Устройство и принцип действия тепловых насосов. Как работает тепловой насос

Первые варианты теплонасосов могли лишь частично удовлетворить потребности в тепловой энергии. Современные разновидности более эффективны и могут применяться для систем отопления. Именно поэтому смонтировать тепловой насос своими руками пытаются многие домовладельцы.

Мы расскажем, как выбрать оптимальный вариант теплового насоса с учетом гео-данных участка, на котором его планируется установить. В предложенной к рассмотрению статье подробно описан принцип действия систем использования “зеленой энергии”, перечислены отличия. С учетом наших советов вы, без сомнения, остановитесь на эффективном типе.

Для самостоятельных мастеров мы приводим технологию сборки теплового насоса. Представленную к рассмотрению информацию дополняют наглядные схемы, подборки фото и развернутый видео-инструктаж в двух частях.

Под термином тепловой насос понимается набор определенного оборудования. Основной функцией этого оборудования является сбор тепловой энергии и ее транспортировка к потребителю. Источником такой энергии может стать любое тело или среда, обладающая температурой от +1º и более градусов.

В окружающей нас среде источников низкотемпературного тепла более чем достаточно. Это промышленные отходы предприятий, тепловых и атомных электростанций, канализационные стоки и пр. Для работы тепловых насосов в сфере отопления дома нужны три самостоятельно восстанавливающихся природных источника – воздух, вода, земля.

Тепловые насосы “черпают” энергию из процессов, регулярно происходящих в окружающей среде. Течение процессов никогда не прекращается, потому источники признаны неисчерпаемыми по человеческим критериям

Три перечисленных потенциальных поставщика энергии напрямую связаны с энергией солнца, которое путем нагревания приводит в движение воздух с ветром и сообщает тепловую энергию земле. Именно выбор источника является основными критерием, согласно которому классифицируют тепловые насосные системы.

Принцип действия тепловых насосов базируется на способности тел или сред передавать тепловую энергию другому телу или среде. Получатели и поставщики энергии в тепловых насосных системах работают обычно в паре.

Так различают следующие виды тепловых насосов:

• Воздух – вода.
• Земля – вода.
• Вода – воздух.
• Вода – вода.
• Земля – воздух.
• Вода – вода
• Воздух – воздух.

При этом первое слово определяет тип среды, у которой система отбирает низкотемпературное тепло. Второе указывает на вид носителя, которому и передается эта тепловая энергия. Так, в тепловых насосах вода – вода, тепло отбирается у водной среды и в качестве теплоносителя используется жидкость.

Экономичные системы обогрева дома вытесняют традиционные виды отопления с использованием газа, твердого топлива и электричества. Воздушный тепловой насос – это одно из наиболее популярных альтернативных решений.

Среди преимуществ, можно отметить низкую, по сравнению с геотермальными установками, стоимость, возможность использования при создании новых систем отопления и реконструкции старых. Тепловой насос особенно востребован в системах «пассивный дом» – жилых помещений, сконструированных по принципу минимальных затрат тепла и внедрения энергосберегающих технологий.

Что такое воздушный теплонасос

Простейший тепловой насос был спроектирован еще в 1852 году и получил название «умножитель тепла». Лорд Кельвин открыл основополагающие принципы действия, которые легли в основу всего современного отопительного оборудования.

Согласно законам физики, тепло передается от нагретого тела к тому, что имеет меньшую температуру. Но, возможен обратный процесс, при условии использования для этого дополнительной энергии.

Немного позже был открыт принцип обратного цикла Карно. Вещество, при испарении, поглощает тепло, а после конденсации на поверхности, отдает его. Именно этот закон лежит в основе холодильников и кондиционеров. Низкотемпературный воздушный теплонасос работает как эти бытовые приборы, только в «обратную сторону».

Некоторые производители кондиционеров используют этот принцип, предлагая потребителю кондиционеры, способные работать на обогрев помещения. Но системы кондиционирования имеют низкий КПД при отрицательных температурах, так как основным предназначением техники является охлаждение, а не нагрев.

