Тепловой насос для отопления дома – принцип работы, их виды и методика расчета

Какой принцип действия имеют тепловые насосы, предназначенные для отопления дома?

Тепловой насос для отопления дома - принцип работы, их виды и методика расчета

В данной статье подробно расскажем об экологичном, безопасном и эффективном устройстве для отопления дома — тепловом насосе, рассмотрим его виды и принцип действия.

Принцип работы

Все, что нас окружает и имеет температуру выше нуля, обладает тепловой энергией, которую можно использовать для отопления. Принцип работы теплонасоса состоит в том, что это устройство забирает тепло из окружающего мира и позволяет использовать его для обогрева помещений или систем водоснабжения.

Например, при использовании геотермального насоса нужна вода, в которую он погружается или закапывается на определенную глубину в землю.

Поскольку вода и земля не могут так сильно промерзнуть, устройство будет качать тепло даже при морозной температуре.

Чтобы собирать тепло для отопления, используется принцип работы холодильника — незамерзающая жидкость, которая проведена от насоса к системе отопления или водонагрева.

Теплонасос действует сродни холодильнику – он тоже отбирает тепло у окружающей его среды. Разница в том, что теплонасос устроен так, чтобы собирать и передавать тепло в обозначенное место по трубам. После отдачи собранного тепла жидкость возвращается снова к камере, и круг начинается снова.

Эта система отопления основана на том, что у каждого предмета есть тепловая энергия – даже холодный воздух и замерзшая вода имеют тепло внутри, каким бы удивительным это ни казалось. Не содержит тепла только предмет при температуре абсолютного нуля ( -273 °С).

В нашей стране чаще всего для сбора тепловой энергии используется земля или вода, если здание расположено недалеко от водоема.

Теплонасосы способны действовать и в обратном направлении – отбирая тепло из помещения и сбрасывая его обратно. Таким образом, нагревается земля и вода, а помещение охлаждается, а теплонасос можно использовать и как систему кондиционирования. Соответственно, насос можно использовать для множества функций: обогрева и охлаждения воды, отопления помещений, крыш и дорожек и т.д.

Виды

Существует несколько разных видов насосов, которых отличает принцип теплообмена:

С открытым циклом

С его помощью забирается вода из подземного источника, проходит полный цикл и возвращается обратно в водоем на определенном расстоянии от места сбора.

У этого способа существует ряд сложностей – в первую очередь, не под каждым домом на доступной глубине можно найти подземный источник.

К тому же установка теплонасоса на большой глубине под землей требует больших расходов и высокого уровня профессионализма того, кто это делает.

Плюсом будет возможность использовать воду из источника для использования отопления в помещении и стабильная температура воды – то есть система будет одинаково эффективна и летом, и зимой. Этот способ действия никак не влияет на природный баланс воды, т.к. вода после обогрева или охлаждения дома возвращается обратно и восполняет потерю.

С закрытым циклом

В таких насосах жидкость, которая собирает тепло, проходит через открытый водоем, который в идеале должен находить на расстоянии менее 100 метров от дома. Из плюсов можно выделить сравнительно невысокую цену такой системы.

Насос закрытого цикла с вертикальным теплообменником

Этот тип насосов используют для погружения в землю на определенную глубину (в среднем от 50 до 150 метров). Глубина зависит от влажности и перепада температур каждый сезон, от которых зависит температура земли. Подбирается такой уровень грунта, который будет сохранять стабильную температуру вне зависимости от сезона.

В этой системе трубки, заполненные жидкостью для сбора тепла, расположены вертикально в земле, и чем больше глубина, тем теплее будет почва. Это самый выгодный способ экономии энергии и обогрева дома – на 1 кВт затраченной энергии вы получите 5 кВт для использования в своих нуждах. Но этот же способ имеет самые высокие цены для установки.

Воздушный

Существует еще одна разновидность теплонасосов – воздушные. Они действую как кондиционеры, только наоборот – отбирая тепло у внешнего мира (воздуха, воды, земли) и конденсируя его внутри дома.

Однако в условиях отечественной погоды не следует полагаться на их эффективность – это устройство имеет смысл устанавливать только в относительно теплых странах, где морозы – большая редкость.

Это связано с тем, что при падении температуры воздуха до +5 °С на теплообменнике снаружи замерзает конденсат, что выводит из строя всю систему.

