Teплoвoй нacoc вoздyх-вoздyх, эффективен ли он для отопления

Из-за постоянного дрожания природных ресурсов, используемых для отопления, разрабатываются альтернативные методы отопления частного дома. Одними из них являются тепловые насосы для отопления частного дома, которые используют для генерации тепла, возобновляемые природные источники, окружающие нас повсюду.

Принцип работы тепловых насосов

Схема работы теплового насоса

Принцип работы тепловых насосов

Для лучшего понимания работы теплового насоса можно рассмотреть его самый распространенный вариант применения – в обычных холодильниках. В принципе воздушные тепловые насосы для отопления немного отличаются от них. Разница заключается в получении тепловой энергии, а не холода.

Узнать, как работает тепловой насос для отопления дома можно после рассмотрения общей схемы функционирования. Для генерирования тепла в конструкции имеется внутренний контур, по которому протекает хладагент. Он соединяется с трубами отопления дома с помощью теплообменника. Получение тепла от внешнего источника происходит за счет дополнительного контура. Рассмотрим, как работает отопление при помощи теплового насоса:

Принцип работы тепловых насосов
  1. Хладагент находится в газообразном состоянии. Он получает тепловую энергию от внешнего контура. При этом достаточно, чтобы температура газа поднялась до +10°С.
  2. Повышение давления хладагента для перехода его в жидкое состояние. Для этого воздушные тепловые насосы для отопления дома в обязательном порядке имеют компрессор. При этом температура жидкости повышается до +65°С.
  3. С помощью теплообменника происходит передача тепла воде системе отопления в доме.
  4. Дроссельный клапан и капельник снижают давление и тем самым провоцируют обратный переход хладагента из жидкого состояния в газообразное для повторения процесса.

Эффективно ли отопление дома с помощью теплового насоса? Во многих случаях эту систему устанавливают в качестве дополнительной для снижения затрат на основное теплоснабжение. Одним и недостатков является невозможность сделать тепловые насосы для отопления дома своими руками с нормальным показателем КПД и надежностью. Для изготовления понадобится сделать сложные расчеты и правильно подобрать материалы. Можно провести аналогию с бытовыми холодильниками – практически никто не делает их самостоятельно, предпочитая надежные заводские модели.

Принцип работы тепловых насосов

Практически все отзывы о тепловых насосах для отопления дома указывают на прямую зависимость источника тепла от первичного контура на показатель КПД устройства.

Типы тепловых насосных систем 

несколько вариантовсъема тепла из грунтагоризонтальный коллекторгеотермальный зонд

Горизонтальный грунтовый коллекторЭто система труб, уложенных на глубине ниже уровня промерзания (то есть около 2 м) в специально вырытые траншеи. Трубы могут соединяться последовательно или параллельно, располагаться в одной плоскости или даже образовывать пространственную спираль. Параметры такого теплообменника зависят от длины труб, которую рассчитывают исходя из:

  • потребной мощности насоса, 
  • грунта данного места (влажный — лучше), 
  • уровня солнечной радиации и т.д. 

