Основные характеристики и принцип работы тепловых насосов. Схема теплового насоса
Принцип работы тепловых насосов - схемы и видео руководство
31.08.2014Сжигание 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:
- Когда газ переходит в жидкое состояние (конденсация), выделяется тепло
- 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:
- Контур отопления
- Тепловой насос
- Рассольный (он же земляной) контур
Классический принцип работы тепловых насосов в отопительной системе состоит из следующих элементов:
- Теплообменник, отдающий внутреннему контуру тепло, забираемое у земли
- Сжимающее устройство
- Второе теплообменное устройство, передающее отопительной системе энергию, получаемую во внутреннем контуре
- Механизм, понижающий давление в системе (дросселе)
- Рассольный контур
- Земляной зонд
- 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:
- Перерабатывающие вторичное тепло – самые дорогостоящие модели, получившие популярность для обогрева объектов в промышленности, в которых вторичное тепло, вырабатываемое другими источниками, расходуется в никуда
- Воздушные – забирающие тепло из окружающего воздуха
- 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
Несмотря на массу преимуществ, необходимо принять во внимание и отрицательные стороны эксплуатации теплового насоса:
- 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.
Вам может понравиться
v-teplo.ru
Тепловой насос своими руками + фото
Хорошей альтернативой традиционному отоплению загородного дома, особенно если нет возможности подвести газ, может явиться тепловой насос. Действие такого насоса основано на использовании новейших научных разработок в области использования различных альтернативных источников энергии. Требуемое тепло получается извлечением из земли, воздуха и воды.
У нас в России тепловые насосы пока новинка, но в других развитых странах они выпускаются и успешно применяются уже более тридцати лет. На нашем рынке низкий спрос можно объяснить двумя основными причинами:
- незнание населением принципов действия и свойств тепловых насосов из-за практически полного отсутствия сведений об этом в средствах массовой информации и печати;
- высокой стоимостью тепловых насосов.
Перед тем как сделать тепловой насос своими руками, необходимо остановиться на двух моментах: что это за агрегат и каковы принципы работы такого насоса.
Схема работы теплового насоса Тепловой насос — это машина, которая поглощая из окружающей среды (земля, воздух, вода) низко потенциальную тепловую энергию может передавать её в системы теплового снабжения в виде нагретого воздуха или воды. Рабочим телом для теплопередачи является фреон.
Практически, тепловой насос — это холодильник с обратным действием, вместо холода вырабатывается тепло. Электроэнергия затрачивается только для перемещения фреона по внутреннему контуру насоса, поэтому затраты на неё относительно невелики.
Вся система работает при отоплении как котёл, а при охлаждении как кондиционер.
Принцип действия
Контур хладагента теплового насоса - Фреон, имеющий низкую температуру кипения, при прохождении через испаритель переходит из своего жидкого состояния в газообразное. Данный процесс происходит при температуре около минус пяти градусов и низком давлении в системе.
- Из испарителя фреон в газообразном состоянии поступает в компрессор, в котором происходит его сжатие до создания высоких показателей давления и температуры.
- Потом горячий газ проходит во второй теплообменник, конденсатор, в котором осуществляется процесс теплообмена между теплоносителем из обратки отопления и горячим газом.
-
Производительность теплового насоса Фреон, отдав тепловую энергию системе отопления, охлаждается и вновь переходит в своё жидкое состояние, а теплоноситель, получивший тепло, поступает в систему отопления. - Давление фреона по-прежнему ещё высокое, но при прохождении через редукционный клапан, оно снижается.
- Далее фреон вновь поступает в испаритель и снова повторяется весь цикл.
- Использование теплового насоса вместо традиционных источников получения тепла имеет следующие несомненные преимущества:
- Отпадает необходимость денежных затрат на приобретение топлива, доставку и хранение.
- Высвобождается довольно значительная территория, занимаемая под котельную, помещения склада топлива и подъезда к нему.
- Занимает минимум места, не нарушая интерьер дома и внешний вид фасада.
- Для работы установки нет необходимости в проводке дополнительно никаких коммуникаций, достаточно обычной электрической бытовой сети.
- При работе насоса не происходит выделение никаких вредных веществ, нет возможности отравления ядовитым газом или возгорания.