Мощность

Мощность насоса рассчитывается индивидуально для каждой установки. Она зависит от внешних условий, сезонных перепадов температур воздуха, состава воды и прочего.

Первое, что необходимо сделать перед установкой подобной системы – это уменьшить потери тепла вашего дома. Это означает, что необходимо тщательно проверить и загерметизировать все щели в крыше, утеплить окна и пол, а в идеале – и стены тоже. Зачем это нужно?

    Для сравнения:

  • старые дома потребляют около 75 Вт/кв.м тепла;
  • более новые и утепленные – 50 Вт/кв.м;
  • хорошо защищенные от утечки тепла с помощью последних технологий – всего 30 Вт/кв.м.

Установка

Проект работы необходимо рассчитывать, в идеале, еще до возведения здания, чтобы иметь возможность создать идеальный тандем удобного помещения и эффективной системы обогрева.

Самый лучший и выгодный вариант установки теплового насоса для обогрева – это подведение его к системе теплого пола, которую можно использовать также и для стен. Однако это потребует дополнительных усилий по проектированию дома и расчетам оптимальной температуры обогрева.

Для тех, кто неравнодушен к экологии, важно будет знать, что теплонасосы, в отличие от многих других способов отопления, в процессе работы не выбрасывают в воздух массу вредных веществ, не истощают природные ресурсы и не нарушают природный баланс.

Кроме того, тепловые насосы куда безопаснее, чем котлы, которые используют природный газ или любое другое топливо. Система устроена таким образом, чтобы любой ее перегрев и сбой работы, способный устроить пожар или вывести ее из строя, невозможен благодаря тщательной системе защиты. Главное – это правильная, профессиональная изоляция проводов во избежание короткого замыкания.

Устройство

Рассмотрим подробнее устройство и принцип работы теплового насоса.

    Основными его узлами являются:

  • внутренний и наружный теплообменник (конденсатор и испаритель соответственно)
  • компрессор
  • расширительный вентиль

Как это работает?

Компрессор сжимает поступивший в него хладагент, превращая его из пара в жидкость при температуре 85 градусов. После этого хладагент отправляется в конденсатор, где отдает набранное тепло воде или воздуху (в зависимости от типа теплонасоса).

После этого хладагент охлаждается и снова превращается в жидкость. После вентиль понижает давление в хладагенте, после чего падает температура, а хладагент поступает для работы дальше – в теплообменник за пределами помещения.

Там он переходит в газообразное состояние и снова начинает процесс отбирания тепла у окружающего мира.

Источник: http://gidpopechkam.ru/obogrevateli/teplovye-nasosy-princip-dejstviya.html

Тепловой насос для отопления дома: принцип работы, типы, преимущества и недостатки

Тепловой насос – это один из возможных вариантов отопления частного дома, который сравнительно недавно появился в наших краях. Суть работы теплового насоса заключается в циркуляции теплоносителя по замкнутому контуру, в результате чего отбирается тепло у воздуха, земли или воды.

То есть, источником тепла в этом случае являются природные источники, а не продукты сгорания или электричество, что делает тепловой насос наиболее экологически чистым и экономически выгодным на сегодняшний день. Такая система отопления практически не зависит от цен на топливо, ведь энергия земли, воды и воздуха не только неисчерпаема, но и абсолютно бесплатна.

Единственные расходы при эксплуатации теплового насоса связаны с расходами на электроэнергию, от которой и работает сам насос, но они составляют только 1/3 всей выработанной энергии, так что экономия очевидна. Таким образом, тепловой насос по стоимости эксплуатации может соперничать даже с наиболее дешевым природным газом, не говоря уже о твердом или жидком топливе.

Сама идея извлекать тепло из окружающей среды далеко не нова, но тепловые насосы, как способ обогрева домов, появились сравнительно недавно в западных странах на пике популярности экологически чистого и безвредного оборудования. Именно в европейских странах начали устанавливать их не только для частных домов, но и для целых районов в городах.

Как работает тепловой насос?

Принцип действия теплового насоса напоминает принцип работы холодильника, только наоборот. Если в холодильнике рабочее вещество испаряется, отдавая холод, то в тепловом насосе оно конденсируется, отдавая тепло.

Полученное тепло накапливается, обогащается и отдается теплоносителю, который переносит его в отапливаемые помещения.

Для выделения тепла в системе используется конденсатор, тогда как испаритель поглощает полученное низко потенциальное тепло.

Электроэнергия требуется системе для работы компрессора.