Низкотемпературные воздушные тепловые насосы для отопления дома, работают, используя этот физический закон. Как отопление осуществляется на практике?

• Любое, даже охлажденное тело, имеет высоко или низко потенциальную энергию. Даже при отрицательной температуре, в воздухе содержится определенное количество тепла. При -15°С, теплее, чем при -25°С. При -5°С, еще больше тепла находится в воздухе. Принцип работы воздушного теплового насоса позволяет извлечь то небольшое количество тепловой энергии, которое остается в зимнее время года и передать его в помещение.
• В наружном блоке, установленном на улице, расположен змеевик с испарителем. Внутри контура циркулирует фреон – жидкость, которая свободно переходит в газообразное состояние и обратно. Фреон испаряют, при этом поглощается то тепло, которое остается даже при отрицательных температурах.
• Газ поступает в компрессор. В компрессоре создается высокое давление и условия для преобразования фреона обратно в жидкость.
• Под давлением, фреон разогревается и поступает в конденсатор. В блоке газ окончательно становится жидкостью, отдав при этом все тепло, которое получил во внешнем блоке, установленном на улице.
• Фреон, по замкнутому контуру, обратно возвращается в испаритель.

Существует зависимость тепловой мощности воздушно-водяного теплового насоса от температуры наружного воздуха. По этой причине, производители предусматривают подключение к тепловому насосу дополнительного отопительного оборудования, которое компенсирует недостатки тепловой энергии при падении наружной температуры ниже -15°С. Работа в условиях холода продолжается, хотя и с меньшей эффективностью.

Существует несколько типов воздушных теплонасосов, отличающихся по принципу, используемому для обогрева помещений.

Тепловые воздушно-водяные насосы

Бытовые системы теплоснабжения и ГВС, на базе воздушных теплонасосов, очень эффективны для применения в умеренных широтах РФ. Средний СОР (коэффициент преобразования) 3. Получается, что на каждый потраченный 1кВт, приходится 3 кВт продуцируемой тепловой энергии.

Принцип работы такой же, как и в насосах других модификаций, но с определенными отличиями:

• Конденсатор располагают внутри бойлера накопителя, соединенного с системой отопления и ГВС.
• Тепло, выделяемое при конденсации фреона, используется для косвенного нагрева теплоносителя.
• С помощью , нагретый теплоноситель поступает в систему ГВС и отопление.

Интенсивность нагрева теплоносителя варьируется от +30°С до +60°С. При температуре ниже -15°С, включается комбинированное теплоснабжение с воздушным теплонасосом, что незаменимо в условиях холодного климата. Недостаток тепла компенсирует любой котел (электричество, газ, дрова).

Так как монтаж наружного блока осуществляется на улице, дополнительным преимуществом будет наличие функции антизамерзания или оттаивания.

Теплонасосы воздушного отопления

Теплонасосы воздушного отопления используются для обогрева отдельных помещений. Принцип работы во многом напоминает тот, что использует тепловентилятор, только функцию греющей спирали играет конденсатор.

Корпус внутреннего блока теплонасоса похож на кондиционер и также может работать на воздушное отопление и охлаждение.

Потребителю предлагаются различные решения вопроса обогрева:

1. Установка отдельных независимых обогревателей.
2. Монтаж нескольких теплонасосов, объединенных в единую сеть.

Теплонасосы, отапливающие помещение посредством теплого воздуха, имеют следующие преимущества:

• Максимальный КПД – отсутствие необходимости в предварительном нагреве теплоносителя приводит к более экономичному расходу электроэнергии. Воздух нагревается всего до температуры 20-40°С, а это в свою очередь обеспечивает больший коэффициент СОР, равный 4.
• Быстрый прогрев здания – теплый воздух начинает поступать в помещение через несколько секунд после включения.
• Универсальность – оборудование можно использовать летом как кондиционер. В базовой комплектации предусмотрена функция охлаждения помещения.

При достижении критичной для работы отрицательной температуры, происходит автоматическое включение резервного источника тепла при использовании воздушного ТН. Таким образом, удается компенсировать недостаток тепловой энергии.