- Тепловые насосы пожаро- и взрывобезопасны при эксплуатации.
- Установка обеспечивает полноценное отопление дома зимой и заменяет кондиционер летом, работая в отличие от кондиционера, полностью бесшумно.
Изготовление
Тепловой насос
Тепловой насос может быть изготовлен из имеющихся в хозяйстве деталей или путем приобретения дешёвых бывших в употреблении запасных частей. Порядок изготовления установки следующий:
- Приобретаем готовый компрессор в специализированных магазинах или используем компрессор от обычного кондиционера. Закрепляем его к стене, где будет располагаться наша установка. Надёжность крепления обеспечивается двумя кронштейнами L-300.
- Изготавливаем конденсатор. Для этого из нержавеющей стали бак с объемом около ста литров разрезаем пополам. Устанавливаем в бак змеевик из тонкой медной трубки с толщиной стенки не менее 1 мм. Для змеевика можно приобрести сантехническую трубку или применить медную трубку от старого холодильника. Змеевик изготавливаем следующим образом:
- на кислородный или газовый баллон наматывается медная трубка, важно выдержать небольшое расстояние между витками, которое должно быть одинаковым;
- для фиксации положения витков трубки берём два перфорированных алюминиевых уголка и прикрепляем их к змеевику таким образом, чтобы каждый виток нашей трубки был расположен напротив отверстия в уголке. Уголки обеспечат одинаковый шаг расположения витков и придадут геометрическую неизменяемость всей конструкции змеевика.
- После установки змеевика, половинки бака свариваем между собой, предварительно вварив необходимые резьбовые соединения.
- Изготавливаем испаритель. Берем обычную закрытую ёмкость из пластмассы объёмом 60 или 80 литров. В неё вмонтируем змеевик из трубки диаметром в ¾ дюйма и резьбовые соединения для труб слива и поступления воды (допускаются обычные водопроводные трубы). Готовый испаритель также закрепляем на стене при помощи L -кронштейнов необходимого размера.
- Приглашаем мастера для сборки системы, сварки медных трубок и закачки фреона. Не имея опыта работы с холодильным оборудованием, не надо пробовать выполнить эту работу самостоятельно. Это может привести к выходу из строя всей конструкции и чревато получением тяжёлых травм.
После готовности основной части нашей системы, необходимо выполнить её подсоединение к устройствам распределения и забора тепла.
Сборка установки забора тепла зависит от типа насоса и источника тепла.
Видео
В следующем видеоматериале подробно рассказано об особенностях тепловых насосов:
Подробнее об устройстве самодельного насоса в следующем ниже видео:
Фото
Устройство теплового насоса 
Установка теплового насоса 
Тепловой насос вода-вода 
Тепловой насос в системе коммуникаций 
Система отопления тепловым насосом вода-вода 
Схема теплового насоса воздух-воздух 
Принцип работы воздушного теплового насоса 
Использование воды как источника тепла 
Геотермальное отопление с помощью теплового насоса stroysvoimirukami.ru
устройство и принцип работы для отопления дома + фото и видео
Тепло и комфорт в наших домах независимо от времени года и погоды за окном обеспечены источниками энергии, которые иссякают с ошеломляющей скоростью. Задумываемся ли мы о том, что когда-то закончатся запасы нефти, газа, угля и радиоактивных элементов? Нет, человечество беспечно и расточительно. Сохранить богатства недр для последующих поколений позволяют устройства, которые используют альтернативные, возобновляемые источники энергии. Одним из таких изобретений является тепловой насос, принцип работы которого основан на использовании тепла, находящегося на поверхности Земли и в её атмосфере. Рассмотрим устройство теплового насоса и возможность его применения в современных отопительных системах.
Как работает тепловой насос
Конструкцию «умножителя тепла» предложил еще в 1852 году лорд Кельвин. В его работе использовался основной принцип теплового насоса – постепенный отбор низкотемпературного тепла, его накопление и отдача в виде энергии с высокой температурой. Данный процесс был описан «циклом Карно» в далеком 1824 году.