В качестве показателя эффективности работы теплового насоса используется такое понятие, как преобразование тепла или трансформация – разница между величиной потребляемой электроэнергии и полученного в результате тепла.

КПД системы зависит от разницы температур испарителя и конденсатора – чем она больше, тем ниже КПД. Для увеличения эффективности работы нужно обеспечить максимально большой по объему источник низко потенциального тепла, иначе в системе возможно переохлаждение.

Таким образом, масса источника низко потенциального тепла должна быть значительно больше массы, которая нагревается, что позволит сократить разницу температур холодного тела и источника тепла, а это, в свою очередь, сократит потребление электрической энергии.

Единственный недостаток такого решения – значительные габариты теплового насоса, которые напрямую связаны еще и с его стоимостью.

При обогреве такой системой районов и даже городов можно устанавливать дорогостоящее оборудование, которое занимает значительную площадь – это экономически оправдано, но вот относительно частных домов это далеко не всегда выгодно.

Типы тепловых насосов

Рассмотрим рабочие характеристики и типы тепловых насосов. Что касается условий эксплуатации, их можно использовать в достаточно широком температурном диапазоне от -30 °С до +35 °С.

Наиболее распространенными считаются компрессионные и абсорбционные насосы. Первые обеспечивают циркуляцию в системе за счет механической и электрической энергии, вторые переносят тепло с помощью самого источника тепла.

Абсорбционные насосы более экономичные, но имеют более сложную конструкцию и стоят дороже.

Читайте также:  Гидрозатвор для канализации: принцип работы, виды и установка своими руками

В зависимости от типа источника тепла тепловые насосы можно поделить на:

  • геотермальные, забирающие тепло земли или воды (грунтовых вод, водоемов и т.д.);
  • воздушные, забирающие тепло воздуха;
  • насосы вторичного тепла, забирающие тепло, которое выделяется при отоплении, рабочих процессах на производстве и т.д. Обычно такие насосы используются именно на производствах, где есть источники «ненужного» тепла.

В качестве теплоносителя в тепловых насосах может использоваться вода, воздух, грунт или их комбинации.

Геотермальные тепловые насосы бывают замкнутыми и открытыми. Открытые системы используются для нагрева воды, которая попадает в контур, нагревается и выводится наружу.

Использовать такую систему можно, если поблизости есть достаточно большой источник воды с достаточным объемом.

Кроме того, вода, прошедшая через систему, не должна загрязнять окружающую среду, а ее выброс нужно согласовывать с государственными учреждениями.

Более предпочтительными являются замкнутые системы, которые тоже можно поделить на несколько типов:

  • с горизонтальным расположением коллектора, когда он монтируется в выкопанной в земле траншее ниже уровня промерзания грунта. В зависимости от климата и типа грунта глубина монтажа коллектора может меняться, в среднем же она составляет порядка 1,5 м. Для увеличения площади и объема контура при сокращении затраченной площади коллектор лучше укладывать кольцами. Этот тип требует наличия на участке значительной свободной площади, что не всегда возможно;
  • с вертикальным расположением коллектора, когда он размещается в скважине на глубине порядка 200 м. Такой тип используется в случаях, когда на участке не удается выделить нужную площадь для установки теплового насоса или же поверхность участка неровная;
  • водный, когда коллектор монтируется в водоеме (природном или искусственном) на глубине ниже его промерзания. В этом случае коллектор тоже желательно размещать кольцами для экономии площади. Для установки водного теплового насоса должны быть соблюдены некоторые условия: объем воды в водоеме должен быть достаточным для получения нужного количества тепла, а также глубина водоема должна быть довольно большой, чтобы вода в нем не промерзала до самого дна.

Преимущества и недостатки теплового насоса

Итак, тепловой насос – это сочетание практически бесплатной тепловой энергии и экологической чистоты. Почему же тогда далеко не все согласны поменять на него свои традиционные источники тепла? Дело в том, что наряду с несомненными плюсами тепловой насос обладает и некоторыми недостатками. Рассмотрим более подробно и первые, и вторые.

Преимущества

К достоинствам теплового насоса, как было отмечено выше, можно отнести небольшое потребление электроэнергии (для получения 1 кВт/ч тепла насос поглощает 0,3-0,35 кВт/ч) и безвредность для окружающей среды.