В чем отличие кондиционера и воздушного ТН

Действительно, теплоснабжение помещений воздушными тепловыми насосами в условиях холодного климата во многом напоминает обогрев с помощью обычных кондиционеров. Используются внутренние и внешние блоки, схожего строения. Даже во внутреннем устройстве много похожего. Разница заключается в том, что воздушные ТН внутреннего размещения более эффективны при нагреве, чем при охлаждении, а кондиционеры, наоборот.

Почувствовать отличие можно, сравнив некоторые характеристики оборудования. Кондиционер перестает работать на обогрев уже при температуре около -5°С. Рабочий режим тепловых насосов от -25°С до +45°С.

Так как существует тенденция к совершенствованию воздушных теплонасосов для «пассивных» домов, скоро, для широкого круга потребителя станут доступны модели оборудования, способные сохранять работоспособность при падении температуры до -32°С.

Отличие воздушного ТН от кондиционера заключается в разных технических характеристиках, хотя между ними много похожего.

Как подобрать воздушный теплонасос

Выбор воздушного ТН не настолько сложен, как может показаться с первого взгляда. При подборе подходящей модели, следует ориентироваться на следующие параметры:

1. Тип обогрева.
2. Отапливаемая площадь.
3. Производитель.

Дополнительно определяют, какой вид котла будет использоваться в качестве резервного источника тепла. Как показывает практика, наиболее популярным остается воздушное отопление с подключением электрического котла, что позволяет полностью обойтись без газа.

Какой марки выбрать теплонасос воздушного типа

Если проанализировать отзывы о воздушных тепловых насосах, достаточно легко определить производителей оборудования, пользующихся наибольшим спросом у отечественного потребителя:

• Stiebel Eltron – немецкая компания, начавшая свой путь с изобретения кипятильника. Со временем, ассортимент продукции постоянно расширялся. На сегодняшний день, Stiebel Eltron является лидером в производстве водонагревательной и отопительной техники. Компания предлагает два вида тепловых насосов: геотермальные и воздушные, работающие на нагрев теплоносителя и воздуха.
• – еще один немецкий производитель, имеющий более 30 летний опыт в производстве воздушных насосов. Наибольшей похвалы заслуживают станции Viessmann, подключающиеся к водяному контуру отопления. В качестве достоинств – наличие погодозависимых датчиков управления и множество дополнительных функций, доступных в базовой комплектации.
• Mitsubishi – японская корпорация, впервые использовавшая технологию Zubadan. Решение позволило увеличить СОР (являющийся самым высоким среди аналогичного оборудования) и расширить сферы применения. Компания Mitsubishi одна из первых предложила потребителю кондиционеры, работающие на нагрев и воздушные тепловые насосы. Постоянно внедряются новые технологии увеличивающие сферу применения продукции.
• – компания разработала целую серию экономичного оборудования geoTHERM. В ассортименте представлено оборудование, извлекающее тепло из земли, воды, воздуха и солнечных лучей. Продукция Vaillant максимально адаптирована для использования в условиях РФ.

Стоимость воздушного ТН с установкой

Дороже всего стоят тепловые насосы, обогревающие помещение посредством теплоносителя. Оборудование обойдется приблизительно от 80 тыс. руб. (производительность 4,5 кВт), до 800 тыс. руб. (18.5 кВт). Тепловые насосы воздушного обогрева, обойдутся от 50 тыс. руб. (на 4 кВт) до 120 тыс. руб. (на 8 кВт).

Стоимость монтажа воздушного ТН рассчитывается индивидуально, исходя из технических параметров помещения и других факторов.

Срок службы оборудования составляет не менее 20 лет. Установленное оборудование самоокупается уже через 3-5 отопительных сезонов, в зависимости от интенсивности эксплуатации.

Плюсы и минусы использования воздушных теплонасосов

Буквально 5 лет назад, отечественный потребитель практически не имел опыта отопления зданий зимой с помощью воздушных тепловых насосов. Приходилось довольствоваться высказываниями и исключительно положительными комментариями, расположенными на сайтах различных производителей техники, что не давало ясное представление о возможностях оборудования. С тех пор появился определенный опыт использования, позволивший выявить не только преимущества, но и недостатки воздушных ТН.