С тех пор прошло немало лет, а с тепловым насосом сейчас знаком каждый ребенок и стоит он на любой кухне. Вы не ослышались, ведь ваш холодильник – это тот же тепловой насос, только работающий в других целях. Вы ведь замечали, как нагревается задняя стенка холодильника? А задумывались ли вы о том, что его повышенная температура – не что иное, как тепло, отобранное агрегатом у продуктов, которые вы загрузили в него после похода в супермаркет.
Принцип действия теплового насоса
Похожим образом функционирует и тепловой насос. Основным его элементом является мощный компрессор, позволяющий создавать высокое давление. К нему присоединен испаритель – радиатор из тонких трубок с высокой теплопроводностью. При работе компрессор нагнетает теплоноситель, в роли которого выступает хладагент. Это вещество способно кипеть и испаряться при низкой температуре. Компрессор создает давление в десятки атмосфер, поэтому хладагент испаряется даже при отрицательных температурах. На входе в испаритель сечение трубопровода уменьшается до диаметра в десятые доли миллиметра, происходит распыление хладагента и он переходит из жидкой фазы в газообразное состояние, при этом поглощая тепло.
Далее на пути теплоносителя установлен конденсатор, в котором хладагент отдаёт тепло радиатору, охлаждается и снова превращается в жидкость, а затем возвращается в компрессор. Такой цикл повторяется многократно. При этом доля энергии, которую потребляет компрессор теплового агрегата, составляет около 20% от производимого им количества теплоты. Остальные 80% он «заимствует» у окружающей среды. Так как тепловой энергией обладает любой предмет, имеющий температуру выше абсолютного нуля, отобрать эту энергию можно при условии, что температура рабочего тела будет еще ниже. С этой ролью отлично справляются современные хладагенты.
Тепловую энергию насос может брать как из геотермальных источников, так и из атмосферы. Важной особенностью современных агрегатов является возможность работы не только на обогрев, но и на кондиционирование помещения в тёплое время года.
Современные тепловые насосы – высокотехнологичные агрегаты
Преимущества тепловых насосов
Главным достоинством тепловых насосов является их высокая эффективность. 1кВт электроэнергии, которую потребляет устройство такого типа, способно дать для отопления дома дополнительно 4-5кВт тепловой энергии. Это значит, что производительность тепловых помп по сравнению с традиционными электрическими отопительными приборами, составляет 400-500%.
Не менее важным преимуществом приборов, работающих по циклу Карно, является их высокая надёжность и долговечность (достаточно вспомнить советские холодильники ЗИЛ, работающие более полувека). Современные компрессоры тепловых агрегатов не менее надёжны, но более экономичны.
Тепловые насосы практически не требуют никакого обслуживания и способны работать на протяжении многих лет.
И последнее: несмотря на высокую стоимость установки, данные отопительные агрегаты имеют срок самоокупаемости 2-3 года. Это один из самых низких показателей среди всех типов устройств, используемых в системах отопления.
Виды тепловых насосов
В зависимости от того, какую среду использует устройство для производства энергии и каким способом происходит ее передача, различают пять видов тепловых помп:
- воздух-вода;
- воздух – воздух;
- вода – вода.
- вода – воздух;
- грунт – вода;
Три последних вида тепловых насосов называют геотермальными, так как они используют энергию тепла подземных вод или грунта. Такие устройства осуществляют теплообмен, функционируя с открытым или закрытым циклом работы.
Схема геотермального теплового насоса типа вода-вода с открытым циклом
Геотермальные насосы с открытым циклом
Принцип работы таких агрегатов заключается в перекачивании грунтовых вод в тепловой насос, установленный внутри здания. При этом вода отдаёт тепловую энергию и возвращается обратно в подземный резервуар на некотором расстоянии от места забора.
Огромное преимущество данного метода заключается в одновременном водоснабжении дома за счет использования воды из скважины. Другим плюсом является высокая эффективность работы такого насоса, связанная со стабильно высокой температурой воды в любое время года. Несомненным достоинством является и экологичность насосов с открытым циклом, так как всю установку можно рассматривать как систему сообщающихся сосудов, которые не оказывают влияния на уровень грунтовых вод в горизонте. Правильно установленные скважины абсолютно не нарушают природный баланс, обеспечивая стабильные поставки тепла для отопления дома в холодное время года и отвод излишков теплоты летом. Конструктивно агрегаты с открытым циклом встроены в систему водяного отопления и представляют собой классический пример тепловых насосов с водой в качестве теплоносителя.