Кроме того, тепловой насос имеет высокий уровень пожаробезопасности, не требует оснащения дополнительной системой вентиляции и не нуждается в регулярном обслуживании. Регулирование работы системы выполняется автоматически без вмешательства людей.

По сути, если его правильно установить и подключить, на протяжении 20 лет можно просто забыть о его существовании и наслаждаться теплом в доме.

Еще одно преимущество – возможность не только обогрева дома в холодное время года, но и его охлаждения летом. Для этого к коллектору нужно подключить систему «холодный потолок» и фэн-койлы. Таким образом, тепловой насос сможет заменить собой кондиционеры.

Недостатки

А теперь пару слов о недостатках теплового насоса. Первый (и главный) из них – высокая стоимость оборудования и монтажа. Тепловой насос имеет довольно сложную структуру, к тому же оснащен автоматикой, что делает его довольно дорогим удовольствием.

К тому же его установка связана с земельными работами больших объемов, что значительно увеличивает его стоимость. Если Вы решили заменить им газовую систему отопления, затраты на переоборудование будут окупаться много лет.

При этом нужно учесть еще и тот факт, что средний срок службы теплового насоса составляет 20 лет, после чего нужно проводить капитальный ремонт системы, что связано опять-таки с земельными работами и закупкой новых элементов.

Так что явная, на первый взгляд, выгода от использования теплового насоса при ближайшем рассмотрении может оказаться далеко не выгодной, поэтому лучше заранее все подсчитать и решить, нужно ли Вам его устанавливать.

Стоит ли использовать тепловой насос для отопления дома?

Подведя итоги, можно отметить, что тепловой насос – это действительно неплохая альтернатива существующим системам отопления.

Возможно, через несколько лет его стоимость снизится настолько, что появится смысл его установки не только из экологических соображений, но и экономических.

Пока же (по крайней мере, в нашей стране) использование такого оборудования вряд ли найдет широкое применение.

Источник: http://DekorMyHome.ru/remont-i-oformlenie/teplovoi-nasos-dlia-otopleniia-doma-princip-raboty-tipy-preimyshestva-i-nedostatki.html

Тепловой насос: 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.

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

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.

Читайте также:  Теплоизоляция для труб отопления, и что об этом нужно знать

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)

Источник: http://remkasam.ru/kak-ustroen-i-kak-rabotaet-teplovoj-nasos.html

Тепловой насос для отопления дома. Принцип работы насосов

Тепловой насос — это такой агрегат, который передаёт тепловую энергию от низкотемпературного источника к теплоносителю с высокой температурой.

По характеру передачи энергии и работы агрегат аналогичен обыкновенному компрессорному холодильнику. Только обратного действия, потому что такой аппарат производит тепло, а не холод.

Для этого он использует постоянную плюсовую температуру грунтовых вод и земли для отопления дома.

История изобретения теплового насоса

В 1852 году Уильям Томсон, выдающийся английский инженер-физик, разработал идею-теорию теплового насоса. Петер Риттер фон Риттингер, инженер из Австрии, детализировал разработку англичанина и усовершенствовал. А в 1855 году спроектировал и собрал первый в мире такой агрегат. Но применять на практике их стали почти через сто лет.

В начале сороковых годов двадцатого столетия изобретатель-экспериментатор Роберт Вебер задумал улучшить теплообменный процесс холодильного агрегата. Для этого он поместил конденсатор холодильника в ванну с холодной водой. Вода быстро нагревалась, и требовалось ее постоянно менять.

Принцип работы компрессорного холодильника такой. Горячий хладагент компрессор подаёт в конденсатор. Там при высоком давлении хладагент изменяет своё агрегатное состояние, то есть газ превращается в жидкость и отдаёт своё тепло в окружающую среду. Дальше агент поступает в испаритель, где резко падает давление.

Хладагент имеет свойство закипать при низком давлении. В испарителе при вскипании хладагент отбирает тепло из воздуха. Затем пары хладагента всасываются компрессором и сжимаются. Далее компрессор опят подает его в конденсатор.

Циркулирующий хладагент отбирает тепло от морозильника через испаритель и отдает его в окружающую среду через конденсатор.

Вебер решил использовать получаемую таким образом горячую воду. Вместо ванны, конденсатор холодильника поместил в закрытую ёмкость. Смонтировал систему водоснабжения и водоотведения. Так он обеспечил свой дом постоянной горячей водой. В дальнейшем, после определённой доработки, приспособил получаемую горячую воду для отопления помещений.