Преимущества

• Преимущества эксплуатации воздушно-водяных тепловых насосов – главным достоинством является полная независимость от газового отопления. В некоторых регионах РФ, только подведение трубопровода к дому, обходится дороже, чем покупка и монтаж теплового насоса. Не требуются разрешения на ввод в эксплуатацию.
• Системы предназначены для установки в условиях «пассивного дома». Следовательно, изначально сконструированы для экономного отопления дома и нагрева горячей воды. На 1 кВт потраченной электроэнергии, выработка тепла составляет 3-5 кВт. Простой расчет затрат при применении теплового насоса покажет, что в течение 3-5 лет достигается полная окупаемость оборудования.
• Работа насоса не влияет негативно на здоровье человека. Для обеспечения гигиенических условий, в системах, использующих принцип нагрева воздуха, достаточно время от времени чистить фильтры.

Недостатки

• Высокая стоимость оборудования – система, с мощностью, достаточной для обогрева жилого дома, обойдется в 800-1200 тыс. руб., что является неподъемной суммой для большинства покупателей.
• Зависимость от температуры окружающей среды. Особенности автономного отопления дома воздушным тепловым насосом напрямую связаны с общим объемом получаемой тепловой энергии. Чем ниже температура на улице, тем хуже работает насос. Начиная с -15°С, придется подключать резервный источник тепла.
  Если учесть, что на большинстве территорий РФ средний температурный режим выше, то становится понятным целесообразность данной установки. Оптимальные климатические зоны для использования воздушных отопительных тепловых насосов – это части России с умеренным климатом и средней температурой в зимний период не менее -15°С.

Если сравнивать воздушные ТН и газовое отопление, особенно с учетом того, что последние модели насосного оборудования способны сохранять работоспособность при -32°С, становится очевидным преимущество первых. Теплонасосы экономичны, не нуждаются в разрешении на эксплуатацию, монтируются в течение 1 дня и имеют более высокий КПД, чем газовое оборудование.

В последнее время, производители несколько снизили стоимость тепловых установок, что позволило еще большему количеству покупателей оценить достоинство станций. Если тенденция будет продолжаться, можно ожидать увеличенного спроса на теплонасосы.

Тепловой насос представляет собой устройство, позволяющее переносить тепловую энергию от менее нагретого тела к более нагретому телу, увеличивая его температуру. В последние годы тепловые насосы пользуются повышенным спросом как источник альтернативной тепловой энергии, позволяющий получать действительно дешевое тепло, не загрязняя при этом окружающей среды.

Сегодня их выпускают многие производители теплотехнического оборудования, а общая тенденция такова, что в ближайшие годы именно тепловые насосы займут лидирующие позиции в ряду отопительного оборудования.

Как правило, тепловые насосы используют тепло подземных вод , температура которых круглый год находится приблизительно на одном уровне и составляет +10С, тепло окружающей среды или водоемов.

Принцип их работы основывается на том, что любое тело, имеющее температуру выше значения абсолютного нуля, обладает запасом тепловой энергии, прямо пропорциональным его массе и удельной теплоемкости. Понятно, что моря, океаны, а также подземные воды, масса которых велика, обладают грандиозным запасом тепловой энергии, частичное использование которой на отоплении жилища никак не сказывается на их температуре и на экологической обстановке на планете.

«Забрать» тепловую энергию от какого-либо тела можно только охладив его. Количество выделенного при этом тепла (в примитивном виде) можно рассчитать по формуле

Q=CM(T2-T1) , где

Q - полученное тепло

C -теплоемкость

M - масса

T1 T2 - разность температур, на которую было произведено охлаждение тела

Из формулы видно, что при охлаждении одного килограмма теплоносителя от 1000 градусов до 0 градусов может быть получено такое же количество тепла, что и при охлаждении 1000кг теплоносителя от 1С до 0С.

Главное, суметь использовать тепловую энергию и направить ее на отопление жилых домов и производственных помещений.

