Принцип работы теплового насоса, его преиущества и недостатки

Тепловые насосы для отопления дома: плюсы и минусы

Одним из высокоэффективных способов отопления загородного дома является использование тепловых насосов. Принцип работы тепловых насосов основан на извлечении тепловой энергии из грунта, водоемов, подземных вод, воздуха. Тепловые насосы для отопления дома не оказывают вредного воздействия на окружающую среду. Как выглядят подобные отопительные системы, можно посмотреть на фото.

Такая организация обогрева дома и горячего водоснабжения возможна уже много лет, но распространение начала получать совсем недавно.

Особенности работы тепловых насосов

Принцип работы таких устройств похож на холодильное оборудование. Тепловые насосы забирают тепло, аккумулируют его и обогащают, а затем передают его теплоносителю. В качестве выделяющего тепло устройства применяется конденсатор, а для утилизации теплоты с низким потенциалом используется испаритель.

Постоянное повышение стоимости электричества и предъявление жестких требований к охране окружающей среды становится причиной поиска альтернативных методов получения тепла для отопления домов и подогрева воды. Одним из них является использование тепловых насосов, поскольку количество получаемой тепловой энергии в несколько раз превышает затраченное электричество (подробнее: “Экономное отопление электричеством: за и против”).

Если сравнить отопление газом, твердым или жидким топливом, с тепловыми насосами, то последние окажутся более экономичными. Однако само обустройство системы отопления с такими агрегатами обходится гораздо дороже.

Тепловые насосы потребляют электроэнергию, необходимую для работы компрессора. Поэтому такой вид обогрева зданий не подходит в том случае, если в местности наблюдаются частые проблемы с электроснабжением. Отопление частного дома тепловым насосом может иметь разную эффективность, главным ее показателем является преобразование теплоты – разница между потребленной электроэнергией и полученным теплом.

Разница между температурой испарителя и конденсатора присутствует всегда. Чем она больше, тем меньше КПД устройства. По этой причине, пользуясь тепловым насосом, нужно иметь немалый источник низко потенциального тепла. Исходя из этого, следует, что чем больше размер теплообменника, тем меньше энергопотребление. Но в то же время, устройства с большими габаритами имеют гораздо более высокую стоимость.

Отопление с помощью теплового насоса встречается во многих развитых странах. Причем они используются и для обогрева многоквартирных и общественных зданий – это намного экономнее привычной в нашей стране системы отопления.

Виды тепловых насосов

Эти устройства можно использовать в широком диапазоне температур. Обычно они нормально работают при температуре от – 30 до + 35 градусов.

Самыми популярными являются абсорбционные и компрессионные тепловые насосы. Последние из них используют для передачи тепла механическую и электрическую энергию. Абсорбционные насосы устроены сложнее, но они способны передавать тепло, используя для этого сам источник, благодаря чему значительно снижаются затраты электроэнергии.

Что касается источников тепла, то данные агрегаты делятся на следующие виды:

  • воздушные;
  • геотермальные;
  • вторичного тепла.

Воздушные тепловые насосы для отопления забирают тепло из окружающего воздуха. Геотермальные пользуются тепловой энергией земли, подземных и наземных вод (детальнее: “Геотермальное отопление: принцип работы на примерах”). Тепловые насосы вторичного тепла забирают энергию канализационных стоков, центрального отопления – эти устройства в основном используются для обогрева промышленных зданий. Это особенно выгодно в том случае, если имеются источники тепла, которое подлежит утилизации (прочитайте также: “Используем тепло земли для отопления дома”).

Тепловые насосы классифицируются и по видам теплоносителя, им может служить воздух, грунт, вода, а также их сочетания.

Тепловые насосы геотермального вида

Закрытые системы делятся на несколько видов:

  1. Геотермальные с горизонтальным расположением подразумевают укладку коллектора в траншее ниже глубины промерзания почвы. Это – примерно 1,5 метра. Коллектор укладывают кольцами с той целью, чтобы уменьшить площадь земляных работ до минимума и обеспечить на небольшой площади достаточный контур (прочитайте: “Геотермальные тепловые насосы для отопления: принцип устройства системы”). Данный метод подходит лишь в том случае, если имеется в распоряжении достаточно свободной площади участка.
  2. Геотермальные конструкции с вертикальным расположением предусматривают размещение коллектора в скважине глубиной до 200 метра. Такой метод применяется при отсутствии возможности расположить теплообменник на большой площади, что необходимо для горизонтальной скважины. Также геотермальные системы с вертикальными скважинами делают в случае неровного ландшафта участка.
  3. Геотермальные водные подразумевают помещение коллектора в водоем на глубину ниже уровня промерзания. Укладка выполняется кольцами. Такие системы не могут использоваться, если водоем имеет небольшие размеры или недостаточную глубину. Необходимо учитывать, что в случае промерзания водоема на том уровне, где находится коллектор, насос работать не сможет.


Тепловой насос воздух вода – особенности, детали на видео:

Преимущества и недостатки тепловых насосов

Отопление загородного дома тепловым насосом имеет как положительные, так и отрицательные стороны. Одним из основных преимуществ отопительных систем является экологичность. Также тепловые насосы экономичны, в отличие от других обогревателей, потребляющих электроэнергию. Так, количество вырабатываемой тепловой энергии в несколько раз больше потребляемого электричества.

Тепловые насосы отличаются повышенной пожаробезопасностью, их можно использовать и без создания дополнительной вентиляции. Так как система имеет замкнутый контур, финансовые траты при эксплуатации сведены к минимуму – платить приходится лишь за потребляемую электроэнергию.

Применение тепловых насосов также позволяют охлаждать помещение летом – это возможно благодаря подключению к коллектору фэн-койлов и системы «холодный потолок».

Эти устройства надежны, а управление процессами работы полностью автоматическое. Поэтому для эксплуатации тепловых насосов не требуются особые навыки. Немало значение имеют и компактные размеры устройств.