Тепловые насосы закрытого цикла с теплообменником
Геотермальные агрегаты такого вида функционируют за счет прокачивания теплоносителя по коллекторному трубопроводу, размещенному в открытом водоёме или грунте. При этом теплоноситель прогревается за счёт теплоты воды или недр земли, возвращается к конденсатору насоса и отдает тепловую энергию для обогрева здания.
Закрытый первичный контур геотермального теплового насоса
При установке коллектора в озере необходимо, чтобы его расстояние от дома было не более чем 100 метров, а глубина и береговая линия соответствовали требованиям к монтажу. Достоинством такой системы, как и других подобных систем, использующих водоёмы, является относительно низкая цена.
Для установки теплообменника в грунт используют горизонтальный или вертикальный коллектор – зонд. Такой трубопровод представляет собой систему труб, горизонтально и (или) вертикально установленных в грунте. Длина вертикального зонда может варьироваться от 50 до 200 метров в глубину земли. Это самый эффективный тепловой агрегат, позволяющий получать на каждый затраченный 1кВт электроэнергии до 5кВт теплоты. Минусом такой установки является её стоимость – самая высокая среди всех систем такого типа. Несмотря на высокие капиталовложения, тепловые насосы закрытого цикла типа грунт-вода и вода-вода получили широкое распространение в Западной Европе, особенно в Германии.
Монтаж грунтового теплообменника геотермального теплового агрегата
Тепловые насосы воздух-воздух и воздух-вода
Агрегаты этого типа используют тепло атмосферы. Даже при отрицательных температурах наружный воздух имеет некоторое количество тепла. Эту энергию и отбирает тепловой насос у воздушной среды. По принципу отбора тепла у атмосферного воздуха функционируют современные инверторные кондиционеры, имеющие клапан обратимости, который позволяет им работать как на обогрев, так и на охлаждение. Главным недостатком устройств такого типа можно считать работу в крайне нестабильной воздушной среде. Продуктивность этих тепловых помп очень сильно зависит от температуры «за бортом». В самых благоприятствующих условиях агрегаты такого типа могут привлечь до 4кВт тепловой энергии на каждый 1Квт электрической. Выбирая такой прибор для отопления своего дома, следует помнить о том, что ниже нуля градусов эффективность их работы резко уменьшается, а при дальнейшем снижении температуры обмерзает наружный теплообменник агрегата, в связи с чем его работа в режиме теплового насоса не представляется возможной и прибор переходит в режим простого электрообогревателя.
Тепловой агрегат типа воздух-вода
Тепловые насосы, использующие в качестве теплоносителя воздух, успешно используются в странах с умеренно-континентальными погодными условиями. В случае использования таких устройств в районах с континентальным и резко-континентальным климатом, требуется установка дополнительных отопительных систем для работы в наиболее холодное время года.
Работа теплового насоса воздух-вода (видео)
Оцените статью: Поделитесь с друзьями!remkasam.ru
Тепловой насос: принцип работы и конструкция
Принцип работы теплового насоса основан на схеме перекачивания тепловой энергии из одного объема в другой. По этому принципу работают современные морозильники – тепловая энергия внутри камеры выкачивается и отводится наружу. В насосе использован тот же принцип, только наоборот – тепло выкачивается из окружающей среды и подается в конечный объем здания или помещения.
Схема работы геотермального насоса
В прошлом, когда топливо было дешевым, идея таких аппаратов не выходила далеко за рамки опытных образцов, так как отапливать дом углем или дровами выходило проще или дешевле, чем возиться со сложной схемой технической установки. Но с удорожанием энергоносителей и развитием технологий, позволивших сделать тепловые наносы эффективнее, их использование получило достаточно широкое распространение, ведь достаточно один раз заплатить за покупку или монтаж и забыть о проблеме расхода топлива.
