Что такое тепловой насос
Рассматриваем принцип работы и виды необычного устройства для экономичного отопления коттеджа — теплового насоса.
Тепловой насос — устройство, которое использует тепло окружающей природы — воздуха, воды, грунта для отопления коттеджа и нагрева горячей воды. Сердце теплового насоса — фреоновый контур, включающий компрессор, расширительный клапан, два теплообменника и медный трубопровод.
Принцип работы теплового насоса — перекачивание тепла из одной среды (воздух, вода, грунт) в другую — в систему отопления.
Казалось бы, тепловой насос — сложное и непонятное устройство, одна абсолютное большинство из нас используют тепловой насос ежедневно. Дело в том, что холодильник — тоже тепловой насос: он также имеет фреоновый контур и компрессор, он также перекачивает тепло — охлаждая продукты и грея импровизированную «систему отопления» — решетку на задней стенке. Да и выглядит похоже.
Принцип работы теплового насоса. Тепловой насос отбирает низкопотенциальное тепло у воздуха (-25…+35 градусов), у воды (+2…+7 градусов), у грунта (-5…+5 градусов), охлаждая эту среду на несколько градусов. Фреон во внутреннем контуре теплового насоса закипает и превращается в газ, компрессор сжимает газ, у которого резко уменьшается объем, но увеличивается давление и температура, далее разогретый фреон передает тепло через теплообменник в систему отопления. Далее цикл повторяется.
Схема работы теплового насоса
Важно отметить, что тепловой насос потребляет электроэнергию только на перекачку тепла (циркуляционные насосы) и привод компрессора — а прямого нагрева теплоносителя не происходит. За счет этого на 1 кВт потребленной электроэнергии можно получить от 3 до 5 кВт тепловой энергии! Законы сохранения энергии не нарушаются — они применимы только для замкнутой системы, а у нас их здесь три — контур источника тепла, фреоновый контур, контур системы отопления
Виды тепловых насосов и их краткое сравнение. Важнейшая классификация тепловых насосов — по источнику низкопотенциальной энергии, у которого они отбирают тепло, повышают его температуру и передают в систему отопления.
Воздушные тепловые насосы — первые в списке. Они охлаждают уличный воздух, получая таким образом низкопотенциальное тепло. Данные тепловые насосы довольно просты в установке — не требуется проводить земляные работы, но у них есть недостаток: их эффективность и тепловая мощность зависит от температуры уличного воздуха. Чем холоднее на улице, тем хуже они работают. К сожалению, без резервного котла в средних и северных широтах России они не могут являться полноценным теплогенератором.
Воздушный тепловой насос DANFOSS установлен для отопления небольшого коттеджа
Водяные тепловые насосы — более стабильный вариант для отопления коттеджа. Как правило, его схемы работы заключается в том, что тепловой насос перекачивает воду из одной скважины в другую, отбирая у нее небольшое количество тепла. Производительность и эффективность таких тепловых насосов не зависит от температуры уличного воздуха, но нельзя дать 100% уверенность, что уровень воды в скважине не уменьшится.
Принцип работы водяного теплового насоса
Грунтовый тепловой насос отбирает тепло у почвы. Этот тип тепловых насосов также способе круглый год отапливать дом (и быть единственным котлом в коттедже — тоже), и имеет довольно высокую эффективность. Система отбора низкопотенциаьного тепла здесь следующая: либо бурятся скважины, в которые опускаются геотермальные зонды (по которым по замкнутому контуру циркулирует теплоноситель, нагреваясь от грунта через стенки трубы), либо такой же контур раскладывается в горизонтальной плоскости (почти как теплый пол) в грунте. У каждого есть свои плюсы и минусы.
Грунтовой тепловой насос с горизонтальным коллектором
Грунтовой тепловой насос с вертикальными скважинами
В целом, при правильном подходе, тепловой насос — удобный агрегат для отопления коттеджа, а в некоторых случаях он быстро окупается, несмотря на высокую первоначальную стоимость.