В любом случае площадь, занимаемая таким коллектором, сравнительно велика. В средней полосе России примерное значение тепловой мощности, приходящейся на 1 погонный метр трубы теплообменника, составляет 20-30 Вт. Это означает, что для обеспечения теплом коттеджа площадью около 50 кв. м потребуется коллектор площадью 150-200 кв.м.   На площадке, под которой располагается коллектор, можно сажать кусты и деревья, устанавливать малые архитектурные формы (беседки, перголы и арки, садовые скульптуры, стационарные садовые светильники и т.д.). Но какая-либо серьезная застройка там запрещена. Такой запрет позволяет тепловым «запасам» грунта, остывшего за зиму, восстанавливаться естественным путем. А это происходит в том числе за счет летних дождей. Поэтому ничто не должно препятствовать проникновению влаги в почву. Так что «энергетическое поле» вашего участка будет представлять собой только садово-огородный ландшафт, даже без теплиц.Вертикальный коллектор, или геотермальный зондВертикальный коллектор — другой тип грунтового теплообменника. Он представляет собой вертикальную скважину глубиной 30-100 м (иногда и более), в которой размещается U-образный или коаксиальный (труба в трубе) теплообменник. У него есть и другое название — геотермальный зонд. Важнейшее преимущество вертикальных грунтовых теплообменников — в том, что для их устройства требуется минимальная площадь.  Велика ли эффективность теплового насоса? Уровень эффективности теплового насоса определяется коэффициентом преобразования (коэффициентом мощности), который показывает отношение полученной тепловой энергии к количеству электрической энергии, затраченной на работу компрессора. В любое время года для тепловых насосов «грунт-вода» величина коэффициента составляет около 4. Это означает, что при потреблении 2 кВт∙ч электрической энергии установка производит 8 кВт∙ч тепловой энергии.   Я выбрал для примера скромные 2 кВт∙ч, потому что это тот минимум, который может получить одно домохозяйство в обычном садоводческом товариществе в регионе с ограниченным энергопотреблением. А мощности в 8 кВт∙ч тепловой энергии достаточно, чтобы отопить грамотно утепленный дом площадью до 100 кв. м и более.  Второе назначение Тепловые насосы могут работать не только в режиме отопления, но и в режиме кондиционирования всех комнат. То есть если собрать гидравлическую развязку в котельной, обычный тепловой насос можно использовать и для охлаждения. У передовых котловых компаний уже есть модели тепловых насосов, которые легко переходят с одного режима на другой. Оба эти варианта не отличаются сложностью и не требуют больших вложений. Читателям, которым в целом понравилась идея тепловых насосов, надо помнить, что традиционные  отопительные радиаторы не пригодны для охлаждения воздуха, а «теплые» полы превращаются в «ледяные». Поэтому эффективное совмещение функций отопления и охлаждения возможно только при использовании воздушных систем отопления/кондиционирования. Этот вариант распространен в США, где тепловой насос большую часть года работает именно в режиме охлаждения.  

Читайте также:  Использование котлов длительного горения для отопления дома

Типы тепловых насосов

В зависимости от источников тепла, которые используются во внешнем контуре, различают три основных типа тепловых насосов, которые можно использовать в системе отопления жилого частного дома или коттеджа:

  • тепловой насос грунт-вода (внешний контур использует разницу температур на поверхности и в глубине грунта);
  • тепловой насос вода-вода (внешний контур использует тепло грунтовых вод или на дне водоема);
  • тепловой насос воздух-вода (внешний контур использует тепло воздуха).

Чаще всего используются тепловые насосы типа вода-вода, которые берут тепло у грунтовых вод. Такие устройства обходятся дешевле, если имеется доступ к открытому водоему, чтобы расположить внешний контур насоса в нем. При этом обязательно предварительно нужно уточнить глубину промерзания такого водоема, чтобы внешний контур не оказался вмороженным в лед – в этом случае тепловой насос работать не будет.

Также нередко используется вариант грунт-вода. Их основной недостаток: большая площадь, которую приходится отводить на участке под внешний контур. При вертикальном расположении контура эта площадь значительно сокращается, но существенно удорожаются земляные работы. Так же, как и в случае насосов вода-вода, следует уточнять глубину промерзания – контур должен располагаться ниже, чтобы работа установки была эффективной в любое время года.

Для обеспечения полноценного отопления дома в любое время, в том числе в холодный период, наименее пригодны тепловые насосы типа воздух-вода – в большинстве регионов России они не в состоянии обеспечить зимой достаточное поступление тепловой энергии. Насосы подобного типа могут быть использованы круглый год лишь в тех регионах, где в холодное время года температура не падает ниже нуля.

Следует заметить, что устройства типа воздух-вода сохраняют работоспособность до -25ºС, и при наличии дополнительных отопительных систем (к примеру, твердотопливного котла), могут быть использованы и в холодных районах России. При этом их установка и монтаж обходятся дешевле всего, так как не требуют земляных работ.

Преимущества

В этом популярном направлении наблюдается рост количества приверженцев.

Преимущества использования тепловых насосов для отопления многим очевидны, перечислим основные из них:

Преимущества
  • для установки насоса для отопления не нужно получать специальных разрешений. Все работы можно выполнить самостоятельно или с помощью небольшой группы специалистов;
  • обогрев дома происходит автономно, и не зависит от систем коммуникаций;
  • отопительное оборудование не нуждается в источниках топлива, что освобождает от необходимости его заготовки, хранения или подключения к газовой магистрали;
  • ежемесячные расходы на отопление минимальны;
  • высокая эффективность такого способа обогрева дома;
  • отсутствие выбросов и процесса горения позволяют бережнее относиться к природе, и сохранить её для будущих поколений. Также с этими агрегатами можно не бояться взрыва, пожара или утечки газа;
  • устройство приборов не испытывает перегрузок, что делает его долговечным, оно может обходиться без ремонта долгие годы, достаточно лишь проводить ежегодную профилактику;
  • внутренняя часть теплового насоса имеет компактные размеры, поэтому не нужно выделять для нее целую комнату, достаточно нескольких метров пространства на кухне;
  • универсальность системы позволяет не только получать тепло, но и отдавать его. Жарким летом она прекрасно заменит кондиционер, что позволит отказаться от покупки дополнительных устройств;
  • агрегаты контроль управления, достаточно единожды задать температурный режим.
Читайте также:  Инструкция, как правильно включить газовую колонку и пользоваться ей

Как сделать тепловой насос из кондиционера или холодильника — Жми!