История создания
Появление тепловых насосов уходит корнями в конец 19 века, когда в процессе разработки первых промышленных холодильных установок были созданы машины, которые могли перекачивать из одного объема в другой в два раза большее количество тепловой энергии, чем требовалось для обеспечения их работы. Их создание послужило толчком для активного развития данного направления в разработке аппаратов теплообмена, благодаря чему и появились современные тепловые насосы, которые можно назвать наиболее экономной и неприхотливой отопительной системой для частного из всех существующих в настоящее время, о чем свидетельствует не только мнение производителя, но и отзывы многих покупателей.
Уильям Томсон — в 1852 году разработал прототип теплового насоса
Особенности и виды конструкций
Основными элементами любого вида тепловых насосов являются наружный и внутренний тепловой контуры. Наружный контур располагается либо глубоко в грунте, либо в подземном или обычном озере, если таковое имеется рядом с домом. В зависимости от нюансов конструкции, наружный контур может иметь различные схемы реализации, но у всех его вариантов задача только одна – прокачка теплоносителя и сбор энергии из среды, в которой размещен сам контур. Из него тепловая энергия поступает в компрессор, где регулируется до нужного уровня температуры и передается на внутренний контур, отапливая дом или отдельное помещение.
Так выглядят детали теплового устройства
Внутренний контур может представлять собой как систему водяного отопления, так и систему горячего водоснабжения. Сам тепловой насос лишь обеспечивает сбор и аккумуляцию тепловой энергии из внешней среды, а ее распределение может быть каким угодно, в зависимости от индивидуальных нужд. Большинство современных тепловых насосов работает в двух режима, отопительном и охлаждающем. В кондиционирующем режиме охлаждающий контур выводит тепло за пределы дома, а не подает, поэтому тепловые насосы можно считать универсальными и вдвойне экономичными устройствами, так как при монтаже такого устройства отпадает необходимость в установке отдельных систем кондиционирования.
Самый простой способ размещения внешнего контура, это водная среда, причем в случае с открытым вариантом, водная среда является одновременно и тепловым носителем.
Варианты наружного контура с водным размещением:
- Тепловой насос с наружным контуром открытого цикла забирают грунтовые воды из скважины и, прогнав ее через контур, возвращают обратно в грунт в остуженном виде. Такой вариант насоса считается одним из самых эффективных, что подтверждают и отзывы людей, установивших такую систему, так как подземные воды имеют достаточную для эффективного отопления температуру, которая не меняется круглый год.
- Второй вариант контура с водным размещением это контур закрытого цикла. При таком устройстве шланг или труба с циркулирующей водой размещаются в подземном или близлежащем водоеме. То есть вода, которая циркулирует в системе отопления, не имеет прямого контакта с внешней средой и нагревается за счет вытягивания тепловой энергии воды в водоеме, но всегда находится внутри контура. Разница в выборе между схемами открытого и закрытого контура заключается лишь в условиях, в которых требуется создать отопительную систему – открытый вариант используется в случае отсутствия любых озер и водоемов в радиусе досягаемости. Недостатки таких вариантов размещения контура – необходимость насыщенных грунтовых вод или водоема рядом или под домом.
Контур закрытого цикла с водяным размещением
В случаях, когда вблизи дома нет водоемов, а подземные воды не соответствуют отопительным требованиям, внешний контур размещается непосредственно в грунте под домом или на территории всего участка.
Наружные контуры, размещаемые в грунте:
- Горизонтальный грунтовый контур теплового насоса предполагает размещение коллектора с водой, собирающей тепло прямо на территории участка вокруг дома. Коллектор должен находиться на глубине менее метра, чтобы обеспечивать требуемый уровень отопления в зимнее время. Но такой вариант расположения контура имеет свои недостатки – ему требуется большая площадь размещения, например, для стабильной работы в доме площадью 200 м2 ему требуется около 500 м2 территории. При его укладке в грунт нужно соблюдать дистанцию в 1.5 м от крон деревьев, иначе он может повредить их корневую систему. Правильно размещенная схема внешнего контур никак не отражается на состоянии почвы участка и зеленых насаждениях.
Горизонтальный грунтовый контур
- Вертикальный контур требует для размещения коллектора скважины до 200 м2, в зависимости от требуемого уровня температуры и объема теплоносителя. Уже на глубине в 15-20 м любое время года грунт имеет температуру в районе 12-15 С°, которой хватает для стабильного отопления жилых помещений стандартных размеров или обеспечения дома на одну семью горячей водой. Этот вариант контура более эффективен, чем с открытым водным размещением, и обеспечивает 5 кВт энергии на 1 кВт потраченной для обеспечения работы, но его установка является самой сложной из всех возможных.