Основной недостаток тепловых насосов:

  • высокая стоимость и значительные затраты на монтажные работы. Сконструировать отопление тепловым насосом своими руками вряд ли получится, не имея специальных знаний. Чтобы вложения окупились, потребуется не один год;
  • срок эксплуатации устройств составляет примерно 20 лет, после этого высока вероятность того, что потребуется проводить капитальный ремонт. Это тоже обойдется недешево;
  • цена тепловых насосов в несколько раз превышает стоимость котлов, работающих на газу, твердом или жидком топливе. Немало денег придется выложить и за бурение скважин.

Но с другой стороны, тепловым насосам не требуется регулярное обслуживание, как в случае с многими другими отопительными приборами. Несмотря на все достоинства тепловых насосов, они до сих пор мало распространены. Это связано, в первую очередь, с высокой стоимостью самого оборудования и его установки. Удастся сэкономить лишь в случае создания системы с горизонтальным теплообменником, если выкапывать траншеи самостоятельно, но на этой уйдет не один день. Что же касается эксплуатации, то оборудование оказывается весьма выгодным.

Тепловые насосы – это экономичный способ обогрева зданий, который не наносит вреда окружающей среде. Они не могут получить широкого распространения из-за высокой стоимости, но в будущем ситуация может измениться. В развитых странах тепловыми насосами пользуются многие владельцы частных домов – там правительство поощряет заботу об экологии, и стоимость такого вида отопления невысока.

Тепловые насосы: достоинства, недостатки и перспективы применения в России

Первые тепловые насосы появились около 60 лет назад, а сегодня их производство превратилось в отдельную индустрию. По всему миру функционируют сотни изготовителей тепловых насосов, которые предлагают множество различных моделей альтернативных отопительных систем с широким набором всевозможных функций.

На сегодняшний день теплонасосы являются основным видом отопления в Европе. Согласно разным источникам почти 70% всех новых зданий снабжаются системами отопления и горячего водоснабжения на базе тепловых насосов. И это легко объяснимо, так как данное оборудование обладает длинным перечнем достоинств.

Достоинства тепловых насосов

Главными преимуществами применения теплонасосов являются:

1. Использование современных энергосберегающих технологий, обеспечивающих экономическую эффективность


Тепловой насос использует электроэнергию немного эффективнее других видов котлов. При затратах на функционирование системы 1 кВт электроэнергии вырабатывается от 3-х до 4-х кВт тепловой энергии. То есть коэффициент эффективности теплонасоса намного больше единицы. Между собой агрегаты сравниваются по коэффициенту преобразования тепла (КПТ) — отношению полученного тепла к израсходованной энергии.

2. Экологичность

Аппарат при работе не сжигает топливо, а значит, не выбрасывает вредные вещества в окружающую среду. Ни в воздухе, ни на почве не накапливаются опасные для здоровья людей и природы соединения. Хладогены системы не содержат хлоруглеродов, что делает их озонобезопасными. Для планеты использование теплонасосов — это безусловное благо.

3. Возможность повсеместного использования


Если не вода, то земля и воздух есть повсюду, что позволяет использовать тепловые насосы в разных уголках Земли. При отсутствии электричества можно применять модели с дизельными или бензиновыми генераторами. Ветряные генераторы и солнечные батареи также обеспечат нужное количество энергии для отопления частного дома.

4. Многофункциональность


Тепловые насосы, оснащенные реверсивным клапаном, способны не только обогреть дом и обеспечить горячее водоснабжение, но и охладить воздух в летний зной. Летом теплонасос можно использовать как кондиционер и нагреватель воды для дома и бассейна.

5. Безопасность

При работе агрегата нет открытого огня, не используется топливо, и не выделяются опасные смеси и газы. Узлы системы не прогреваются выше 90°С, а значит, не могут стать причиной пожара. Теплонасосы не опаснее холодильников. К тому же им не вредят простои, агрегаты можно эффективно использовать даже после длительных остановок. Кроме того, используя подобное оборудование, никогда не придется столкнуться с замерзанием жидкости в системе.

Но, как и любое другое оборудование, тепловые насосы имеют недостатки.

Недостатки тепловых насосов

Главным и, возможно, единственным весомым недостатком теплонасосов является их цена. К примеру, для обогрева дома, имеющего площадь около 80 м², снабжения его горячей водой и кондиционирования воздуха летом, потребуется приобрести агрегат мощностью не менее 6 кВт и стоимостью 8-10 тысяч евро, а также побеспокоиться о монтаже, который будет предполагать создание 100-метровой скважины, а, как известно, земляные работы обходятся недешево.

Отметим также, что теплонасосы полностью оправдываю себя только в качественных зданиях, где тепловые потери составляют не более 100 Вт/м². Другими словами, чем теплее дом, тем выгоднее использовать подобное оборудование. Собственно, это правило работает со всеми видами отопления.

КПТ выше тогда, когда разница температур теплоносителя в системе и отопительном контуре минимальна. Максимальной эффективности можно добиться, используя отопление на базе теплонасоса в помещениях, где организована низкотемпературная система обогрева, например, теплый пол и тому подобное.

Перспективы использования тепловых насосов в нашей стране

Теплонасосы — надежные устройства. Период службы компрессора и контура системы превышает 30 лет. Практика использования подтверждает, что узлы и автоматика агрегатов практически никогда не выходят из строя на протяжении всего срока эксплуатации. Стоимость вырабатываемого тепла в 2,5 раза дешевле по сравнению со стоимостью тепла от газовых котлов и в 3 раза дешевле, если сравнивать с выработкой тепла централизованной системой отопления. Подогрев воды не вызывает никаких сложностей и весомых затрат, так как 75% требуемого нагрева уже сделал теплонасос.