Идея использования тепловой энергии менее нагретых тел возникла еще в середине 19 столетия, а ее авторство принадлежит знаменитому ученому того времени лорду Кельвину. Однако далее общей идеи дело у него не продвинулось. Первый проект теплового насоса был предложен в 1855 году и принадлежал он Петеру Риттеру фор Риттенгеру. Но и он не получил поддержки и не нашел практического применения.

«Второе рождение» теплового насоса относится к середине сороковых годов прошлого столетия, когда широкое распространение получили обычные бытовые холодильники. Именно они натолкнули швейцарца Роберта Вебера на идею использовать тепло, выделяемое морозильной камерой, для нагрева воды для хозяйственных нужд.

Полученный эффект оказался ошеломляющим: количество тепла оказалось столь велико, что его хватило не только для горячего водоснабжения, но и подогрева воды для отопления. Правда, при этом пришлось порядком потрудиться и придумать систему теплообменников, позволяющую утилизировать выделяемую холодильником тепловую энергию.

Однако вначале изобретение Роберта Вебера рассматривалось как забавная идея, и воспринималась подобно идеям из современной знаменитой рубрики «Очумелые ручки». Настоящий интерес к нему возник намного позже, когда действительно остро встал вопрос поиска альтернативных источников энергии. Вот тогда идея теплового насоса получила свое современное очертание и практическое применение.

Современные тепловые насосы можно классифицировать в зависимости от источника низкотемпературного тепла, которым может быть грунт, вода (в открытом или в подземном водоеме), а также наружный воздух.

Полученная тепловая энергия может передаваться воде и использоваться для устройства водяного отопления, и горячего водоснабжения, а также воздуху, и применяться для отопления и кондиционирования. Учитывая это, тепловые насосы делят на 6 видов:

• От грунта к воде (грунт-вода)
• От грунта к воздуху (грунт-воздух)
• От воды к воде (вода-вода)
• От воды к воздуху (вода-воздух)
• От воздуха к воде (воздух-вода)
• От воздуха к воздуху (воздух-воздух)

Каждый вид тепловых насосов имеет свои характерные особенности установки и эксплуатации.

Способ установки и особенности эксплуатации теплового насоса ГРУНТ-ВОДА

• Грунт универсальный поставщик низкотемпературной тепловой энергии

Грунт обладает колоссальным запасом низкотемпературной тепловой энергии. Именно земная кора постоянно аккумулирует солнечное тепло и при этом подогревается изнутри, от ядра планеты. В результате на глубине нескольких метров грунт всегда имеет положительную температуру. Как правило, в центральной части России речь идет о 150-170 см. Именно на этой глубине температура грунта имеет положительное значение и не опускается ниже 7-8 С.

Еще одна особенность грунта состоит в том, что даже при сильных морозах он промерзает постепенно. В результате минимальная температура грунта на глубине 150 см наблюдается тогда, когда на поверхности уже наступает календарная весна и потребность в тепле для отопления снижается.

Это значит, что для того, чтобы «отобрать» тепло у грунта в центральном районе России, теплообменники для аккумуляции тепловой энергии необходимо расположить на глубине ниже 150 см.

В этом случае теплоноситель, циркулирующий в системе теплового насоса, проходя по теплообменникам, будет нагреваться за счет тепла грунта, затем, поступая в испаритель, передавать тепло воде, циркулирующей в системе отопления, и возвращаться за новой порцией тепловой энергии.

• Что может использоваться в качестве теплоносителя

В качестве теплоносителя в тепловых насосах типа грунт-вода чаще всего используют так называемый «рассол». Его готовят из воды и этиленгликоля или пропиленгликоля. В некоторых системах используют фреон, что в значительной степени усложняет конструкцию теплового насоса и приводит к повышению его стоимости. Дело в том, что теплообменник насоса этого вида должен иметь большую площадь теплообмена, следовательно, и внутренний объем, что требует соответствующего количества теплоносителя.

Использование фреона хоть и повышает эффективность работы теплового насоса, но при этом требует абсолютной герметичности системы и ее устойчивости к повышенному давлению.