По прошествии некоторого времени, Роберт придумал устройство для получения тепла из земли. Обосновал принцип работы геотермального теплового насоса. Там, в глубине, температура всегда положительная.

Он смонтировал в грунте змеевики из медных труб, а конденсатор вывел в дом. Фреон забирал тепло Земли и отдавал его в помещении. При этом он получил большую экономию на угле. Но угольную печь на всякий случай оставил.

Таким вот образом изобретатель доказал на практике эффективность теплового насосного устройства.

А реальная необходимость в таком насосе возникла только через тридцать лет, когда в семидесятых годах двадцатого века разразился нефтяной кризис. Эта установка не требует котла с топочным узлом.

Её нужно только подключить к источнику электроэнергии. Электричество необходимо только для работы компрессора.

Величина коэффициента преобразования теплонасоса зависит во многом от уровня температур в испарителе и конденсаторе.

Уровень температуры производства тепла посредством тепловых насосов варьируется от тридцати пяти градусов до пятидесяти пяти. Такая температура даёт возможность использовать почти любую систему теплоснабжения.

Инженеры посчитали, что экономия энергоресурсов может достигать семидесяти процентов.

Принципиальное устройство насоса теплового

Насос имеет всего только три основных компонента:

  • Насос тепловой с компрессором.
  • Теплособирающий контур.
  • Отопительная система с теплообменником.

В этой системе всё зависит от компрессорного насоса, состоящего из шести узлов:

  • Терморегулятор.
  • Капилляр.
  • Конденсатор.
  • Хладагент.
  • Испаритель.
  • И сам компрессор.

Остальные два компонента агрегата это трубы с хладагентом и радиатором.

Типы тепловых насосов

Мировая промышленность выпускает большой ассортимент насосов мощностью от 5 кВт до 1000 кВт. Основной их парк составляют насосные установки парокомпрессионного типа. Ещё есть электрохимические, абсорбционные и термоэлектрические. Отличаются они только принципом работы.

Компрессионные теплонасосы работают от электроэнергии, а абсорбционные насосы могут также в качестве источника энергии использовать тепло (с помощью электрообогрева или топливного обогрева).

А компрессионные, в свою очередь, делятся на насосы с линейным компрессором и насосы с инверторным компрессором.

В настоящее время все тепловые насосы комплектуются инверторным компрессором, так как, не выключаясь, поддерживает заранее заданную температуру.

В зависимости от того, откуда происходит отбор тепла, насосы тепловые компрессионные подразделяются на такие виды, как:

  • Геотермальные (используется тепло земли, грунтовых или наземных вод).
  • Воздушные (тепло отбирается из атмосферы). Источником является низкопотенциальная тепловая энергия окружающего воздух. Но также источником может служить не только обязательно наружный воздух, но и вытяжной воздух из вентиляционной системы зданий.
  • Насосы, которые применяют вторичное тепло из трубопровода пароводяного отопления. Такой вариант считается наиболее приемлемым для промышленных предприятий, где множество источников паразитного тепла.

Тепловые насосы геотермальные — это системы отопления, и охлаждения, где используется тепло земли. Земля в геотермальных тепловых системах выступает радиатором охлаждения летом и источником тепла зимой.

Температура грунта употребляется для снижения расходов на систему обогрева и охлаждения.

Насосы тепловые геотермальные используют такое явление, как тепловая инерция: температура грунта на глубине ниже шести метров примерно равняется среднегодовой температуре воздуха и слабо подвержена колебаниям.

Геотермальные насосы бывают следующих типов:

  • Замкнутого типа: насосы с непосредственным теплообменом, вертикальные, горизонтальные, водные.
  • Открытого типа. Эта система применяет в качестве хладагента воду. Вода циркулирует по системе геотермального насоса теплового в рамках открытого цикла, то есть вода из системы отопления опять возвращается в землю.

У горизонтальных геотермальных насосов коллектор укладывается кольцами в траншеях, вырытых на глубину ниже промерзания грунта. Такой вид получения тепла считается наиболее эффективным в плане экономии. Применяется для отопления жилых домов, где позволяет площадь земельного участка для устройства контура.

В вертикальных геотермальных насосах коллектор сооружается в вертикальной скважине глубиной до 200 метров. Этот способ применяется, когда мала площадь участка земли. В водных геотермальных насосах коллектор размещается кольцами ниже глубины промерзания в реках, прудах и озерах. Такой метод самый недорогой способ передачи тепла.