Читайте также:  Акт промывки системы отопления: образец документов, форма и бланк

Практика применения подобного оборудования подтверждает, что оно способно полностью обеспечить потребности в тепле. Лишь в особо холодные дни может потребоваться дополнительный обогрев.

Сроки окупаемости теплонасосов в разных странах оценивается по-разному — 2…6 лет, на это влияют расценки и субсидии на приобретение отопительного оборудования, действующие в некоторых странах.

Несмотря на то что в Швеции более половины всех зданий отапливаются геотермальными тепловыми насосами, Швейцария является лидером в Европе по их использованию, а в Японии производится свыше трех миллиона насосов в год, в России они пока не получили широкого распространения. Прежде всего, это связано с тем, что стоимость тепла, выдаваемого теплонасосом, соизмерима со стоимостью тепла, вырабатываемого газовым котлом. А, как известно, газа в стране пока хватает, котлы стоят дешевле теплонасосов, да и технология газового отопления изучена лучше.

Но, тем не менее, в России уже начался процесс применения тепловых агрегатов. Конечно, общая мощность установленного оборудования в сравнении со странами-лидерами несоизмеримо мала, но многие общественные здания Перми, Калининграда, Туапсе, Самары, Пензы, Московской и Ленинградской областей уже отапливаются по данной энергосберегающей технологии.

Тенденции к росту стоимости природного газа, а также дороговизна подключения к электрическим и тепловым сетям, несомненно, выступают теми факторами, которые дадут толчок популяризации тепловых насосов. Уже сейчас некоторые застройщики и владельцы частных домов прибегают к организации альтернативных систем отопления. И их число с каждым годом возрастает.

Принцип действия тепловых насосов

Имея в своем доме холодильники и кондиционеры, мало кто знает — принцип работы теплового насоса реализован именно в них.

Около 80% мощности, которую дает тепловой насос, приходится на тепло окружающей среды в виде рассеянного солнечного излучения. Именно его насос просто «перекачивает» с улицы в дом. Работа теплового насоса подобна принципу работы холодильника, вот только направление переноса тепла иное.

Проще говоря…

Чтобы охладить бутылку минеральной воды, Вы ее ставите в холодильник. Холодильник должен «забрать» у бутылки часть тепловой энергии и, согласно закону сохранения энергии, ее куда-то переместить, отдать. Холодильник переносит теплоту на радиатор, обычно расположенный на задней его стенке. При этом радиатор нагревается, отдавая свое тепло в помещение. Фактически он отапливает помещение. Это особенно заметно в маленьких минимаркетах летом, при нескольких включенных холодильниках в помещении.

Предлагаем пофантазировать. Предположим, что мы будем постоянно подкладывать теплые предметы в холодильник, а он будет, охлаждая их, нагревать воздух в помещении. Пойдем на «крайности»… Расположим холодильник в оконном проеме открытой дверкой «морозилки» наружу. Радиатор холодильника будет находиться в помещении. В процессе работы холодильник будет охлаждать воздух на улице, перенося в помещение «забранную» теплоту. Так и работает тепловой насос, забирая рассредоточенное тепло у окружающей среды и перенося его в помещение.

Тепловой насос. Внешний воздушно-водяной контур

Где насос берет тепло?

Принцип работы теплового насоса базируется на «эксплуатации» естественных низкопотенциальных источников тепла из окружающей среды.

Распределение солнечной энергии

  • просто наружный воздух;
  • тепло водоемов (озер, морей, рек);
  • тепло грунта, грунтовых вод (термальных и артезианских).

Геотермальный тепловой насос. Принцип работы

Как устроен тепловой насос и система отопления с ним?

Тепловой насос интегрирован в систему отопления, которая состоит из 2-х контуров + третий контур — система самого насоса. По внешнему контуру циркулирует незамерзающий теплоноситель, который забирает на себя тепло из окружающего пространства.

Попадая в тепловой насос, точнее его испаритель, теплоноситель отдает в среднем от 4 до 7 °C хладагенту теплового насоса. А его температура кипения составляет -10 °C. Вследствие этого хладагент закипает с последующим переходом в газообразное состояние. Теплоноситель внешнего контура, уже охлажденный уходит на следующий «виток» по системе для набора температуры.

В составе функционального контура теплового насоса «числятся»:

  • испаритель;
  • компрессор (электрический);
  • капилляр;
  • конденсатор;
  • хладагент;
  • терморегулирующее управляющее устройство.

Процесс выглядит приблизительно так!

«Закипевший» в испарителе хладагент по трубопроводу поступает в компрессор, работающих от электроэнергии. Этот «трудяга» сжимает газообразный хладагент до высокого давления, что, соответственно, приводит к повышению его температуры.

Теперь уже горячий газ далее попадает во другой теплообменник, который называется конденсатором. Здесь тепло хладагента передается воздуху помещения или теплоносителю, который циркулирует по внутреннему контуру системы отопления.

Хладагент остывает, одновременно переходя в состояние жидкости. Затем он проходит через капиллярный редукционный клапан, где «теряет» давление и вновь попадает в испаритель.

Цикл замкнулся и готов к повтору!

Приблизительный расчет теплопроизводительности установки

В течении часа по внешнему коллектору через насос протекает до 2,5-3 м 3 теплоносителя, который земля способна нагреть на ∆t = 5-7 °C.

Для расчета тепловой мощности такого контура воспользуйтесь формулой:

[pmath size=14]V_тепл[/pmath] — объемный расход теплоносителя в час [pmath size=12](м^3/час)[/pmath];

[pmath size=14]T_1 — T_2[/pmath] — разница температур на входе и входе (°C) .