Вертикальный грунтовый контур
Экономическая эффективность
В плане финансовых расходов тепловой насос заключает в себе две крайности. Он достаточно дорог и сложен в установке, так как помимо самого насоса и коллекторных контуров, требует проведения большого объема монтажных работ как по устройству коллектора под участком, так и создание системы отопления в доме, куда будет подаваться горячая вода. Все это требует серьезных финансовых вложений и может даже отпугнуть многих покупателей.
Но на самом деле на установке геотермального насоса все траты по большому счету и заканчиваются, так как в дальнейшем не нужно оплачивать горючее, уголь или газ, а также повышенные счета за электроэнергию, в случае использования электрических приборов отопления. Так как в геотермальном насосе отсутствуют любые нагревательные элементы, а энергия потребляется лишь для приведения в движение воды в коллекторе и работы компрессора, регулирующего уровень температуры, то выходит максимально возможная экономия, которую можно получить при использовании современных отопительных систем.
Ведь после установки такой системы отопления, о ней можно практически не думать, при этом геотермальный насос не требует не только расходов на топливо, но и каких-либо хлопот в плане обслуживания, достаточно лишь время от времени проверять целостность коллектора.
В целом о тепловых насосах можно сказать, что данный вид отопления и подогрева воды является оптимальным в том случае, если дом и его системы жизнеобеспечения устраиваются с основательным подходом. Отопление геотермальными насосами надежно, эффективно и может функционировать долгие годы.
klivent.biz
Принцип работы теплового насоса - схема, устройство, действие теплового насоса
Отопление тепловым насосом — это один из способов обогрева здания, альтернатива газовому котлу. В качестве источника энергии они используют тепло окружающей среды – земли, воздуха, воды и преобразовывают его в тепловую энергию для отопления дома.
Далее мы подробно и наглядно рассмотрим, схему, устройство и принцип работы теплового насоса.
Схема теплового насоса
Прежде чем рассмотреть как работает тепловой насос, нужно понять из каких основных элементов он состоит. Каждый насос независимо от способа получения тепла содержит:
- Испаритель;
- Компрессор;
- Конденсатор;
- Расширительный клапан.
Это основные элементы, которые присутствуют во всех видах тепловых насосов.
Схема расположения элементов теплового насоса
Порядок и принцип действия теплового насоса
Многим знаком принцип работы холодильника: тепло отбирается из внутренней части и выводится наружу — заднюю или боковую стенку. Принцип отопления тепловым насосом похож. Насос отбирает тепло из окружающей среды и переносит его в дом. Причем особенность работы его работы в том, что из окружающей среды он получает температуру 0 ... +7 ˚С, а преобразовывает её в 35-50˚С.
Порядок работы:
- Тепловой насос извлекает тепло из окружающей среды – земли, воздуха или воды. Достаточная температура – 0…7˚С.
- Внутри насоса установлен испаритель с хладагентом. Это особая жидкость, которая закипает при температуре близкой к 0˚С.
- За счет тепла полученного из окружающей среды хладагент закипает и принимает газообразную форму.
- В виде газа хладагент поступает в компрессор. Здесь он сжимается, в результате чего увеличивается его давление и растет температура.
- Далее уже нагретый газ поступает в конденсатор, где отдает тепло системе отопления. После чего он охлаждается и снова принимает жидкое состояние.
- Жидкий хладагент поступает в расширительный клапан, где его давление понижается до начального низкого значения.
- После этого хладагент возвращается в испаритель. Контур замыкается. Процесс повторяется непрерывно.
Выводы
Главным компонентом в схеме работы теплового насоса является хладагент - специальная жидкость, которая закипает при низкой температуре. Именно благодаря ей получаемые из земли или воздуха 0 … +7˚С превращаются в +40 ... +50˚С необходимые для работы системы отопления.
Чем выше температура окружающей среды, тем стабильнее и выше КПД теплового насоса. Вот почему грунтовые тепловые насосы считаются более эффективными, чем воздушные.