В отличие от предыдущих типов, в насосах с непосредственным теплообменом, хладагент подаётся по медным трубам, расположенным:

  • В вертикальных скважинах глубиной 30 метров и диаметром 8 сантиметров.
  • В скважинах, пробуренных под углом глубиной 15 метров и диаметром 8 сантиметров.
  • В траншее горизонтально ниже промерзания земли.

Медные трубки обладают высокой теплопроводностью. Поэтому циркуляция фреона и его теплообмен обеспечивает большую эффективность геотермальной системы отопления помещений. Кроме этого, использование этой технологии позволяет бурить скважины меньшей глубины, что положительно сказывается на цену установки DX Direct Exchange Heatpump.

Типы моделей промышленного изготовления

По тому, какой вид теплоносителя используется в выходном и входном контурах, насосы делятся на восемь типов:

  1. «Вода — грунт»;
  2. «Вода — вода»;
  3. «Вода — воздух»;
  4. «Воздух — грунт»;
  5. «Воздух — вода»;
  6. «Воздух — воздух»;
  7. «Вода — фреон»:
  8. «Воздух — фреон».

Насосы геотермальные тепловые могут использовать тепло выходящего из дома воздуха, при этом ещё и греть поступающий туда воздух — рекуператоры. Рекуператор — это теплообменник, который использует теплоту отходящих тёплых газов. В таком теплообменнике обменный процесс происходит непрерывно.

Воздушный тепловой насос, используемый для отопления дома

Выбор эффективного источника энергии для насоса теплового воздушного находится в сильнейшей зависимости от регионального климата. Это в большей мере относится к агрегатам, использующим наружный воздух.

По сути, это есть кондиционер. Системы «воздух — вода» и «воздух — воздух» используются и в зимний период при условии, если температура не опускается ниже минуса двадцати пяти градусов.

Читайте также:  Фитинги для стальных труб – резьбовые, обжимные и т.д.

Если мороз усилился, то надо ставить дополнительный обогреватель дома.

Тепло, получаемое от горных пород

Для отбора тепла от скальной породы требуется бурить глубокие скважины. От ста до двухсот метров. Или же делать несколько скважин покороче. Туда помещают U-образный контур из пластиковых труб. Контур заполняют 30-процентным раствором спирта.

Грунтовая вода естественным путём заполняет скважину и служит проводником тепла к теплоносителю от камня. Если глубина скважины мала, то вода может замёрзнуть. Подсчитано, что на один метр скважины ориентировочно приходится 50 — 60 Вт тепловой мощности.

Отталкиваясь от этого показателя, рассчитывается требуемая глубина скважины.

Нет смысла бурить скважину глубже двухсот метров. Дешевле обойдется обустроить несколько скважин меньшей глубины отстоящих друг от друга на расстоянии порядка 15 — 20 метров.

Использование тепла грунта

Температура земли на глубине нескольких метров всегда постоянна. Это делает тепловой насос по транспортировке тепла из грунта независимым от погоды и самым эффективным отопителем.

По данным статистики, в 2006 году в Швеции было полмиллиона таких насосов, в Финляндии пятьдесят тысяч, в Норвегии более семидесяти тысяч.

Когда используют для отопления дома тепло грунта, то трубопровод с антифризом закапывают в землю на пятьдесят и более сантиметров ниже точки замерзания земли.

Производители насосов рекомендуют укладывать трубы не ближе чем полтора метра друг от друга. При работе по монтажу данных тепловых насосов, не требуется бурение скважин. Но работы производятся на большой площади участка земли.

Желательно чтобы участок был с влажной почвой.

Теплоснабжение от природного водоёма

В этом случае контур теплосборника укладывают на дно водоёма. Глубина водоёма должна быть более двух метров. Тогда уложенные на дно спирали труб не замёрзнут. По эффективности такой агрегат равен агрегату, отапливающему дом от грунта.

Насосный аппарат тепловой самодельный

Для обогрева дома с небольшой площадью, такой агрегат можно смонтировать самостоятельно. Из готовых заводских изделий необходимо купить компрессор и конденсатор. Монтируют его аналогично кондиционеру. Для проведения расчётов и пайки трубок нужен специалист. А остальное можно сделать своими силами.