Разновидности тепловых насосов

По типу используемого вида рассеянного тепла различают тепловые насосы:

  • грунт-вода (используют закрытые грунтовые контуры или глубокие геотермальные зонды и водяную систему отопления помещения);
  • вода-вода (используют открытые скважины для забора и сброса грунтовых вод — внешний контур не закольцованный, внутренняя система отопления — водяная);
  • вода-воздух (использование внешних водяных контуров и системы отопления воздушного типа);
  • тепловой насос воздух-воздух (использование рассеянного тепла внешних воздушных масс в комплекте с воздушной системой отопления дома).

Схема и принцип действия теплового насоса

Преимущества и достоинства тепловых насосов

Экономичная эффективность. Принцип работы теплового насоса базируется не на производстве, а на переносе (транспортировке) тепловой энергии, то можно утверждать, что его КПД больше единицы. Что за чушь? — скажете Вы.В теме тепловых насосов фигурирует величина — коэффициент преобразования (трансформации) тепла (КПТ). Именно по этому параметру сравнивают между собой агрегаты подобного типа. Его физический смысл – показать отношение полученного количества теплоты к величине, затраченной для этого, энергии. К примеру, при КПТ = 4,8 затраченная насосом электроэнергия в 1кВт позволит получить с его помощью 4,8 кВт тепла безвозмездно, то есть даром от природы.

Универсальная повсеместность применения. Даже при отсутствии доступных линий электропередач работа компрессора теплового насоса может быть обеспечена дизельным приводом. А «природное» тепло есть в любом уголке планеты — тепловой насос «голодным» не останется.

Типичный компрессор холодильника- теплового насоса

Экологическая чистота использования. В тепловом насосе отсутствуют продукты горения, а его малое энергопотребление меньше «эксплуатирует» электростанции, косвенно снижая вредные выбросы от них. Хладагент, используемый в тепловых насосах, озонобезопасен и не содержит хлоруглеродов.

Внешний модуль теплового насоса «воздух-воздух»

Двунаправленный режим работы. Тепловой насос может в зимнее время обогревать помещение, а в летнее — охлаждать. Отобранную из помещения «теплоту» можно использовать эффективно, например, подогревать воду в бассейне или в системе ГВС.

Варианты режима работы теплового насоса

Безопасность эксплуатации. В принципе работы теплового насоса Вы не рассмотрите опасных процессов. Отсутствие открытого огня и вредных опасных для человека выделений, низкая температура теплоносителей делают тепловой насос «безобидным», но полезным бытовым прибором.

Полная автоматизация процесса отопления помещения.

Внешний воздушный контур теплового насоса

Некоторые нюансы эксплуатации

Эффективное использование принципа работы теплового насоса требует соблюдения нескольких условий:

  • помещение, которое обогревается должно быть хорошо утеплено (теплопотери до 100 Вт/м 2 ) — иначе, забирая тепло с улицы, будете греть улицу за свои же деньги;
  • тепловые насосы выгодно применять для низкотемпературных систем отопления. Под такие критерии отлично подходят системы теплый пол (35-40 °C). Коэффициент преобразования тепла существенно зависит от соотношения температур входного и выходного контуров.

Суть принципа работы теплового насоса не в производстве, а в переносе тепла. Это позволяет получить высокий коэффициент (от 3 до 5) преобразования тепловой энергии. Проще говоря, каждый использованный 1 кВт электроэнергии «перенесет» в дом 3-5 кВт тепла. Еще что-то нужно говорить?

Принцип работы теплового насоса для обогрева дома

Тепловой насос — это устройство, которое считается хорошей альтернативой стандартному отоплению дома. Прибор неплохо зарекомендовал себя и широко применяется во многих европейских странах. Такое устройство может установить каждый желающий, но для этого нужно знать принципы работы теплового насоса. С его помощью не только уменьшаются затраты на обогрев помещения, но и снижается негативное влияние на окружающую среду.

Описание теплового насоса

Перед началом монтажа необходимо изучить устройство, его преимущества и недостатки. Тепловой насос для отопления дома работает как холодильник или кондиционер. Единственным отличием будет вырабатывание тепла, а не холода. Установка очень экономична и работает при минимальном количестве потерь энергии.

Принцип работы теплового насоса схож с работой холодильника, кондиционера

Существует несколько разновидностей таких тепловых приборов. Все они немного отличаются друг от друга, но имеют и много общего. Разные виды подобных приборов состоят из 3 основных компонентов:

  • тепловой насос с компрессором;
  • накапливающий энергию зонд;
  • система отопления помещения с теплообменной камерой.

Последние две составляющие представляют собой набор радиаторов и труб. Зонд имеет форму, напоминающую змеевик.

Все особенности устройства заключаются в насосе. Он состоит из нескольких основных частей:

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

Принцип работы насоса заключается в получении энергии от природных источников, её преобразование в тепло и подачи в систему, установленную в помещении.

Об устройстве и принципе работы теплового насоса вам расскажут в данном видео:

Разновидности установок

В зависимости от первичного источника тепла выделяется несколько видов устройств. Все они используют для передачи энергии различные стихии, такие как вода, воздух или земля.

В зависимости от источника тепла выделяется несколько видов устройств

По этому признаку их подразделяют на три вида:

  1. Геотермальные. В качестве источника применяется грунт. Наиболее часто используемый вариант, который позволяет применять тепло, накопленное за летние месяцы. Существует два способа сбора энергии: горизонтальный и вертикальный. Первый представляет собой трубу с постоянно циркулирующим в ней теплоносителем, а второй — целую систему, погружённую на глубину до 150 метров. Достоинствами геотермальных установок считаются стабильная температура на протяжении всего периода обогрева и относительно невысокая цена.
  2. Гидротермальные. В качестве теплового источника применяется вода любого незамерзающего водоёма, канализационная или грунтовая. Первый вариант считается самым эффективным и экономичным. Это достигается благодаря высокой температуре теплоносителя, который постоянно циркулирует в трубах, помещённых на дне ставка или озера. Аналогично можно использовать и канализационные стоки. Для грунтовой гидротермальной установки применяется вода из скважин или колодцев.
  3. Аэротермические. Это самая простая и доступная система отопления. Она не требует дополнительного дорогостоящего оборудования и может быть обустроена практически в любом доме. Принцип действия такого насоса заключается в поступлении воздуха из окружающей среды к испарителю. Там его тепло преобразуется и передаётся хладагенту, который отправляет горячую жидкость во внутреннюю систему помещения. Способ отличается высокой производительностью и экономичностью.
Читайте также:  Матрасы для садовых качелей – мягкие и удобные элементы (обзор)

Кроме этого, по типу монтажа насосы делятся на открытые и закрытые. Принцип их действия схож и отличается только несколькими нюансами.