Для систем с «рассолом» теплообменники обычно делают из полимерных труб, чаще всего полиэтиленовых, диаметром от40-60мм. Теплообменники имеют вид горизонтальных или вертикальных коллекторов.

Представляет собой трубу, уложенную в грунт на глубине ниже 170 см. Для этого можно использовать любой незастроенный участок земли. Для удобства и увеличения площади теплообмена трубу укладывают зигзагом, петлями, спиралью и т.д. В дальнейшем этот участок земли можно использовать под газон, клумбу или огород. Следует отметить, что теплообмен между грунтом и коллектором идет лучше во влажной среде. Поэтому поверхность грунта можно смело поливать и удобрять.

Считается, что в среднем 1м2 грунта дает от 10 до 40 Вт тепловой энергии. В зависимости от потребности в тепловой энергии, петель коллектора может быть любое количество.

Вертикальный коллектор представляет собой систему труб, установленных в земле вертикально. Для этого бурятся скважины на глубину от нескольких метром до десятков, а то и сотен метров. Чаще всего вертикальный коллектор находится в тесном контакте с подземными водами, но это не является необходимым условием для его эксплуатации. То есть, вертикально установленный подземный коллектор может быть «сухим».

Вертикальный коллектор, так же, как и горизонтальный, может иметь практически любую конструкцию. Наибольшее распространение получили системы типа «труба в трубе» и «петли», по которым рассол подается насосом вниз и им же поднимается обратно к испарителю.

Следует отметить, что вертикальные коллекторы наиболее производительны. Объясняется это их расположением на большой глубине, где температура практически всегда находится на одном уровне и составляет 1-12 С. При их использовании с 1м2 можно получить от 30 до 100 Вт мощности. При необходимости количество скважин можно увеличивать.

Для улучшения процесс теплообмена между трубой и грунтом пространство между ними заливают бетоном.

• Достоинства и недостатки тепловых насосов типа «грунт-вода»

Монтаж теплового насоса типа «грунт-вода» требует значительных финансовых вложений, но его эксплуатация позволяет получать практически бесплатную тепловую энергию. При этом не причиняется никакого ущерба окружающей среде.

Среди достоинств теплового насоса этого типа следует отметить:

• Долговечность: может работать несколько десятилетий подряд без ремонта и технического обслуживания
• Простоту эксплуатации
• Возможность использования участка земли для земледелия
• Быструю окупаемость: при отоплении помещений значительной площади, например от 300 м2 и выше, насос окупается за 3-5 лет.

Учитывая то, что установка теплообменника в грунт представляет собой сложные агротехнические работы, выполнять их следует обязательно с предварительной разработкой проекта.

Как работает тепловой насос

Тепловой насос состоит из следующих элементов:

• Компрессора, работающего от обычной электрической сети
• Испарителя
• Конденсатора
• Капилляра
• Терморегулятора
• Рабочего тела или хладагента, на роль которого в наибольшей степени подходит фреон

Принцип действия теплового насоса можно описать с помощью хорошо известного из школьного курса физики «Цикла Карно».

Поступающий в испаритель по капилляру газ (фреон) расширяется, его давление уменьшается, что приводит к его последующему испарению, при котором он, соприкасаясь со стенками испарителя, активно забирает у них тепло. Температура стенок снижается, что создает разницу температур между ними и массой, в которой находится тепловой насос. Как правило, это подземные воды, морская вода, озеро или масса земли. Не трудно догадаться, что при этом начинается процесс передачи тепловой энергии от более нагретого тела к менее нагретому телу, которым в данном случае, являются стенки испарителя. На данном этапе работы тепловой насос «выкачивает» тепло из среды теплоносителя.

На следующем этапе хладагент всасывается компрессором, затем сжимается и под давлением подается в конденсатор. В процессе сжатия его температура возрастает и может составлять от 80 до 120 С, что более чем достаточно для отопления и горячего водоснабжения жилого дома. В конденсаторе хладагент отдает свой запас тепловой энергии, остывает, переходит в жидкое состояние, а затем и поступает в капилляр. Затем процесс повторяется.