Хозяева загородных домов всегда трепетно относились к вопросу горячего водоснабжения и отопления.

Установка газового, электрического или дизельного котла дает возможность отопить загородный дом и снабдить его горячей водой и теплом, но в настоящее время появились альтернативы привычному нам отоплению.

Как сделать тепловой насос из кондиционера или холодильника — Жми!

Одна из таких альтернатив – тепловой насос. Это достаточно дорогое удовольствие, но его можно изготовить и своими руками. О том, как это сделать, и поговорим в этой статье.

Схема работы тупиковой системы отопления

В большинстве случаев тупиковая схема отопления предполагает, что подача теплоносителя в радиаторы и его отвод осуществляется по отдельным магистралям.

Цикл работы:

  1. От котла по подающему трубопроводу горячая вода подается в расширительный бак.
  2. По отходящей от бачка магистрали нагретый теплоноситель направляется по трубам, соединенным с верхним патрубком каждого радиатора.
  3. Горячая вода, проходя через отопительный прибор и отдавая ему тепло, перетекает через нижний патрубок в обратку.
  4. Собранный со всех радиаторов остывший теплоноситель по обратному трубопроводу возвращается в котел.

После нагревания воды рабочий цикл повторяется.

По схеме от грунта к воде

Эта разновидность особо актуальна в холодных регионах. Там зимой фиксируются холода -20 и ниже. А отметка грунтового промерзания незначительная.

Водоемы имеются не везде. И не всегда их использование целесообразно. Поэтому часто выбирают тепловой насос «воздух-вода» для отопления, действующий именно по этой конструкции.

Брать тепло из грунта – дело эффективное и рациональное, поскольку на глубине в 4,5–5,5 м почти нет температурных метаморфоз. Тепловым носителем становится специальная жидкость. Специалисты назвали ее рассолом. Она совершенно безопасна в экологическом отношении.

По схеме от грунта к воде

Грунтовой тепловой насос при таких раскладах могут ставить по горизонтальной или вертикальной методике. Особенность первой: пластиковые трубы, являющиеся наружным контуром, ставятся на участке в горизонтальной позиции. Часто с этим возникают осложнения. Ведь для проведения этих операций нужна площадь в 20–25 кв. м. Не всегда хозяева располагают таким пространством. Но если такое условие есть, можно не применять бурильные работы. Следует установка горизонтальной технологии. Для размещения змеевика создается котлован глубиной в 1,5 м. Такую версию специалисты считают самой надежной и стабильной.

Особенность второй методики: необходимы специальные скважины. Их глубина может составлять от 50 до 150 м. Проводятся бурильные работы. Чем значительнее глубина укладки зондов, тем эффективнее работа ТС.

Расходы и необходимая мощность

Тепловой насос стоит дорого, в среднем 4000-6500 евро, в зависимости от качества изделия. Но практика показывает, что столь значительные расходы окупятся примерно за полтора — два года, а если сделать насос на отопление самостоятельно, как и планируется, то даже быстрее.

Возможно, Вас заинтересует информация о том, для чего нужа помпа для фонтана

Касаемо мощности устройства, то она может быть разной. Для зданий с плохой термоизоляцией мощность должна составлять примерно 75 ватт на м. кв., если же дом более современный и для изоляции использовались материалы хорошего качества, то хватит и 50 ватт. А при использовании специальных изоляционных технологий можно обойтись и 30 ваттами. Желательно, чтобы тепловой насос стал частью проекта дома еще на этапе строительства.

Классификация систем воздушного отопления по виду используемого топлива.

По виду используемого топлива системы воздушного отопления бывают:

1. Газовые системы воздушного отопленияГазовые системы воздушного отопления прямого нагрева – это печи воздушного отопления Goodman, Nordyne, Lennox. Газовые системы воздушного отопления косвенного нагрева – система Антарес Комфорт с водяным теплообменником и любым газовым отопительным котлом.2. Дизельные системы воздушного отопленияДизельные системы воздушного отопления косвенного нагрева – система Антарес Комфорт с водяным теплообменником и любым дизельным отопительным котлом. Дизельные системы воздушного отопления прямого нагрева в России не представлены.3. Системы воздушного отопления на пеллетахСистемы воздушного отопления косвенного нагрева на пеллетах – система Антарес Комфорт с водяным теплообменником и любым отопительным котлом на пеллетах. Системы воздушного отопления прямого нагрева на пеллетах в России не представлены.4. Электрические системы воздушного отопленияЭлектрические системы воздушного отопления прямого нагрева – канадская Hi-Velocity, система Антарес Комфорт с электрическим нагревателем, различные аэрхендлеры и еще наш знакомый пример – тепловентилятор. Электрические системы воздушного отопления косвенного нагрева – система воздушного отопления Антарес Комфорт с водяным теплообменником и любой электрический водогрейный котел.5. Дровяные системы воздушного отопленияПравду говоря, таких экзотических систем воздушного отопления в современном мире уже не встречается. В Древние Века дровяной системой воздушного отопления был гипокауст Витрувия, в Средние века такими системами отапливали немецкие замки и русские соборы. Но вентиляторов в то время еще не было и нагретый воздух подавался в отапливаемые помещения естественным путем, что сильно снижало КПД.6. Угольные системы воздушного отопленияТо, что было сказано про дровяные системы воздушного отопления, можно сказать и про угольные. В настоящее время не встречаются. Хотя, вообще , если установить в топочной дома вентилятор и систему воздуховодов, а также угольную или дровяную печь, например русскую или Буллерьян, то можно получить искомую дровяную или угольную систему воздушного отопления. Печь нагреет воздух в топочной, а вентилятор разнесет его по всему дому. Однако роль термостата в такой системе придется исполнять истопнику. Строго говоря, к подобным системам можно отнести и камин – если у вас в доме есть система воздуховодов с вентилятором, а также камин, то вы фактически получите воздушное отопление камином. Однако КПД у такой системы будет не очень высоким (из-за ограниченных возможностей камина) и большой дом обогреть одним камином скорее всего не получится. Однако камин может быть использован как добавочный резервный источник тепла на случай сильных морозов.7. Солнечные системы воздушного отопленияСолнечные системы воздушного отопления косвенного нагрева нагревают воду за счет солнечного тепла, а затем через теплообменник нагревают воздух. Но пока еще подобные системы достаточно экзотичны. Большой мощности они дать не могут, поэтому реальное их использование в России, особенно зимой, представляется маловероятным. Но солнечные коллекторы могут помочь вам немного сэкономить на отоплении в межсезонье, особенно в южных районах нашей страны, например в украденном у Украины  Крыму. Солнечные системы воздушного отопления прямого нагрева могут быть использованы в паре солнечные батареи – электрический нагреватель, но они имеют такие же недостатки, как и косвенные системы – малую на данный момент мощность. Поэтому солнечные батареи могут пока использоваться только как дополнительный источник тепла, например совместно с системой воздушного отопления Антарес Комфорт с водяным теплообменником.8. Системы воздушного отопления тепловым насосомВ данном случае основным теплоносителем является хладагент теплового насоса, поэтому такие системы – это системы воздушного отопления косвенного нагрева. Тепловой насос может быть использован совместно с любой центральной системой воздушного отопления. Однако тепловые насосы плохо переносят большие отрицательные температуры, поэтому их использование в качестве основного источника тепла в России, особенно на севере, может быть проблематичным. Но в межсезонье использование теплового насоса может снизать затраты на отопление на %, особенно при отоплении дорогим видом топлива – электричеством, магистральным газом или дизелем. Кроме того, летом тепловой насос будет работать как кондиционер.

Поделиться:

  • Facebook
  • Telegram
  • Twitter
  • Pinterest

Эффективность воздушного теплового насоса (КПД, COP)

Традиционно производительность тепловых насосов измеряется в COP (Coefficient of Performance). Одна единица COP соответствует 100% КПД. То есть, если оборудование имеет COP 2,5, то его КПД равно 250%. Это значит, что на 1 кВт потребленной электроэнергии он выдает 250 кВт тепла.

Производительность зависит от мощности компрессора и температуры наружного воздуха. Чем он холоднее, тем меньше тепла из него можно получить. Поэтому эффективность колеблется в большом диапазоне. Некоторые модели имеют максимальный показатель COP 5 и выше, но такой производительности можно достичь только в теплое время года.