Для каждого конкретного случая выбирается тот или иной прибор исходя из возможности установки, рентабельности и невысокой цены. Вне зависимости от вида общий принцип действия теплового насоса не меняется. Это даёт возможность подбирать оптимальный вариант устройства.

Достоинства и недостатки

Каждый вид насоса имеет свои преимущества и недостатки. У одних они очевидны и не вызывают сомнений, у других — менее заметны.

Подобные установки являются универсальными и занимают мало места

К достоинствам теплового насоса следует отнести такие:

  1. Экономичность. Из-за высокого КПД требуется минимальное количество затрачиваемой энергии. В среднем для получения 5 кВт тепла нужно потратить не более 1 кВт электричества. Такие показатели гораздо выше, чем у любых других тепловых установок.
  2. Универсальность. В одном приборе есть возможность сочетать не только отопление дома или квартиры, но и охлаждение, а также нагрев воды.
  3. Автономность. Система способна работать без постоянной подачи какого-либо топлива.
  4. Высокий уровень безопасности. Тепловой насос устроен так, что все его составные части не нагреваются до потенциально опасных температур. Кроме этого, установка не выделяет вредный для человека угарный газ.
  5. Надёжность. Весь процесс управления осуществляется за счет работы автоматики, вероятность возникновения каких-либо ошибок или нестандартных ситуаций сведена к минимуму.
  6. Долговечность. При правильной эксплуатации прибор способен эффективно работать на протяжении 30−50 лет. Этот показатель намного выше, чем у других систем отопления.
  7. Минимальное количество необходимого свободного места. Все основные составляющие устройства находятся под землёй, что позволяет сэкономить пространство.
  8. Комфорт. Во время работы теплового насоса не наблюдаются резкие перепады температуры или влажности, что положительно сказывается на самочувствии жильцов дома. Кроме этого, прибор выполняет поставленные задачи практически бесшумно.
  9. Экологичность. Это одно из главных преимуществ устройства. Благодаря ему можно не только свести к минимуму выбросы вредных веществ в атмосферу, но и сохранить окружающую природу.
  10. Отсутствие необходимости получать разрешения. При установке теплового насоса не нужно согласовывать свои действия с какой-либо инстанцией.

Несмотря на большое количество преимуществ, существуют и некоторые недостатки. Как правило, они связаны с повышенными затратами на оборудование или особыми условиями окружающей среды.

К отрицательным моментам относятся такие:

  1. Неэффективность в регионах, где температура редко превышает 0°С.
  2. Плохо работает в местах, где часто стоит безветренная погода.
  3. Сложность монтажа. В некоторых случаях выполнить установку практически невозможно.
  4. Высокая стоимость устройства.

Принцип работы устройства

Принцип работы теплового насоса для отопления дома довольно прост, и в нём может разобраться даже человек, никогда не занимавшийся подобными вопросами.

Принцип работы теплового насоса довольно простой и не требует особых знаний

Весь процесс протекает в несколько этапов:

  1. Специальная незамерзающая смесь (соединение обыкновенной воды и гликоля) подаётся в коллектор.
  2. Там тепловая энергия поглощается и переносится к насосу.
  3. В испарителе она передаётся фреону, благодаря которому нагревается до +8°С.
  4. Затем смесь постепенно закипает и превращается в горячий пар, температура которого может колебаться от 60° до 70°С.
  5. Установленная в помещении система отопления получает тепло через конденсатор.
  6. Там фреон очень быстро охлаждается и снова становится жидкостью. При этом вся выделяемая энергия поступает в квартиру или дом.
  7. После этого жидкость возвращается в коллектор.
  8. Цикл повторяется.

Лучше всего насос работает, если в доме есть тёплые полы. Так обогрев выполняется более равномерно, что позволяет избежать большой разницы температур. При этом варианте можно сэкономить до 20% энергии в год, что значительно снизит финансовые затраты на отопление.

Изготовление насоса своими руками

Если нет возможности купить дорогостоящее оборудование, то можно постараться сделать его своими руками. Самодельное устройство подходит только для небольших домов и помещений, так как способно обогреть ограниченную жилую площадь.

Изготовление теплового насоса своими руками – экономически выгодно, однако рассчитано на небольшую площадь

Чтобы сделать тепловой насос, необходимо выполнить несколько этапов работы:

  1. Приобретённый компрессор надёжно закрепляется на стене. Идеальным вариантом будет прибор, предназначенный для кондиционера.
  2. Затем изготавливается конденсатор. Для этого из отрезка медной трубы толщиной более 1 мм формируется змеевик.
  3. Он фиксируется в пластиковом или металлическом корпусе.
  4. После этого две половинки бака свариваются между собой. Обязательно нужно дополнительно укрепить изделие при помощи резьбового соединения.
  5. На стене монтируется испаритель.
  6. На следующем этапе работы производится окончательный монтаж устройства. Он предусматривает пайку медной трубы и закачку фреона. Все эти операции следует выполнять только при наличии опыта подобной работы. В противном случае необходимо обратиться к квалифицированному специалисту. Такие меры предосторожности помогут избежать поломки теплового насоса и снизят риск получения какой-либо травмы.
  7. Готовая конструкция подключается к системе отопления, которая располагается внутри жилого помещения.
  8. Затем монтируется наружный контур. Для каждого вида устройства соблюдается определённый порядок действий.
  9. Прибор тестируется и подготавливается к работе.