Для управления работой теплового насоса используется терморегулятор, с помощью которого прекращается подача электроэнергии в систему при достижении в помещении заданной температуры и возобновление работы насоса при снижении температуры ниже заранее определенного значения.

Тепловой насос можно использовать в качестве источника тепловой энергии и устраивать с ним системы отопления, аналогичные системам отопления на основе котла или печи. Пример такой системы приведен на схеме выше.

Следует отметить, что работа теплового насоса возможна только при подключении его к источнику электрической энергии. При этом может ошибочно возникнуть мнение, что вся система отопления основа на использовании именно электрической энергии. В действительности, для передачи в систему отопления 1кВт тепловой энергии необходимо затратить приблизительно 0,2-0,3 кВт электрической энергии.

Преимущества теплового насоса

Среди преимуществ теплового насоса следует выделить:

• Высокую эффективность
• Возможность переключения с режима отопления на режим кондиционирования и его последующее использование летом для охлаждения помещений
• Возможность использования эффективной системы автоматического контроля
• Экологическую безопасность
• Компактность(размер не более бытового холодильника)
• Бесшумность работы
• Пожарную безопасность, что особенно важно для обогрева загородных домов

Среди недостатков теплового насоса следует отметить его высокую стоимость и сложность монтажа .

Простым языком, принцип работы теплового насоса близок к бытовому холодильнику — берет тепловую энергию у источника тепла и передает его в систему отопления. Источником тепла для насоса может быть грунт, скальная порода, атмосферный воздух, вода из разных источников (реки, ручьи, грунтовки, озера).

Типы тепловых насосов классифицируют по источнику тепла:

• воздух-воздух;
• вода-воздух;
• вода-вода;
• грунт-вода (земля-вода);
• лед-вода (редко).

Обогрев, кондиционирование и ГВС — все это может обеспечить тепловой насос. Для обеспечения всего этого ему не нужно горючее. Электричество, идущее на поддержание работы насоса, составляет примерно 1/4 от потребления другими видами отопления.

Компоненты системы отопления на тепловом насосе

Компрессор — сердце системы отопления на тепловом насосе. Он концентрирует рассеянное низкопотенциальное тепло, повышая его температуру за счет сжатия, и передает теплоносителю в систему. При этом электроэнергия тратится исключительно на сжатие и перенос тепловой энергии, а не на нагрев теплоносителя — воды или воздуха. По усредненным подсчетам, на 10 кВт тепла тратится до 2,5 кВт электричества.

Накопительный бак для горячей воды (для инверторных систем). Аккумулирующий бак накапливает воду, выравнивающую тепловые нагрузки отопительной системы и ГВС.

Хладагент . Так называемое рабочее тело, находящееся под низким давлением и кипящее при низких температурах, поглотитель низкопотенциальной энергии источника тепла. Это газ, циркулирующий в системе (фреон, аммиак).

Испаритель , обеспечивающий отбор и передачу тепловой энергии насосу из низкотемпературного источника.

Конденсатор , передающий тепло от хладагента воде или воздуху в системе.
Терморегулятор.

Первичный и вторичный грунтовый контур . Передающая тепло от источника к насосу и от насоса в домашнее отопление циркуляционная система. Первичный контур состоит из: испарителя, насоса, труб. Вторичный контур включает в себя: конденсатор, насос, трубопровод.

Тепловой насос воздух-вода 5-28 кВт

Тепловой насос воздух-вода на отопление и ГВС 12-20 кВт

Принцип работы теплового насоса заключается в поглощении и последующем выделении тепловой энергии в процессе испарения и конденсации жидкости а так же в смене давления и последующем изменении температуры конденсации и испарения.

Тепловой насос изменяет движение тепла — заставляет двигаться в обратном направлении. То есть ТН тот же гидравлический, перекачивающий жидкости снизу-вверх, вопреки природному движению сверху-вниз.

Хладагент подвергается сжатию в компрессоре и передается конденсатору. Высокое давление и температура конденсирует газ (фреон чеще всего), тепло передается теплоносителю в систему. Процесс повторяется, когда хладагент проходит испаритель снова — давление снижается и запускается процесс низкотемпературного кипения.