Плюсы и минусы при использовании тепловых насосов для отопления дома

В первую очередь к преимуществам отнести следует его экономичность. В таком доме пожарная безопасность находится на высоком уровне, так как нет источников открытого огня. Вся система работает по замкнутым контурам и не требует больших затрат на эксплуатацию. Только стоимость электричества, нужной для работы аппаратуры.

Также большими достоинствами описываемых устройств является то, что они могут работать в двух режимах. Их можно переключать с режима отопления на режим охлаждения.

Системой управляет автоматика, которая не требует специального, каждодневного обслуживания. Поэтому такой метод обогрева незаменим для загородного дома.

Аппарат промышленного изготовления компактен, не больше бытового холодильника.

Неоспоримым доказательством достоинств этих агрегатов является то, что практически вся Япония использует тепловые насосы.

А у нас в России, в Ялте, некоторые санатории, например, санаторий «Дружба», отапливаются с помощью таких устройств.

Теплоисточником служит море, а сама насосная не только отапливает дома, но и даёт горячую воду, подогревает бассейн и охлаждает помещения в жаркий период.

Общий недостаток геотермальных аппаратов это потребность в больших затратах на устройство контуров, дороговизна работ. А воздушный тепловой насос для отопления дома страдает низким коэффициентом эффективности. Надо иметь дома запасной источник тепла.

Источник: https://remontoni.guru/sistemy-otopleniya/teplovoj-nasos-dlya-otopleniya-doma-printsip-raboty-nasosov.html

Тепловые насосы для отопления дома: принцип действия

Тепловой насос — универсальный агрегат, в котором по функциям совмещены качества кондиционера, устройства для нагрева жидкости и отопительного котла. В таком агрегате не применяется традиционное топливо, для его функционирования требуются возобновляемые источники из природной среды – энергия воздуха, земли, воды.

На данный момент тепловой насос для отопления дома – очень экономически выгодное устройство, потому что его функционирование не связано с ценами на топливо, также экологичный, потому что источником тепла становится не электрический ток или продукты горения, а естественные тепловые источники.

Принцип функционирования теплового насосного оборудования

Чтобы лучше понимать, как работают тепловые насосы для отопления дома, вспомните принцип функционирования холодильника. В нём происходит испарение рабочего вещества и отдача холода. А в насосном оборудовании наоборот, происходит его конденсация и продуцирование тепла.

Принцип работы теплового насоса для отопления дома строится на цикле Карно, названного в честь его изобретателя. После прохождения теплоносителя через рабочий контур – земляной,воздушный, водяной, их сочетание, он устремляется в первый теплообменник – камеру испарения. Здесь происходит передача накопленного тепла холодильному агенту, который циркулирует во внутреннем контуре агрегата.

Принцип работы теплового насоса

Жидкий холодильный агент поступает в камеру испарения, где из-за низких уровней температуры (50°C) и давления происходит его переход в состояние газа. Следующая стадия – поступление газа в компрессор и сжатие газа.

В итоге происходит резкое увеличение температуры газа, он поступает в конденсатор, там происходит его обмен теплом с отопительной системой. Происходит переход охлажденного газа в жидкость, и повторение цикла.

к меню ↑

Плюсы и минусы тепловых насосов

Функционированием теплового насоса для отопления дома возможно управлять с помощью специально поставленных регуляторов температуры.

Происходит автоматическое включение насоса при уменьшении температуры среды меньше определённого уровня и его отключение при превышении заданного уровня температуры.

Тем самым с помощью тепловых насосов поддерживается неизменная температура в жилище, что является преимуществом агрегатов.

Достоинствами оборудования является экономичность-потребление  небольшого количества электрической энергии и его безопасность для окружающего пространства. Главные преимущества оборудования:

  • надёжность. Период эксплуатации составляет больше 15 лет, все компоненты системы имеют высокий рабочий ресурс, при перепадах энергии вред системе не наносится;
  • безопасность – отсутствие копоти, выхлопов, открытого огня, утечки газа.
  • комфортность – бесшумность функционирования оборудования. Климат-контроль и система автоматики позволяют создать домашний комфорт и уют;
  • гибкость. Устройство характеризуется стильным дизайном, оно совмещается со всякой отопительной системой;
  • универсальность. Используются для гражданского и частного строительства, потому что имеют большой диапазон мощности. Отопление с помощью теплового насоса возможно использовать для множества помещений — и маленьких домов, и коттеджей.