Читайте также
- Скрытые утечки тепла в частном доме о которых вы не догадываетесь
- Камин с водяным контуром — совмещение обычного камина и твердотопливного котла
- Все о солнечных коллекторах для отопления дома
term.od.ua
Принципиальная схема теплового насоса | Клуб владельцев тепловых насосов использование тепловых для отопления дома
Из нагнетательной линии компрессора горячие пары хладагента поступают в четырехходовой кран, который направляет их в соответствующий теплообменник.
Если холодильная машина работает как тепловой насос для отопления здания, то горячий хладагент поступает во внутренний теплообменник, где конденсируется, отдавая тепло теплоносителю (воздуху или воде). Затем хладагент, пройдя регулирующий вентиль, поступает в наружный теплообменник, где он кипит, забирая тепло для своего кипения от окружающей среды (воздуха, воды). Затем пары хладагента снова проходят через четырехходовой кран, который их направляет во всасывающую линию компрессора, после чего процесс начинается снова.
Если холодильная машина используется для охлаждения здания, то горячий хладагент, пройдя из компрессора через четырехходовой кран, поступает в наружный теплообменник, где конденсируется, отдавая тепло охлаждающей его среде. Затем хладагент, пройдя регулирующий вентиль, поступает во внутренний теплообменник, где кипит, охлаждая окружающую среду (воздух, воду). Далее пары проходят снова через четырехходовой кран, который направляет их во всасывающую линию компрессора.
Следовательно, работа холодильной машины в системе кондиционирования воздуха по схеме теплового насоса для отопления здания заключается в том, что при помощи четырех ходового крана-переключателя режимов меняется направление циркуляции хладагента (фреона).
Источниками тепла для тепловых насосов в течение отопительного периода могут быть: наружный воздух, артезианская вода, вода водоемов, тепло грунта, низкопотенциальные тепловые ресурсы сточных вод коммунально-бытовых и промышленных предприятий.
Эффективность работы теплового насоса характеризуется коэффициентом преобразования φ, представляющим собой отношение тепла, отведенного в конденсаторе, к затраченной мощности, выраженной в тепловых единицах. Он называется еще отопительным коэффициентом; φ определяется по формуле
где QТ — количество тепла, отданное конденсатором, ккал/ч; Nэл — электрическая мощность, потребляемая всей установкой (включая и вентилятор кондиционера), кВт.
Коэффициент преобразования теплового насоса зависит от величины разности температур источника и потребителя тепла, от вида источника тепла и от степени повышения давления хладагента в компрессоре.
В практике при применении теплового насоса на 1 кВт установленной мощности можно получить 3000 ккал холода в испарителе и одновременно 3700 ккал тепла в конденсаторе. Следовательно, в данном случае отопительный коэффициент φ = 4,3.
Если использовать в теоретическом цикле теплового насоса цикл Карно, то, выражая отопительный коэффициент через абсолютные температуры по аналогии с холодильным коэффициентом, можно получить
где ТТ — температура нагреваемого тела, которому передается тепло, К; ТС — температура окружающей среды, т. е. источника тепла, К.
Из приведенного уравнения следует, что эффективность теплонасосной установки φ будет тем выше, чем ниже температура нагреваемого тела и чем выше температура источника тепла, от которого оно отводится.
Поэтому использование наружного воздуха в качестве низкотемпературного источника тепла менее экономично из-за его низкой температуры. Более выгодно применять для этой цели речную или артезианскую воду, особенно условно чистые воды коммунальных и промышленных зданий.
Примерные значения отопительного коэффициента в компрессорных установках тепловых насосов следующие:
- Отопление зданий с обычными радиаторами и получение горячей воды с температурой 70 °С при использовании тепла артезианской воды — 2,2 ÷ 3,8
- Отопление зданий при температуре воды 45 °С (воздушное отопление) — 3,5 ÷ 5,6
- Получение горячей воды при использовании тепла условно чистых вод коммунальных и промышленных зданий — 3 ÷ 7
- Выпарные установки для легкокипящих растворов — 10 ÷ 25
источник: www.holodilshchik.ru
www.heatpumpclub.ru
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:
- Компрессор. Питается от сети.
- Испаритель.
- Конденсатор.
- 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:
teploguru.ru