Пример котельной с тепловым насосом DANFOSS для отопления и нагрева горячей воды
zen.yandex.ru/media/teplo/
С вами продолжает мастерить дед Андрей…
Особенности выбора
Теплонасос — это устройство технически сложное и довольно дорогостоящее, потому подходить к приобретению этого оборудования нужно очень тщательно. Существует ряд рекомендаций, которые смогут в этом помочь:
- Не стоит приступать к выбору теплонасоса без предварительного выполнения расчетов и разработки проектной документации. Не соблюдение этого правила может являться причиной серьезных ошибок, и исправить их можно будет только с помощью значительных дополнительных материальных затрат.
- Доверить разработку проекта, установку и гарантийное обслуживание термонасоса и отопительной системы следует лишь профессиональной компании. Для начала нужно проверить наличие всех требуемых документов строительной организации, портфолио уже установленных систем, сертификаты на реализуемое оборудования. Лучше всего чтобы полностью комплекс требуемых работ производила одна фирма, которая в этом случае несет всю ответственность за установленную отопительную систему.
- Желательно выбирать теплонасос от европейского производителя. Отличие по стоимости при выборе российских или китайских устройств незначительное. Во время разработки сметы стоимости работ по установке, запуску и наладке всей отопительной системы разница в цене почти незаметна. Но европейское оборудование надежней в эксплуатации, так как завышенная стоимость насосного оборудования — это только результат использования качественных материалов и современных технологий.
Типы разводки однотрубной системы
В однотрубной системе нет разделения на прямую и обратную трубу. Радиаторы подключены последовательно, и теплоноситель, проходя по ним, постепенно остывает и возвращается в котел. Эта особенность делает систему экономичной и простой, но требует настройки температурного режима и правильного расчёта мощности радиаторов.
Упрощенный вариант однотрубной системы подходит только для небольшого одноэтажного дома. В этом случае труба проходит через все радиаторы напрямую, без регулирующих температуру вентилей. В результате первые по ходу теплоносителя батареи оказываются значительно горячее, чем последние.
Для протяженных систем такая разводка не подходит, ведь остывание теплоносителя будет существенным. Для них используют однотрубную систему «ленинградка», при которой общая труба имеет регулируемые отводы на каждый радиатор. В результате теплоноситель в основной трубе более равномерно распределяется по всем помещениям. Разводка однотрубной системы в многоэтажных строениях делится на горизонтальную и вертикальную.
Горизонтальная разводка
Они объединяются в стояк обратной магистрали и поступают обратно в котел или бойлер. Краны для регулировки температуры находятся на каждом этаже, а краны Маевского — на каждом радиаторе. Горизонтальная разводка может быть выполнена как проточной, так и по системе «ленинградка».
Вертикальная разводка
Выбор системы разводки для частного дома зависит в основном от его планировки. При большой площади каждого этажа и небольшой этажности дома лучше выбирать вертикальную разводку, так можно добиться более ровной температуры в каждом помещении. Если площадь невелика — лучше выбирать горизонтальную разводку, так как ее проще регулировать. Кроме того, при горизонтальном типе разводки не придется делать лишних отверстий в перекрытиях.
Видео: однотрубная система отопления
Как устроен внутренний контур теплового насоса
Внутренний контру таких систем устроен довольно традиционно. Нагревать помещения или, наоборот, охлаждать их могут теплые полы с водяным теплоносителем или специальные устройства – фанкойлы, напоминающие усовершенствованный кондиционер.
В таких системах не используются традиционные отопительные радиаторы, так как максимальная температура теплоносителя не превышает 55 градусов Цельсия.
Установка фанкойлов наиболее предпочтительна, так как они более эффективно могут работать как в режиме тепловентилятора холодной зимой, так и в режиме охлаждающего кондиционера жарким летом. Летом температура воздуха, поступающего из вентилятора может достигать минимальной величины в 7 градусов, что безусловно будет достаточно для эффективного охлаждения дома.
Тепловые насосы воздух – вода от Mitsubishi Heavy Industries
Тепловой насос воздух-вода или тепловой кондиционер – новейшая система рециркуляции энергии, снижающая воздействие на окружающую среду благодаря повторному использованию тепла.
Оборудование предназначено для нагрева или охлаждения воды, которая может использоваться для нагрева/охлаждения воздуха в помещении (циркулируя через фанкойлы (вентиляторные доводчики), систему конвекторов, холодных потолков или теплых полов) и в санитарно-гигиенических целях.
Тепловые насосы воздух-вода нашли широкое применение в Европе в основном для отопления и снабжения помещений горячей водой. Они стали популярны благодаря таким качествам, как высокая энергоэффективность, универсальность использования, а также относительная простота и дешевизна установки. В России данные системы распространены не столь широко, в основном из-за одного ограничения: интервал допустимых температур наружного воздуха ограничен.
Воздушные тепловые насосы максимально эффективны как системы отопления при температурах, приближающихся к 0 °C. При падении ниже данной отметки эффективность снижается. Другой фактор, останавливающий широкое применение тепловых насосов в России, – это меньшая эффективность для охлаждения воздуха (по сравнению с традиционными сплит-системами).
Проведя дополнительные исследования и тесты, обобщив опыт эксплуатации воздушных тепловых насосов в странах Северной Европы, концерн Mitsubishi Heavy Industries доработал продукты и с 2011 года поставляет на российский рынок усовершенствованное оборудование серии A2W. Тепловые насосы этой линейки могут работать при температуре наружного воздуха до -20 °C, эффективно обеспечивая отопление, снабжение горячей водой и охлаждение воздуха, потребляя приемлемое количество энергии.
РЕЖИМЫ РАБОТЫ
Воздушные тепловые насосы от компании Mitsubishi Heavy Industries имеют 3 режима работы.
- Охлаждение. Оно выполняется по прямому циклу, причем теплообменник во внутреннем блоке функционирует и как испаритель. Он охлаждает воду, а затем она поступает в вентиляторные доводчики или т. п. При этом циркуляционный насос работает непрерывно.
- Обогрев. Как конденсатор теплообменник работает по обратному циклу. В процессе циркуляции по контуру вода нагревается и передается в вентиляторные доводчики, систему радиаторов и теплых полов. Функционирование теплового насоса при этом также непрерывно.
- Подготовка горячей жидкости. Теплообменник во внутреннем блоке работает как конденсатор (по обратному циклу). Нагреву подлежит вода в контуре, она накапливается в баке-аккумуляторе и используется людьми для бытовых нужд. Циркуляционный насос включается при необходимости.
ПРЕИМУЩЕСТВА ПРИМЕНЕНИЯ ТЕПЛОВЫХ НАСОСОВ
- Экономия энергии. Воздушные насосы вырабатывают 4,44 кВт тепловой энергии на каждый киловатт электроэнергии. При этом система эффективнее прочих традиционных способов нагрева воды.
- Безопасность для окружающей среды. Производитель позаботился о том, чтобы энергия теплового насоса воздух-вода использовалась эффективно, а оборудование при эксплуатации не причиняло вреда озоновому слою.
- Высокотехнологичные решения. Тепловой насос Mitsubishi Heavy Industries изготовлен с применением уникальных научных технологий компании. Серия A2W – это действительно инновационные системы, появившиеся благодаря использованию высоких технологий MHI.
Дополнительную информацию о тепловых насосах Mitsubishi Heavy Industries можно получить на нашем сайте в соответствующем разделе Каталога. Узнать подробности про приобретение кондиционеров оптом можно по телефону в Москве +7 (495) 937-72-20 .
Как работает тепловой насос типа «вода-вода»
Если неподалеку от дома есть водоем (пруд, река и пр.), то монтируют тепловой насос типа «вода-вода». В этой конструкции вода используется вместо рассола, с помощью мощного электрического насоса пропускается через первичный теплообменник (испаритель), сообщает свое тепло фреону (хладагенту с низкой температурой кипения – для этого достаточно повышения температуры до 5 °C), циркулирующему по второму контуру, где он закипает, переходит в газообразное состояние, сжимается с помощью компрессора, что сопровождается повышением его температуры и давления, перемещается в конденсатор, где сообщает тепло теплообменному контуру, превращается в жидкость и возвращается обратно в водоем. А нагретый во вторичном теплообменном контуре теплоноситель направляется в отопительную систему дома.
Необходимый для обогрева дома тепловым насосом коллектор либо помещают на дно (при глубине 1,2–1,5 м накопительный рукав будет давать тепловую энергию круглогодично) и пригружают для предотвращения всплытия, либо закапывают в донный грунт, у которого температура выше, чем у воды.
Такой тепловой насос отличается большей энергоэффективностью и экономичностью, но, как показывает практика, применяется не очень часто. Дело в том, что вследствие загрязненности воды потребуются монтаж установки для предварительной очистки поступающей воды, регулярная чистка теплообменника и пр.
Если тепловой насос для отопления работает по принципу «вода-воздух», то тепловая энергия нагревает воздух, который после этого распределяется по дому.
Следующий раздел статьи посвящен принципам действия других тепловых насосов для отопления дома.
Принцип работы
Преимущество такого типа обогрева помещений заключается в том, что все комнаты в доме отапливаются гораздо быстрее, эффективнее и равномернее, чем при работе системы с естественной циркуляцией.
Являясь одним из самых важных компонентов отопительной схемы и системы подачи горячей воды, насос служит для обеспечения циркуляции жидкости, нагретой с помощью котла и идущей по трубам к радиаторам, чтобы отдать тепло, а затем снова возвратиться к котлу.
Как устроен водяной насос
Схема агрегата состоит из следующих комплектующих:
- Крыльчатка (колесо с лопастями, расположенное на роторном вале).
- Ротор (керамический или стальной), который вращается за счет работы электрического двигателя.
- Корпус, изготовленный из сплавов, исключающих коррозию: бронза, латунь, сталь, алюминий или чугун.
- Патрубки (входной и выходной).
Всасывание воды происходит благодаря снижению давления на входном патрубке. Крыльчатка вращается и вырабатывает центробежную силу. Это способствует компрессии, возникающей на патрубке, в результате чего тепло начинает нагнетаться в систему отопления, конкретнее – в трубопровод.
Маркировка
Идущие вслед за названием насоса цифры означают присоединительные размеры (в см или дюймах) и возможную высоту подъема агрегата (в метрах водяного столба). Это может выглядеть, например, как «32-60».
Как подобрать тепловой отопительный насос воздух-вода
Правильно выбрав тепловой насос для отопления дома воздух-вода, можно раз и навсегда решить вопрос обогрева жилых и промышленных помещений. Подбор подходящей тепловой станции выполняют следующим образом:
- Тип корпуса – производители предлагают две базовых конструкции. Низкотемпературный моноблочный тепловой насос типа воздух-вода примечателен тем, что в помещении не устанавливается никакого оборудования, все необходимые узлы расположены на улице (либо в отдельном изолированном помещении). В дом входит только подающий и обратный трубопровод отопления. Сплит – системы, больше предназначены для бытового использования. Внешний блок устанавливается на улице и подключается к емкости накопителю. Разогретый фреон разогревает конденсатор, который методом косвенного нагрева передает тепло жидкости, используемой в качестве теплоносителя.
- Функциональные возможности – некоторые модели предназначены для подключения только к системе водяного обогрева здания. Применение других теплонасосов воздух-вода, подходит для отопления и горячего водоснабжения.
- Зависимость производительности от температуры окружающей среды – бытовые модели обычно ограничены температурой от +45°С до -15°С, можно приобрести оборудование, способное вырабатывать тепловую энергию даже при -25-32°С. Эффективность системы отопления дома с ТН воздух – вода, напрямую зависит от этого параметра.
Дополнительно, к параметрам при выборе, обращают внимание на мощность оборудования, компанию производителя, выпускающую теплонасос и себестоимость установки, включая проведение монтажных работ
Как сделать расчет необходимой мощности ТН воздух-вода
Существует два понятия, предварительный (в первом приближении) и проектный расчёт мощности. Первый можно выполнить самостоятельно, второй делает специализированное учреждение. В первом приближении, на каждый квадратный метр рассчитывают 70 Вт мощности ТН. Дальнейшие расчеты выполняют следующим образом:
- Подсчитывают общую отапливаемую площадь.
- Умножают полученную сумму на 0,7.
- Полученный результат будет соответствовать минимально необходимой мощности оборудования.
Чтобы обеспечить максимальную экономичность отопления дома с помощью теплового насоса системы воздух-вода, потребуется грамотная проектная документация и квалифицированное выполнение монтажных работ.
Производители тепловых насосов отопления воздух-вода
Буквально 10 лет назад, на рынке предлагались всего несколько моделей тепловых насосов. Сегодня выбор стал намного больше. Ведущие немецкие производители, российские, японские и китайские компании, выпускают оборудование, с той или иной долей теплоэффективности.
Судя по отзывам покупателей, наиболее востребованными являются насосы следующих компаний:
- Viessmann – более 30 лет занимается выпуском тепловых насосов. С тех пор, продукция компании существенно изменилась. Были учтены пожелания потребителей, внедрены новые технологии. В ТН Viessmann используется инновационная автоматика, полностью регулирующая весь процесс работы, оптимизирующая процесс обогрева, в согласии с погодными условиями.
- Buderus – модели отличаются высокой производительностью. Предназначены для бытового и промышленного применения. Полностью соответствуют особенностям отечественной эксплуатации. В серии Buderus предлагаются насосы для обогрева площади до 500 м² и выше.
- Stiebel Eltron – еще одна немецкая компания, пользующаяся неизменным спросом у отечественного потребителя. В качестве достоинств можно выделить большой ассортимент предлагаемого оборудования, функциональность устройств и возможность подбора по индивидуальным запросам. Модели Stiebel Eltron имеют высокий уровень СОР и отличаются экономичностью.
- Heliotherm – австрийские теплонасосы, имеющие один из лучших показателей СОР среди всего термального оборудования. Имеют официальное представительство в РФ, что во многом облегчает монтаж, обслуживание систем и выполнение гарантийных обязательств. Теплонасосами Heliotherm оснащены более 15 000 различных объектов.
Стоимость установки ТН воздух-вода
Последние модели тепловых насосов обойдутся в 160-1200 тыс. руб. Цена варьируется, в зависимости от производителя. На стоимость сильно влияет «раскрученность» бренда. Китайские модели, имеют меньшую цену, но и уступают по надежности и показателям СОР.
Монтаж теплонасосов воздух-вода обычно входит в стоимость. Большинство производителей, дополнительно, бесплатно делают проект и предоставляют другие услуги по обслуживанию. Рассчитать полную стоимость, включая покупку ТН и его установку можно с помощью он-лайн калькуляторов.
Подключение теплового насоса
Технология подключения теплового насоса зависит от его разновидности. Так, для системы воздух-вода не нужно устанавливать зонды, а потому и монтаж осуществляется по-другому.
Особенности установки тепловых насосов:
Воздух-вода – установить этот насос проще и быстрее всего, поскольку для этого не потребуется проводить землекопные или буровые работы. Как правило, геотермальную установку монтируют неподалеку от жилого дома на расстоянии от 2 м до 20 м. Насос лучше всего устанавливать на хорошо проветриваемом участке, чтобы обеспечить полноценный доступ свежего воздуха. Также не допускается расположение рядом источников открытого огня или другого тепла. Чтобы защитить тепловой насос от осадков и механических воздействий, над ним рекомендуется установить навес, но так, чтобы не создавать преград для качественного вентилирования. Место установки оборудования должно быть свободным и обеспечивать доступ к технике с любой стороны, чтобы при необходимости произвести техническое обслуживание или ремонт. Насос следует установить на металлическом каркасе-рамке, во избежание дополнительных шумов и вибрирования в процессе работы. Раму надо закрепить на основании, проложив между ней и насосом резиновые прокладки.
Земля-вода – установка может быть вертикальной или горизонтальной. В первом случае вам потребуется использовать буровую установку, чтобы сделать скважину глубиной в 50-100 м. Диаметр скважины должен составлять 20 см. Затем внутрь надо опустить геотермальный зонд и подключить его к системе. Для одного насоса может потребоваться несколько скважин. Их количество и глубина определяются потребностью в энергии и геологическими характеристиками местности.
Для горизонтальной установки насоса необходимо вырыть траншею недалеко от дома. Глубина траншеи должна составлять 1,5-2 м в зависимости от уровня промерзания грунта. Туда укладывают систему труб, которая соединяет теплоноситель с насосом через цокольную часть дома.
Вода-вода – чтобы собрать водный коллектор, используйте обычные ПНД-трубы, заполненные теплоносителем, то есть водой. После сборки конструкцию следует перенести на берег водоема, погрузить в воду и отбуксировать на середину пруда
Крайне важно при подключении насоса не осуществлять опрессовывание системы отопления вместе с теплогенератором, а производить проводку отдельно. Во внутреннем контуре обязательно надо установить расширительный бачок, чтобы уровень воды в нем бел выше на 50 см крайней верхней точки отопительного контура
Чтобы насос прослужил подольше, трубопровод к силовой установке лучше подключать гибкими резиновыми шлангами – они уменьшают вибрацию. Для контроля работоспособности системы предусмотрите монтаж манометров и датчиков температуры в местах входа и выхода жидкости. Также потребуется установить дренажное устройство в крайней нижней точке отопления для полного слива воды из системы.
Подытожит тему рентабельности и выгоды установки тепловых насосов видео ниже:
Устройство теплового насоса довольно простое, но его установка может вызывать затруднения у неопытных мастеров. Во избежание некорректной работы системы лучше доверить ее монтаж профессионалам.
Выводы
Исходя из нашего опыта в устройстве систем альтернативной энергетики, мы можем выделить основные факты, которые являются основополагающими при выборе нашими Заказчиками тепловых насосов:
- полная безопасность и экологичность (отсутствую процессы горения и движущие части)
- возможность «сегодня» заказать систему и через три недели наслаждаться ее использованием без каких-либо согласований с контролирующими и разрешительными органами.
- Полная автономность и минимальное техническое обслуживание (нет необходимости состоять в газовом кооперативе, зависеть от него; не надо подбрасывать дрова или проводить ежемесячную чистку воздуховодов, организовывать подъезд топливозаправщика и прочее)
- Стоимость участка для строительства индивидуального дома без подведенного газа значительно ниже и срок сдачи жилья не зависит от газовых служб
- Возможность удаленного управления через интернет
- Передовое и инновационное оборудование стильного исполнения, которое не стыдно показать друзьям и знакомым, что безусловно подчеркивает статус домовладельца.
Если в данной статье мы не затронули какие-то вопросы и вы хотите задать их лично – вы можете приехать к нам в офис по адресу: г. Минск, ул. Одоевского, 117, и проконсультироваться у наших инженеров.
Контактные телефон для связи; 017 399 70 51
