкции её подключают к внутренней системе отопления. Наружный контур устанавливается в последнюю очередь, а его особенности зависят от типа используемого теплового насоса.

Не стоит упускать из виду такой важный момент, как замена устаревшей или поврежденной проводки в доме. Специалисты рекомендуют устанавливать счетчик мощностью не менее 40 ампер, чего должно быть вполне достаточно для эксплуатации теплового насоса. Не лишним будет отметить, что в некоторых случаях подобное оборудование не оправдывает ожидания. Это обусловлено, в частности, неточными термодинамическими расчетами. Чтобы не случилось так, что вы потратили кучу денег на отопление, а зимой пришлось поставить угольный котел, обращайтесь в проверенные организации с положительными отзывами.

Безопасность и экологичность прежде всего

Отопление с помощью описанных в данной статье насосов является одним из наиболее экологических методов. Обусловлено это по большей части сокращением выбросов в атмосферу углекислых газов, а также сбережением невосстанавливаемых энергоресурсов. Кстати, в нашем случае используются возобновляемые ресурсы, поэтому бояться, что тепло вдруг закончится, не стоит. Благодаря использованию вещества, кипящего при низких температурах, появилась возможность реализовать обратный термодинамический цикл и при меньших затратах энергии получать достаточное количество тепла в дом. Что касается пожаробезопасности, то тут и так все понятно. Нет вероятности утечки газа или мазута, взрыва, нет опасных мест для хранения горючих материалов и многое другое. В этом плане тепловые насосы очень хороши.

Заключение

Теперь вы полностью знакомы с тем, что такое и каким может быть тепловой насос (принцип работы). Своими руками подобный агрегат сделать можно, а в некоторых случаях даже нужно. В этом случае вы можете сэкономить порядка 30% средств на покупку оборудования. Но опять же монтажными работами желательно должен заниматься специалист, это же касается и проводимых расчетов.

Как ни крути, сегодня это еще достаточно дорогостоящий вид отопления с большим сроком окупаемости. В большинстве случаев куда проще провести газ или топить углем или дровами. Тем не менее для больших загородных домов это очень перспективный вид отопления. Его говорить об экономичности оборудования, то получается что на 1 кВт потраченной энергии мы получаем порядка 5-7 кВт тепловой. По охлаждению это 2-2,5 кВт на выходе, что тоже очень даже неплохо. Стоит отметить еще и бесшумность работы насоса. Вот, в принципе, и все, что можно рассказать по данной теме.

Источник

kwoman.ru

Тепловой насос для отопления дома принцип работы

Тепловой насос – относительно новое оборудование, набирающее популярность среди владельцев частных домов. Сегодня тепловой насос, его монтаж обходится в кругленькую сумму. Тепловой насос для отопления дома принцип работы и многое другое вы знаете, прочитав эту статью. 

Некоторые мастера создают тепловые насосы самостоятельно, остальные собирают деньги на покупку сертифицированного оборудования. Как выглядит тепловой насос для отопления дома, принцип работы оборудования рассмотрим в этой статье.

Тепловой насос для отопления дома принцип работы

По теории любая среда температурой выше градуса по Цельсию может быть источником обогрева. Тепловые насосы извлекают это тепло, далее его можно использовать для отопления частного дома.

Технология окупает себя со временем. В особенности это видно по домам большой площади, где за отопление зимой набегает астрономическая сумма.

Принцип работы теплового насоса

Работает оборудование забавно, забирая тепло у вещества с более низкой температурой и передавая его предмету, более горячему.

Это имеет вид своеобразного алгоритма:

  1. Трубопровод теплового насоса находится в земле, туда поступает вещество-носитель тепла и нагревается там, на ещё несколько градусов.
  2. После нагрева вещество передаётся в испаритель, он же теплообменник. Здесь собирается вся энергия, успевшая собраться за определённое время. Она передаётся на внутренний контур оборудования.
  3. Внешний контур наполнен хладагентом, который нагревается теплом из испарителя и переходит в газообразное состояние. Под хладогентом стоит понимать вещество с низким давлением, имеющее низкую температуру закипания.
  4. Далее образованный газ переходит в компрессор, подвергается высокому давлению, нагревается ещё больше. Энергия выделяется в большем количестве, чем поступила.
  5. Нагретый до предела газ передаёт заряд энергии тепла на теплоноситель системы отопления здания.
  6. После чего теряет свою температуру, становится жидким и возвращается к исходному положению. Процедура повторяется снова.

Интересен тот факт, что кондиционеры, холодильные установки работают по такому же принципу. Тепловые насосы в тёплый период времени остаются без дела. Некоторые модели оборудования вполне можно использовать, как вентилятор или кондиционер.

Конструкции тепловых насосов

Классифицировать тепловые насосы можно по двум параметрам: по характеру топлива и теплоносителя на внешнем, внутреннем контуре. Чаще всего насосы делятся на группы в зависимости от типа вещества, которое используется для получения энергетики.

Насосы работают на трёх веществах: вода, воздух или земля. Встречаются комбинированные модели, которые могут использовать два ингредиента одновременно.

Полученная путём применения теплового насоса энергия используется в частных целях. Это может быть обогрев воды, работа кондиционера или отопление жилого здания. Тепловой насос позволяет экономить колоссальные деньги на отоплении в зимний период времени, но и его установка – удовольствие недешёвое.

hozyindachi.ru