После завершения монтажа теплового насоса, его обязательно тестируют, а уже потом вводят в эксплуатацию

Перед его пуском обязательно нужно проверить состояние проводки в доме или квартире. При обнаружении каких-либо проблем необходимо их устранить. Сделать это можно самостоятельно или с помощью опытного электрика.

Тепловой насос — это очень полезное устройство, которое позволяет не только сэкономить большое количество денежных средств, но и уберечь окружающую среду от негативного воздействия. При правильном подходе к делу и соблюдении всех рекомендаций профессионалов можно максимально быстро выполнить монтаж оборудования и начать пользоваться прибором.

Плюсы и минусы тепловых насосов — грунтового, водяного, воздушного

Плюсы и минусы тепловых насосов – вот что интересует многих. Действительно, если вы решили организовать с помощью такого оборудования отопления дома и ГВС, необходимо знать всю правду о нем. В противном случае, велик риск обжечься.

Тепловые насосы набирают популярность благодаря экономичности и экологичности. Их часто используют для отопления дома, так как принцип работы теплового насоса позволяет получать больше тепла, чем потреблять электроэнергии. В этой публикации мы рассмотрим их позитивные и негативные стороны.

Виды тепловых насосов

В зависимости от среды, из которой черпается тепловая энергия, все тепловые насосы можно разделить на три категории:

  • Грунтовые (геотермальные) – получают тепло из земли и грунтовых вод;
  • Водяные – работают за счет тепла, накопленного в водоемах;
  • Воздушные – извлекают тепловую энергию из воздуха в окружающей среде.

Каждый вид можно разделить на отдельные типы, такие как грунт-вода, грунт-воздух, воздух-вода, воздух-воздух, вода-вода и вода-воздух. Из названия следует, откуда будет получать энергию и что будет нагревать тепловой насос.

Существуют более экзотические типы, такие как фреон-вода, лед-вода и абсорбционные. Но они не распространены, их не применяют для отопления жилья.

Особенности работы

В отличие от котлов, конвекторов и других типов нагревателей, тепловой насос не производит тепло. Он переносит его из одной среды в другую. К примеру, тепловой насос воздух-вода охлаждает воздух за пределами здания и нагревает воду в бойлере. Благодаря этому можно добиться эффективности более 100%.

Тепловой насос потребляет электроэнергию и генерирует тепло. Соотношение этих показателей характеризует его производительность. Но реальный КПД теплового насоса может существенно колебаться. Чем меньше температура на входе и выше на выходе, тем ниже эффективность.

Экономия от теплового насоса

Противники тепловых насосов часто говорят, что они имеют большой срок окупаемости, но при этом не учитывают трех фактов:

  1. Стоимость топлива постоянно дорожает, будь то уголь, дрова или газ;
  2. Цена подключения к газу часто гораздо выше, чем цена теплового насоса и его установки;
  3. Тепловой насос имеет большой срок эксплуатации.

То, что отапливать тепловым насосом выгоднее чем электричеством – это факт. Но насколько велика эта выгода? Однозначного ответа на этот вопрос нет. Правда о тепловых насосах такова – в каждом конкретном случае не обойтись без расчетов. В некоторых случаях могут перевесить недостатки тепловых насосов, а в других – преимущества.

Чтобы просчитать нюансы нужно знать:

  1. Какое обслуживание нужно в процессе эксплуатации;
  2. Сколько лет в среднем работает выбранная модель;
  3. Какое количество теплоты потребуется для обогрева квадратного метра (а в некоторых случаях – кубического метра).

Если использовать твердое топливо или газ – стоит учитывать их стоимость и цену оборудования (газового котла, печи, камина и т.д.). Чтобы адекватно оценить минусы и плюсы тепловых насосов нельзя забывать о цене монтажа и подключения.

Практика показывает, что средняя экономия при использовании теплового насоса грунт-вода и использовании теплых полов составляет 400-700% по сравнению с электрическими теплыми полами. Некоторые модели позволяют сократить сезонные затраты на отопление в 10 раз.

Плюсы и минусы

Рассмотрим по отдельности три вида, которые чаще используют для отопления коттеджей, домов, дач и вообще любого частного жилья.

Воздушный тепловой насос: плюсы и минусы

Стоимость воздушных тепловых насосов ниже чем у других типов за счет простоты конструкции. По сути, это кондиционер, но имеющий высокую надежность, производительность и способный работать при экстремально низких и высоких температурах. Монтаж теплового насоса прост и не требует проведения сложных работ.

Чем холоднее на улице, тем ниже эффективность (КПД). При очень низких температурах (в зависимости от модели и производителя) перестает вырабатывать тепло. Есть модели, способные работать и при -35, но они слишком дороги.

Тепловой насос воздух-воздух, это тот же кондиционер. Но его стоимость выше, ведь он нормально функционирует при низких температурах. Например, средней руки кондиционер не будет эффективно работать на обогрев при 0 градусов, а тепловой насос сможет не только обогревать помещение, но и позволит сэкономить.

Еще одно отличие – воздушный теплонасос имеет большую производительность и лучший КПД, чем любой из кондиционеров.

Существуют модели тепловых насосов воздух-воздух, способные работать на охлаждение. Установка такой техники поможет сэкономить на кондиционере.

Внутренний блок воздушного теплового насоса очень похож на внутренний блок кондиционера.

Водяные тепловые насосы: за и против

Температура в водоеме стабильная на протяжении года, поэтому эффективность работы не зависит от погодных условий. Для отбора термальной энергии из озера, пруда или реки нужно укладывать трубопровод (поле), но это несложный процесс.

За счет погружаемого в воду поля и прокладки магистрали между ним и испарителем стоимость оборудования и монтажа удорожается. Чем дальше от теплового насоса находится водоем, тем выше энергопотери и ниже КПД.

И, конечно, основной минус – необходимо наличие водоема.

Не каждый водоем может быть использован в качестве источника тепла для теплового насоса вода-вода или вода-воздух. Если объем воды небольшой, то она будет переохлаждаться и на трубопроводах образуется наледь. Она будет своеобразной «шубой», которая не позволит эффективно получать тепло.

Идеальный вариант – устанавливать поле в проточной воде, тогда можно не беспокоиться о температуре. Но не у всех есть река рядом с домом или дачей.

Идеальное месть для установки водяного теплового насоса

Плюсы и минусы тепловых насосов грунтового типа

На уровне ниже 1-1,5 метра под поверхностью земли температура не меняется на протяжении года. Поэтому производительность оборудования не зависит от того, лето на дворе или зима. На глубине почва прогрета лучше, чем в водоемах зимой, поэтому КПД грунтовых тепловых насосов выше, чем водяных.

Для прокладки труб нужно бурить скважины, либо укладывать трубопровод горизонтально. Это существенно удорожает процесс монтажа по сравнению с водяными тепловыми насосами. Что касается стоимости оборудования – она сравнима с последними.

Большую опасность для грунтового теплового насоса представляет неправильный расчет мощности. Если потребление тепла из земли будет высоким, а площадь поля или глубина и количество скважин – небольшими, почва начнет промерзать. Так как в грунте содержится влага, она образует ледяной кокон и доступ тепла прекратится.

Процесс эксплуатации грунтовых установок отличается в каждом отдельном случае. Геотермальный тепловой имеет свои насос за и против в зависимости от многих факторов, таких как:

  • Тип установки теплообменника;
  • Мощность теплового насоса;
  • Необходимая температура теплоносителя или воды;
  • Требуемая тепловая мощность;
  • Сложность грунтов;
  • Близость грунтовых вод;
  • Климат региона.

Так происходит укладка горизонтального поля для грунтового теплового насоса.

Система отопления на основе теплового насоса

Произведенную тепловым насосом тепловую энергию можно использовать как угодно. Как правило, такое оборудование используют для нагрева воды, которая далее идет на нужды горячего водоснабжения (кухня, ванная, баня) и на отопление.

Практика показывает, что лучше использовать теплый пол, чем отопление с помощью радиаторов. Кроме того, что это мягкое тепло и не требует подогрева воды до высокой температуры, есть третья, и немаловажная с точки зрения экономии.

Чем ниже температура воды, которую нужно нагреть, тем выше КПД любого теплового насоса. Если для радиаторов вода должна быть прогрета до 50-55 градусов, то для теплых полов – 30-35 градусов. Даже если температура воды на входе составляет 1-2 градуса, то разница в КПД составит около 30%.

Тепловые насосы для дома: особенности технологии, сфера применения и стоимость оборудования

Земля – источник неисчерпаемой тепловой энергии, применение которой в быту экологично и экономно.

Нашим подписчикам — скидки на товары для отопления и водоснабжения.

Источником тепла для насосов типа “рассол/вода” является постоянно положительная температура земли.

Источником тепла для насосов типа “вода / вода” являются грунтовые воды.

Покупка и заказ монтажа тепловых насосов у официального диллера имеет ряд преимуществ:

+ 7 (495) 369-37-99
(круглосуточно)

Тепловые насосы успешно используются в быту и промышленности в Европе и США уже более 25 лет. Их особенность состоит в преобразовании так называемого низкопотенциального тепла окружающей среды: земли, воды, воздуха. На российском рынке эта экологичная технология получила распространение сравнительно недавно.

Экспериментальные поселки, которые отапливались при помощи тепловых насосов, существовали еще в Советском Союзе. То, что было смелым экспериментом в двадцатом веке, в двадцать первом – вошло в практику.

Устройство и принцип работы бытового теплонасоса

Тепловой насос – это система, с помощью которой можно переносить тепло от менее нагретого тела к более нагретому, увеличивая температуру последнего. Тепловые насосы являются альтернативными источниками энергии, позволяющими получать дешевое тепло без вреда для окружающей среды.

Принцип работы бытового теплонасоса основан на том факте, что любое тело с температурой выше абсолютного нуля обладает запасом тепловой энергии. Этот запас прямо пропорционален массе и удельной теплоемкости тела. Если в этом контексте обратить внимание, например, на моря, океаны, подземные воды, обладающие огромной массой, можно прийти к выводу, что их грандиозные запасы тепловой энергии можно частично использовать для отопления домов без ущерба мировой экологической обстановке. «Взять» тепловую энергию какого-либо тела можно, если охладить его. Грубый расчет выделяемого при этом тепла возможен по формуле: Q = C*M*(T2 − T1), где Q − полученное тепло, C − теплоемкость, M – масса, T1 − T2 − температура, на которую было произведено охлаждение тела. Формула показывает, что при росте массы теплоносителя разница температур может быть небольшой. Например, охлаждая 1 кг теплоносителя от 1000 до 0 o С, можно получить столько же тепла, сколько даст охлаждение 1000 кг от 1 до 0 o С.

Типы тепловых насосов

По виду передачи энергии тепловые насосы бывают двух типов:

  • Компрессионные. Основные элементы установки – это компрессор, конденсатор, расширитель и испаритель. Используется цикл сжимания-расширения теплоносителя с выделением тепла. Этот тип тепловых насосов прост, высокоэффективен и наиболее популярен.
  • Абсорбционные. Это теплонасосы нового поколения, использующие в качестве рабочего тела пару абсорбент-хладон. Применение абсорбента повышает эффективность работы теплового насоса.

По источнику тепла выделяют тепловые насосы:

  • Геотермальные. Тепловая энергия берется из грунта или воды.
  • Воздушные. Тепло извлекается из атмосферы.
  • Использующие вторичное тепло. В качестве источника тепла используются воздух, вода, канализационные стоки.

По виду теплоносителя входного/выходного контура:

  • Тепловые насосы «воздух-воздух». Этот вид тепловых насосов забирает тепло у более холодного воздуха, еще больше понижая его температуру, и отдает его в отапливаемое помещение.
  • Тепловые насосы «вода-вода». Используется тепло грунтовых вод, которое передается воде для отопления и горячего водоснабжения.
  • Тепловые насосы «вода-воздух». Используются зонды или скважины для воды и воздушная система отопления.
  • Тепловые насосы «воздух-вода». Атмосферное тепло используется для водяного отопления.
  • Тепловые насосы «грунт-вода». Трубы прокладываются под землей, и по ним циркулирует вода, забирающая тепло из грунта.
  • Тепловые насосы «лед-вода». Для нагревания воды в системе отопления и горячего водоснабжения используется тепловая энергия, которая высвобождается при получении льда. Замораживание 100-200 л воды способно обеспечить обогрев среднего дома в течение часа.

Расчет эффективности тепловых насосов для отопления

Для того чтобы тепловой насос был эффективным, он должен давать тепловой энергии больше, чем потреблять электрической. Это соотношение называется коэффициентом преобразования. Коэффициент преобразования может меняться в зависимости от разницы температур входного и выходного контура. Чем холоднее снаружи, тем менее эффективна система. Для разных типов тепловых насосов коэффициент преобразования может варьироваться от 1 до 5. Для объективной оценки теплового насоса требуется дополнительный параметр годовой эффективности.

Эффективность конкретного теплового насоса будет зависеть от множества факторов, и ее расчет достаточно сложен. Дать обобщенную формулу, которая бы работала всегда, практически невозможно. Поэтому каждый конкретный случай требует обращения к экспертам, которые в зависимости от поставленной задачи и ее условий подберут необходимый тип теплового насоса и объем хладагента.

Сферы применения и степень распространения

Тепловые насосы востребованы прежде всего в случаях, когда другие способы организации системы отопления обходятся значительно дороже. Растущая распространенность тепловых насосов на производстве и в быту связана со следующими их преимуществами:

  • Экономичность. Для передачи в отопительную систему 1 кВт•ч тепловой энергии, установке требуется в среднем затратить всего 0,2-0,35 кВт•ч электроэнергии.
  • Простота эксплуатации.
  • Упрощение требований к системам вентиляции помещений, повышение уровня пожарной безопасности.
  • Возможность переключения с зимнего режима отопления на летний режим кондиционирования.
  • Компактность и бесшумность, что делает тепловой насос привлекательным для отопления частного дома.

По данным Европейской ассоциации тепловых насосов, до недавнего времени европейский рынок этого оборудования был в основном сосредоточен во Франции. В последние несколько лет рынки стали расширяться в Германии, Великобритании и Восточной Европе. По оценке Мирового энергетического комитета, уже в ближайшие пять лет доля отопления и горячего водоснабжения от тепловых насосов будет составлять в развитых странах не менее 75%.

Общий недостаток тепловых насосов – не очень высокая температура нагреваемой воды. Как правило, она составляет 50-60 o С.

Это интересно!

Впервые в Москве теплонасосная система горячего водоснабжения для многоэтажного дома была сдана в эксплуатацию в микрорайоне Никулино-2 в 2002 г. Проект был реализован при участии Министерства обороны РФ.

Стоимость оборудования

Традиционное решение для частных домов и коттеджей – газовое отопление. Однако вариант теплового насоса значительно выгоднее и удобнее. Чтобы установить газовый котел, требуются специальный дымоход, вентиляция, а также целый набор разрешительных документов. Применение тепловых насосов избавит вас от этих проблем и существенно сэкономит ваши средства. Чтобы провести газ в Подмосковье, потребуется около $20 000, и это в том случае, если ваш дом удален от газопровода менее, чем на 1 км, – иначе затраты вырастут в несколько раз! Помимо этого, придется учесть скорость работы отечественных газовщиков. Установка теплового насоса «под ключ» стоит от $15 000, а работы занимают всего 2-3 недели.

Из всего вышесказанного можно сделать однозначный вывод: использование тепловых насосов – это эффективное, простое в монтаже, экологичное и экономичное решение для организации отопления и горячего водоснабжения в частном доме.

Объ­ем меж­ду­на­род­но­го рын­ка теп­ло­вых на­со­сов тро­е­крат­но пре­вы­ша­ет ры­нок во­ору­же­ний и со­став­ля­ет $125 мл­рд. По про­гно­зам Ми­ро­во­го энер­ге­ти­чес­ко­го со­ве­та (World Energy Council – WEC), к 2020 го­ду 3/4 со­во­куп­но­го теп­ло­с­наб­же­ния в ми­ре бу­дет обес­пе­чи­вать­ся теп­ло­вы­ми на­со­са­ми раз­лич­ных ти­пов. Стра­ны Скан­ди­на­вии уже сей­час вы­хо­дят на эти про­гноз­ные дан­ные. В США фе­де­раль­ным за­ко­но­да­тельст­вом за­креп­ле­но обес­пе­че­ние всех но­вых об­щест­вен­ных зда­ний ис­клю­чи­тель­но теп­ло­вы­ми на­со­са­ми, а пра­ви­тельст­во Гер­ма­нии да­ти­ру­ет каж­дый ки­ло­ватт ус­та­нав­ли­ва­е­мой мощ­нос­ти теп­ло­на­сос­ных сис­тем в раз­ме­ре €200. Как вид­но из при­ве­ден­ных цифр, ры­нок теп­ло­вых на­со­сов пе­ре­жи­ва­ет на­сто­я­щий бум.

Ссылка на основную публикацию