В зависимости от источника низкопотенциального тепла, каждый вид насосов имеет свои нюансы.

Особенности тепловых насосов в зависимости от источника тепла

Тепловой насос воздух-вода зависит от температуры воздуха, которая не должна опускаться ниже +5°С за бортом, а заявленный коефициент преобразования теплоты СОР 3,5-6 реально получить только при 10°С и выше. Насосы такого типа инсталлируются на участке, в самом продуваем месте, устанавливают и на крышах. Примерно то же можно сказать о насосах «воздух-воздух».

Тип насоса «грунт-вода»

Насос «грунт-вода» или геотермальный тепловой насос совершает забор тепловой энергии из грунта. Земля имеет температуру от 4°С до 12°С, всегда стабильных на глубине 1,2 -1,5 м.

Размещать горизонтальный коллектор нужно на участке, площадь зависит от температур грунта и размера отапливаемой площади, над системой кроме травки ничего сажать и размещать нельзя. Есть вариант вертикального коллектора со скважиной до 150 м. Промежуточный теплоноситель церкулирует по трубам, проложенным в грунте и прогревается до 4°С, охлаждая почву. В свою очередь, грунт должен восполнить потери тепла, а это значит, что для эффективной работы ТН нужны сотни метров труб по участку.

Тепловой насос «вода-вода»

Тепловой насос «вода-вода» работает на низкопотенциальном тепле рек, ручьев, сточных водах и грунтовках. Вода более теплоемкая, нежели воздух, но в охлаждении грунтовых вод есть свои нюансы — нельзя охлаждать до замерзания, вода должна свободно дренировать в грунт.

Нужно иметь стопроцентную уверенность, что за сутки получится беспрепятственно пропустить сквозь себя десятки тонн воды. Эта проблема часто решается сбросом охлажденной воды в ближайший водоем, с тем лишь условием, что водоем у вас за забором, иначе такое отопление выливается в миллионы. Если до проточного водоема десяток метров, то отопление тепловым насосом «вода-вода» будет самым эффективным.

Тепловой насос «лед-вода»

Тепловой насос «лед-вода» достаточно экзотический тип насосов, требующий доработки теплообменника — насос воздух-вода переделывается под охлаждение воды и отводит лед.

За отопительный сезон накапливается около 250 тонн льда, которые можно складировать (такой обьем льда может наполнить средний бассейн). Этот тип тепловых насосов хорош для наших зим. 330 Кдж/кг — столько тепла выделяет вода в процессе замерзания. В свою очередь, остывание воды на 1°С дает в 80 раз меньше тепла. Норма отопления 36000 Кдж/ч получается из заморозки 120 литров воды. На этом тепле можно построить систему отопления тепловым насосом лед-вода. Пока информации по данному типу насосов очень мало, буду искать.

Плюсы и минусы тепловых насосов

Не хочется мне тут разглагольствовать по поводу «зеленой» энергии и экологичности, так как цена на всю систему оказывается заоблачной и тут в последнюю очередь задумываешься об озоновом слое. Если опустить стоимость системы отопления на тепловом насосе, то плюсы такие:

1. Безопасное отопление . Сужу по себе — когда мой газовый котел врубает горелку с хлопком, на голове каждые 15 минут появляется седой волос. Тепловой насос не использует открытого пламени, горючего топлива. Никаких запасов дров и угля.
   КПД теплового насоса около 400-500% (берет 1 кВт электроэнергии, тратит 5).
2. «Чистое» отопление без отходов сгорания, выхлопа, запаха.
3. Тихая работа при «правильном» компрессоре.

Жирный минус тепловых насосов — цена на всю систему в целом и редко встречающиеся идеальные условия для эффективной работы насоса.

Окупаемость системы отопления на основе теплового насоса может быть и 5 лет, а может и 35, и вторая цифра, к сожалению, более реальна. Это очень дорогая система на этапе внедрения и очень трудоемкая.

Кто бы что вам не рассказывал, нынче развелось кулибиных, расчетами на тепловой насос должен заниматься только специалист теплотехник, с выездом на объект.