Сложной структурой агрегата определяется его основной недостаток – высокая цена устройства и монтажа. Чтобы установить устройство, необходимо выполнить большой объём земельных работ.

Грунтовые тепловые насосы

к меню ↑

Классификация тепловых насосов

Для отопления тепловыми насосами характерен большой температурный диапазон– от -30 до +35 . Самые распространённые агрегаты –  абсорбционного типа (тепло переносится его источником) и компрессионные (рабочая жидкость циркулирует за счет электрической энергии).

По типу тепловых источников насосы делятся на:

  1. Геотермальные, использующие тепло земли или воды.
  2. Воздушные агрегаты, забирающие тепло из атмосферы.
  3. Устройства вторичного тепла, забирающие производственное тепло, которое образуется на промышленных предприятиях, при отоплении, других производственных процессах.

В качестве теплоносителя применяют:

  • грунтовые воды, воду из естественного или искусственного водоёма;
  • массы воздуха;
  • грунт;
  • сочетание этих носителей.

к меню ↑

Устройства и принцип функционирования геотермального насоса

Геотермальные тепловые насосы для отопления применяют тепло грунта, отбираемое горизонтальным коллектором или вертикальными зондами.

Зонды устанавливают на глубине до 70 м, они находятся на небольшом углублении от поверхности.

Этот тип оборудования самый эффективный, потому что у источника тепла достаточно высокая постоянная круглогодичная температура. Поэтому для транспортировки тепла нужно потратить меньше энергии.

Система теплового насоса

Для установки этого оборудования требуются большие средства. Бурение скважин стоит недёшево. Помимо этого, площадь, которую занимает коллектор, намного больше площади обогреваемого здания. Необходимо учитывать, что землю, где будет стоять коллектор, нельзя будет использовать для огорода или сада – возможно переохлаждение корней растений.
к меню ↑

Применение воды как источника тепла

Водоёмы являются источником большого количества тепла. Насос можно применять в незамерзающих водоемах глубиной от 3 мили в грунтовых водах, если они имеют высокий уровень.

Организовать обогрев можно таким образом: трубу теплообменника с грузом из расчета 5 кг на 1 м погонный, кладут на дно водоема. Длина трубопровода определяется метражом дома. Помещение площадью 100 м. кв.

требует трубы протяжённостью 300 м.

При применении грунтовых вод бурят 2 скважины, которые расположены друг за другом в направлении грунтовых вод. В первую скважину устанавливают насос, который подаёт жидкость на теплообменник. Во вторую скважину подаётся охлажденная жидкость. Это открытая схема, собирающая тепло. Ее главный недостаток  — нестабильность уровня грунтовых вод, и возможно его значительное изменение.
к меню ↑

Воздух – наиболее доступный источник тепла

Если использовать воздух как источник тепла,то теплообменником выступит радиатор, который принудительным образом обдувает вентилятор.

Тепловой насос типа воздух-воздух

Если для отопления частного дома тепловым насосом используется система «воздух-вода», то клиент будет иметь такие преимущества:

  • возможность отапливать всё здание. Вода, которая выступает как теплоноситель, поступает в приборы отопления;
  • минимальные затраты электрической энергии позволят жильцам иметь горячее водоснабжение. Это становится возможным из-за наличия дополнительного теплоизолированного теплообменника с ёмкостью для накопления;
  • подобные устройства могут нагревать воду в бассейнах.

При функционировании насоса по системе «воздух-воздух», теплоноситель для нагрева здания не используется. Воздушный тепловой насос для отопления обогревает дом за счет полученной тепловой энергии.

Такая схема реализована в кондиционере, который установлен на режим обогрева. Сейчас все устройства, которые применяют воздух в качестве источника тепла, – инверторные.

В них переменный ток преобразуется в постоянный, что обеспечивает гибкость управления компрессором и его беспрерывную работу, это увеличивает ресурс агрегата.

Отопление загородного дома тепловым насосом является альтернативой современным отопительным системам. Они экономичные, экологичные и безопасные в применении. Но высокая стоимость монтажа и оборудования не дают возможности для повсеместного применения устройств.

Мы ознакомили вас принципом действия тепловых насосов для отопления дома и подсчитав, сколько стоит оборудование и монтаж, вы можете принять решение о его использовании.
к меню ↑

Виды тепловых насосов и схемы их подключения (видео)

 Главная страница » Насосы

Источник: http://ByreniePro.ru/nasosy/teplovye-dlya-otopleniya.html

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector